桩基以其优良的性能而被广泛应用于我国寒区工程建设中。受冻融作用影响桩土体系发生冻胀融沉，诱发桩基承载力劣化，严重威胁寒区线性工程的安全运营。针对该问题，课题组研究了桩土体系冻胀融沉机理，建立其相应的计算模型预测未来桩土体系冻胀融沉变化规律。桩-土界面作为应力和变形相互传递的重要媒介，是桩基发生变形破坏时的薄弱带，将寒区冻融作用下桩-土界面强度劣化研究归纳为三大核心及难点问题：（1）界面冻融损伤的宏微观关联的建立；（2）界面未冻水含量的测定；（3）复杂冻土层与桩基界面强度劣化机制。针对上述问题，对桩-土界面进行跨尺度的宏微观冻融损伤综合分析，揭示其强度劣化机制；建立冰水相变过程界面强度-温度-未冻水含量关系，揭示出热融过程界面强度劣化机制；同时针对界面未冻水含量的测定提出了一种基于电阻率测试的新方法，提出“孔隙通道弱化效应”理论解释冻土导电特性变化，推导出未冻水含量测试理论模型；寒区桩基穿越大量的土石混合体地层在温度变化下骨架变化显著，强度失效具有间歇性，使桩-土界面问题更加复杂，课题组目前基于分形理论建立冻融循环下土石混合体的剪切特性与孔隙结构特征的对应关系，探明了冻融作用下土石混合体强度劣化的机理，对于冻融作用下桩-土石混合体界面劣化问题，将围绕其界面碎石骨架位变诱发其强度失效问题进行探索。站在系统认知冻融循环下寒区桩土体系强度劣化问题角度，从模型试验到界面问题，探究了桩土体系冻胀融沉规律及机制，明确了界面宏观强度与冻融诱发界面微观结构劣化的内在关联并揭示出冻融下界面损伤劣化机制，为寒区桩基工程建设的稳定性提供较为系统和全面的科学依据和理论基础。其主要研究结论如下：

1. 针对冻土中未冻水含量的测定，考虑了冻土未冻水中自由水与结合水先后冻结状态下土体电阻的变化规律，推导出四种未冻水存在形式下的微元体电阻表达式。提出以幂函数来反映冻土未冻水含量与电阻率相关关系的理论模型。
2. 土石混合体作为桩侧的复杂地层，在第1次冻融循环后强度发生大幅度衰减的根本原因是土颗粒团聚体的形成导致试样孔隙率和孔隙分形维数增大，随后循环过程中试样强度会出现短暂“反翘”的原因是以碎石为核、黏土在外部覆盖的包裹体的形成和出现导致孔隙率及孔隙分形维数减小。
3. 桩-土界面在正融过程分为冻结阶段、相变阶段、融化阶段3个阶段，在相变阶段界面处冰的赋存状态极不稳定对热量极为敏感，界面在吸收外界热量的同时法向压力的增加造成剪切过程中界面之间产生摩擦热进而加快了界面冰晶的融化，对冰-水相变产生促进作用。最终导致了在相变阶段法向压力对抗剪强度的影响降低，抗剪强度出现聚集现象。
4. 针对桩土体系冻胀融沉机理研究发现，在融化过程中由于聚集在桩土界面处冰晶体较远处的多，导致离桩近处土体融沉量较大。在冻结过程中桩和土对温度传导能力存在差异，导致桩周土体中存在横向温度梯度，致使未冻水向桩土界面处迁移并冻结，在桩土界面处聚集的冰晶体使得离桩近处土体自由冻胀量较大。

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