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随着地下空间的大规模开发和利用，经常会遇到松散含水地层，给工程施工带来了极大的安全隐患。人们利用人工地层冻结法对不稳定含水地层进行加固，起到支护和止水作用。然而，由于自然因素或人为原因如工农业大量抽取地下水等，使得地下水流速过快，会对冻结施工产生较大影响，渗流会将冻结管冷量传递至下游，延长了交圈时间，使施工成本明显增长，此外还会使冻结壁形状不均匀、平均温度升高、降低冻结质量。这些变化与地下水流速、冷媒温度、冻结管布置间距等多种因素有关。随着冻结法应用范围的扩大和施工环境日益复杂，对冻结法施工也提出了更高的要求，亟需确定人工地层冻结法在复杂地质条件下的设计参数。本文利用室内试验和数值模拟对地下水渗流作用下人工冻土冻结特性进行研究，具体内容如下：
(1)基于实际工程提出了简化的双孔冻结模型，结合相似准则，设计了适用于模拟渗流条件下人工冻土的模型试验系统，包括渗流系统、冻结系统和温度监测记录系统，其中模型箱采用双层设计，提高了保温效果；
(2)通过改变水头差和酒精温度进行单因素室内试验，根据测点温度变化、冻结温度场发展过程、特征面温度分布等研究渗流速度和冷媒温度对冻结温度场的影响。渗流会对冻结温度场产生极大影响，使上下游温度场产生明显差异，加快特征面下游降温速度，导致温度分布不均匀。降低冷媒温度会使降温阶段缩短，达到稳定时的温度更低；
(3)基于温度场数据研究了冻结壁发展规律，分析了不同渗流速度及冷媒温度对交圈时间、冻结壁厚度、发展速度及不均匀性、平均温度等冻结工程核心评价指标的影响。发现渗流会延长交圈时间，使冻结壁厚度及平均温度发展不均匀，降低冷媒温度可缩短交圈时间，加快冻结锋面推进速度，提高冻结质量；
(4)利用数值模拟对模型试验进行拓展，研究了冻结管间距、渗流方向对交圈时间、冻结壁厚度及平均温度的影响，设计正交试验对参数敏感性进行了分析。
(1)基于实际工程提出了简化的双孔冻结模型，结合相似准则，设计了适用于模拟渗流条件下人工冻土的模型试验系统，包括渗流系统、冻结系统和温度监测记录系统，其中模型箱采用双层设计，提高了保温效果；
(2)通过改变水头差和酒精温度进行单因素室内试验，根据测点温度变化、冻结温度场发展过程、特征面温度分布等研究渗流速度和冷媒温度对冻结温度场的影响。渗流会对冻结温度场产生极大影响，使上下游温度场产生明显差异，加快特征面下游降温速度，导致温度分布不均匀。降低冷媒温度会使降温阶段缩短，达到稳定时的温度更低；
(3)基于温度场数据研究了冻结壁发展规律，分析了不同渗流速度及冷媒温度对交圈时间、冻结壁厚度、发展速度及不均匀性、平均温度等冻结工程核心评价指标的影响。发现渗流会延长交圈时间，使冻结壁厚度及平均温度发展不均匀，降低冷媒温度可缩短交圈时间，加快冻结锋面推进速度，提高冻结质量；
(4)利用数值模拟对模型试验进行拓展，研究了冻结管间距、渗流方向对交圈时间、冻结壁厚度及平均温度的影响，设计正交试验对参数敏感性进行了分析。