传统冻胀理论常将粗粒土视为弱冻胀或无冻胀材料，广泛用于寒区工程防冻胀换填。然而，工程调查表明，在寒区列车循环荷载或承压水分布的冻结环境中，粗粒土填料和地层也会出现显著的冻胀现象。

近期，中国科学院西北生态环境资源研究院等研究团队，通过升级改造单向冻胀试验技术，系统研究了不同水压与细粒含量下，饱和粗粒土的冻胀特性，并基于预融膜理论揭示了水压诱发粗粒土冰晶分凝机理。

室内试验结果显示，粗粒土冻胀与细粒含量和水压密切相关。在相同细粒含量下，粗粒土冻胀随水压增大而增大，但当细粒含量为0%时，即使20kPa水压也难以诱发饱和粗粒土冰分凝；在相同水压作用下，粗粒土冻胀随细粒含量增大而增大，若无压补水，即使细粒含量达到15%，饱和粗粒土的冻胀也可忽略不计。

理论分析表明，冻结后的粗粒土中仍存在部分未冻水，为外界水分向分凝冰处迁移提供了通道。随着补水压力增大，未冻水膜两侧压力梯度增大，促进了水分迁移与冰分凝；随着细粒含量增大，未冻水含量升高、冻融交界面处界面阻力降低，也有利于水分迁移与冰晶分凝。

研究评估了现行规范评价粗粒土冻胀敏感性方面的可靠度，厘清了基于颗粒级配的评价方法失效机制，并提出了一种综合考虑水压与细粒含量的冻胀敏感性评价方法。该研究深化了对粗粒土冻胀特征与冰晶分凝机制的认识，为寒区工程冻害治理、相关工程规范修订提供了科学依据。

相关研究成果发表在Cold Regions Science and Technology和Acta Geotechnica上。研究工作得到国家自然科学基金、甘肃省科技计划等的支持。

论文链接：1、2

水压作用下粗粒土冻胀试验结果

基于预融膜理论的粗粒土冰晶分凝机理