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【摘 要】多年冻土地区道路使用状况来看，所面临的直接且严重的问题则是冻土路基融沉。本文介绍国内外冻土冻涨融沉的研究现状，从国外国内两方面分析，并将历史分析过程从理论的确立到试验分析再到计算，试验概念的确立至数据分析结果的转变。
【关键字】冻胀融沉；现状分析；融沉量计算
1、前言
我国的冻土工作者就此已经开展了一系列的研究工作，取得了一定的成果，但由于冻土问题的复杂性以及国内外研究现状，这些工作很多还处于初步阶段，为进一步研究冻土冻胀融沉特性，认清国内外对冻土冻涨融沉的研究现状分析显着有必要。
2、早起国外冻土冻涨融沉的研究
早在17世纪后期，人们就已经注意到冻胀现象，但是直到20世纪，人们才逐渐认识到水分迁移作用是导致土体冻胀的主要根源。Everett首先提出了第一冻胀理论即毛细理论。然而，毛细理论却不能解释不连续冰透镜是如何形成的，并且该理论低估了细颗粒土中的冻胀压力。认识到毛细理论的不足之处，Miller提出在冻结锋面和最暖冰透镜底面存在一个低含水量、低导湿率和无冻胀的带，称为冻结缘。冻结缘理论克服了毛细理论的不足，称为第二冻胀理论。
3、简化的冻结缘未冻水流模式的建立
Akagawa提出了静态冻胀控制理论并通过试验予以验证；美国学者Virgil J.Lunardinj研究了地面温度线性增高情况下冻土融化，牛曼解使用了当量地面温度，对总的冻结、融化深度给出可信结果，但对中间过程预报误差较大；中国的徐学祖提出了分析解，并与牛曼解预报结果作了对比，指出当斯蒂芬数增大时，融化带随时间的变化呈非线性增大；日本学者T.Ono设计研制了一套采用激光传感器监测侧向变形的三轴冻融试验装置，可附加不同的侧限应力条件，并在此基础上研究了不同应力条件下冻结过程中的胀缩变形，观测到瞬间变形的过程；日本学者Yoshikj Miyata基于水分迁移、热量输运和机械能平衡方程提出宏观冻胀理论；T.Ishizakj开展了冻融作用对文物破坏的研究，采用摄像系统对冰分凝及破坏过程进行动态监测，提出了简化的冻结缘未冻水流模式。
4、国内冻土试验综合分析冻涨融沉现状
陈湘生等在清华大学离心机上进行了土壤冻胀离心模拟试验，验证了土壤中温度传递、冻胀缩比等的可靠性。
王建平等在分析人工冻结土体与自然冻结土体的冻结差异的基础上，研制出人工冻结土体冻胀融沉模型试验装置，该装置能同时模拟敞开和封闭系统下人工冻结时土体的一维和三维冻融全过程，并利用该试验装置对徐州地区常见的黏土进行了冻结试验，得出了人工冻结土体在冻融过程中土体在垂直方向上的冻胀远小于它在该方向上的融沉，且由于土体结构和渗透性的变化，在融解过程中易产生突然沉陷。
罗小刚等在典型黏土冻融试验的基础上，分析了冻融对土工性质（如孔隙率、渗透性、压缩性等）的影响，结果表明，在不同的冻结温度和土体含水量条件下，冻融后土的孔隙率和含水量都增大；土体承受的外界荷载对冻融土孔隙率和含水量的变化有抑制作用。
杨平研究了原状土与人工冻融土的密度、干密度、含水量、饱和度、孔隙比、塑限、液限、塑性指数、液性指数、渗透系数等物理指标，以及抗剪强度、无侧限抗压强度、压缩模量等力學指标的差异性，得出土冻融后，密度、干密度及塑性指数略有降低，孔隙比、液性指数略有增大，而其他物理指标基本一致。黏土冻融后，渗透性大大增加，为原状土的3～10倍，而砂土仅略有增大，黏土冻融后无侧限抗压强度是原状土的1/3～1/2，灵敏度降低。
周希圣等结合上海延安东路隧道南线冻结工程，针对进出洞常选用的拱式冻结加固体，对高含水量的软黏土地层隧道冻结的位移场分布规律进行了研究。
5、冻土融沉量的计算的研究现状
对于冻土融沉量的计算，目前，工程上常以融沉系数A0、融化压缩系数a、土层孔隙比和融化压缩层厚度来计算融沉量，没有考虑水、热、力三场的相互作用，常产生较大的误差。多年来，国内学者为工程应用提供了一些较可靠的经验、半经验的计算方法，但有一定的局限性。Dubina提出了冻土区结构物与土层系统中应力-应变、温度、湿度场变化和相互影响的数学模型。在模型中，热物理参数对应力-应变状态演化的影响用孔隙冰的含量来解释，孔隙冰含量是由土的温度、类型和含盐量决定。李洪升等在分析冻胀形成原因的基础上，提出了一维条件下土体冻胀量计算的算法，该算法考虑了水分迁移、热传导和约束压力之间的耦合作用；同时基于季节冻土的水分场、温度场和外荷载的相互关系，提出了考虑水分迁移、热质扩散和外荷载相互作用的冻胀预报模式，可以预测预报冻土的冻胀量大小与发展过程。李述训等通过求解古典Neuman问题，研究土壤在冻结和融化过程的热交换特征，从理论上分析了冻融作用对系统与环境间能量交换的影响，以草炭亚黏土和亚黏土为例，计算了广泛环境条件下的冻融作用对系统温度变化和与环境间热交换的影响，结果表明，冻融作用使相应过程表层温度梯度加大，热交换强度增强。
6、总结
综上所述，国内外对冻土冻胀问题研究较多，融沉问题研究相对较少，特别是从道路工程自身特点出发进行冻土路基融沉的研究较为空白。而从目前多年冻土地区道路使用状况来看，所面临的直接且严重的问题则是冻土路基融沉。因此为了从本质上分析和解决多年冻土地区道路工程的病害问题。
【关键字】冻胀融沉；现状分析；融沉量计算
1、前言
我国的冻土工作者就此已经开展了一系列的研究工作，取得了一定的成果，但由于冻土问题的复杂性以及国内外研究现状，这些工作很多还处于初步阶段，为进一步研究冻土冻胀融沉特性，认清国内外对冻土冻涨融沉的研究现状分析显着有必要。
2、早起国外冻土冻涨融沉的研究
早在17世纪后期，人们就已经注意到冻胀现象，但是直到20世纪，人们才逐渐认识到水分迁移作用是导致土体冻胀的主要根源。Everett首先提出了第一冻胀理论即毛细理论。然而，毛细理论却不能解释不连续冰透镜是如何形成的，并且该理论低估了细颗粒土中的冻胀压力。认识到毛细理论的不足之处，Miller提出在冻结锋面和最暖冰透镜底面存在一个低含水量、低导湿率和无冻胀的带，称为冻结缘。冻结缘理论克服了毛细理论的不足，称为第二冻胀理论。
3、简化的冻结缘未冻水流模式的建立
Akagawa提出了静态冻胀控制理论并通过试验予以验证；美国学者Virgil J.Lunardinj研究了地面温度线性增高情况下冻土融化，牛曼解使用了当量地面温度，对总的冻结、融化深度给出可信结果，但对中间过程预报误差较大；中国的徐学祖提出了分析解，并与牛曼解预报结果作了对比，指出当斯蒂芬数增大时，融化带随时间的变化呈非线性增大；日本学者T.Ono设计研制了一套采用激光传感器监测侧向变形的三轴冻融试验装置，可附加不同的侧限应力条件，并在此基础上研究了不同应力条件下冻结过程中的胀缩变形，观测到瞬间变形的过程；日本学者Yoshikj Miyata基于水分迁移、热量输运和机械能平衡方程提出宏观冻胀理论；T.Ishizakj开展了冻融作用对文物破坏的研究，采用摄像系统对冰分凝及破坏过程进行动态监测，提出了简化的冻结缘未冻水流模式。
4、国内冻土试验综合分析冻涨融沉现状
陈湘生等在清华大学离心机上进行了土壤冻胀离心模拟试验，验证了土壤中温度传递、冻胀缩比等的可靠性。
王建平等在分析人工冻结土体与自然冻结土体的冻结差异的基础上，研制出人工冻结土体冻胀融沉模型试验装置，该装置能同时模拟敞开和封闭系统下人工冻结时土体的一维和三维冻融全过程，并利用该试验装置对徐州地区常见的黏土进行了冻结试验，得出了人工冻结土体在冻融过程中土体在垂直方向上的冻胀远小于它在该方向上的融沉，且由于土体结构和渗透性的变化，在融解过程中易产生突然沉陷。
罗小刚等在典型黏土冻融试验的基础上，分析了冻融对土工性质（如孔隙率、渗透性、压缩性等）的影响，结果表明，在不同的冻结温度和土体含水量条件下，冻融后土的孔隙率和含水量都增大；土体承受的外界荷载对冻融土孔隙率和含水量的变化有抑制作用。
杨平研究了原状土与人工冻融土的密度、干密度、含水量、饱和度、孔隙比、塑限、液限、塑性指数、液性指数、渗透系数等物理指标，以及抗剪强度、无侧限抗压强度、压缩模量等力學指标的差异性，得出土冻融后，密度、干密度及塑性指数略有降低，孔隙比、液性指数略有增大，而其他物理指标基本一致。黏土冻融后，渗透性大大增加，为原状土的3～10倍，而砂土仅略有增大，黏土冻融后无侧限抗压强度是原状土的1/3～1/2，灵敏度降低。
周希圣等结合上海延安东路隧道南线冻结工程，针对进出洞常选用的拱式冻结加固体，对高含水量的软黏土地层隧道冻结的位移场分布规律进行了研究。
5、冻土融沉量的计算的研究现状
对于冻土融沉量的计算，目前，工程上常以融沉系数A0、融化压缩系数a、土层孔隙比和融化压缩层厚度来计算融沉量，没有考虑水、热、力三场的相互作用，常产生较大的误差。多年来，国内学者为工程应用提供了一些较可靠的经验、半经验的计算方法，但有一定的局限性。Dubina提出了冻土区结构物与土层系统中应力-应变、温度、湿度场变化和相互影响的数学模型。在模型中，热物理参数对应力-应变状态演化的影响用孔隙冰的含量来解释，孔隙冰含量是由土的温度、类型和含盐量决定。李洪升等在分析冻胀形成原因的基础上，提出了一维条件下土体冻胀量计算的算法，该算法考虑了水分迁移、热传导和约束压力之间的耦合作用；同时基于季节冻土的水分场、温度场和外荷载的相互关系，提出了考虑水分迁移、热质扩散和外荷载相互作用的冻胀预报模式，可以预测预报冻土的冻胀量大小与发展过程。李述训等通过求解古典Neuman问题，研究土壤在冻结和融化过程的热交换特征，从理论上分析了冻融作用对系统与环境间能量交换的影响，以草炭亚黏土和亚黏土为例，计算了广泛环境条件下的冻融作用对系统温度变化和与环境间热交换的影响，结果表明，冻融作用使相应过程表层温度梯度加大，热交换强度增强。
6、总结
综上所述，国内外对冻土冻胀问题研究较多，融沉问题研究相对较少，特别是从道路工程自身特点出发进行冻土路基融沉的研究较为空白。而从目前多年冻土地区道路使用状况来看，所面临的直接且严重的问题则是冻土路基融沉。因此为了从本质上分析和解决多年冻土地区道路工程的病害问题。