人工冻结法现已成为地铁等地下工程中的主要技术手段,由于天津滨海新区具有典型的地层土质特点,当地铁施工建设中采用冷冻法时,针对天津滨海新区不同土质开展人工冻土的基本力学以及热物理参数的试验研究具有重要意义。本文结合天津滨海新区地铁规划情况,在天津滨海新区进行了分区域大规模现场取样的基础上,对地下深度20到40米左右的范围内广泛分布的粉质黏土、粉土进行室内冻结,对人工冻土的物理性能进行了重点研究。具体的研究成果有:(1)通过人工冻土的单轴压缩试验,分析研究了不同温度下天津滨海新区冻结粉质黏土、粉土的单轴压缩应力—应变关系特征,总结归纳了相应的数学表达式,同时,得出了人工冻结粉质黏土单轴抗压强度与冻结温度之间的线性关系、人工冻结粉土单轴抗压强度与冻结温度之间的二次函数关系。(2)本文通过单轴压缩试验设备的改进,进行了人工冻土抗折强度特性的试验研究,通过公式推导说明了冻土的脆性特征并验证了改进装置的合理性,然后对抗折强度与冻结温度之间的关系进行了分析总结,提出了相应的二次函数关系式。(3)通过人工冻土的三轴剪切试验,分析研究了不同温度下天津滨海新区冻结粉质黏土、粉土三轴剪切的偏应力—应变特征,并对冻土的应力—应变关系总结建立了统一的本构关系式,同时,根据摩尔库伦准则得出了人工冻土三轴剪切强度指标,分析得出了三轴强度指标与冻结温度之间大致呈线性的关系。(4)本文通过人工冻土的热物理试验得出了各热物理参数的变化规律,同时结合天津滨海新区的土质概况,进行了冻结温度场扩散的数值模拟,分析对比了数值分析与理论计算的冻结时间结果,验证了模拟分析具有一定的合理性。