冻土-结构界面剪切性能研究进展综述

摘要

在寒区工程中，冻土-结构界面的剪切性能是影响设施长期服役稳定性的关键因素，而现有研究对多物理场作用下的界面损伤机制缺乏系统表征。为揭示热力学条件扰动下，各影响因素通过调整冰水相变过程，进而重塑冻土-结构界面的力学行为，本文从试验方法、影响因素及本构模型三个方面，对冻土-结构界面剪切性能的研究进展进行了系统梳理与评述。首先通过总结直剪试验、现场原位试验及模型桩试验等方法，明确了热-水-盐-力多场耦合条件下各因素对界面力学行为的影响路径；进而分析了温度、水分、冻融循环和盐分等因素通过调控冰水相变过程对界面剪切性能的作用机制；最后，评估了现有冻土-结构界面本构模型的适用性与局限性。结果表明：温度梯度与水分迁移通过调控冰水相变过程的冰胶结强度与未冻水膜厚度改变界面剪切性能；冻融循环引发的孔隙重构与冰晶分异，导致界面强度劣化；盐分则通过改变相变温度阈值和盐结晶膨胀效应，影响界面空间构成。现有模型在冰水相变、长期冻融及多场耦合表征上存在明显不足。建议未来从“试验-观测-模型”多角度出发，结合跨尺度观测技术构建界面热-水-盐-力耦合模型，为寒区工程抗冻胀设计和灾害防控提供设计依据与研究方向。

关键词

界面体系 / 剪切性能 / 冻土 / 结构界面 / 冰水相变 / 冻融循环 / 本构模型