78 / 2025-04-10 09:09:42

基于正交试验的冻胀主导影响因素分析

冻胀；正交试验；细粒含量；冻胀率；地理探测器；多元线性回归

冻胀是寒区工程地基稳定性的关键挑战，明确其主导影响因素对工程防控具有重要意义。本研究以青藏高原典型冻土为研究对象，通过正交试验设计结合统计分析方法，系统探讨土质、冷端温度及补水压力对冻胀的影响。试验选取砂类土、粉质土和黏质土四类土样，基于L₁₂(4×3²)正交表设计12组冻胀试验，利用高精度冷浴系统控制温度边界条件，电液伺服加载装置监测冻胀位移，恒压补水装置模拟不同补水压力，测定冻胀量、冻结深度及冻胀率等参数，并通过多元线性回归与地理探测器方法量化各因素的贡献度。结果表明：(1)土质对冻胀响应影响最为显著，粉质土因细粒含量较高（51.55%）表现出极大冻胀率（17.10%），显著高于砂类土和黏质土；(2)冷端温度降低与补水压力升高均加剧冻胀，但土质的调控作用更为突出，例如黏质土因渗透性低受补水压力影响较弱；(3)地理探测器分析表明，土质对冻胀率空间分异的解释力最强（q=0.765），显著高于补水压力（q=0.134）与冷端温度（q=0.052）；多元回归进一步验证土质的负向作用，表明细粒含量超过一定范围后冻胀抑制效应增强。研究揭示了土质特性对冻胀的主导作用，以及冷端温度与补水压力的协同影响，建议寒区工程中优先优化土质选型并综合调控温度与水分条件以降低冻胀风险。本成果为冻胀机理研究与工程防控提供了理论依据。