我国冻土面积广布,季节性冻土区约占全国总面积的70%。在冻土区进行水利、交通等工程建设时,需要注意由于土壤冻结使得土体力学性质发生改变而引发的建筑安全问题,如冻胀、不均匀沉降以及砂土液化等等。目前,国内外对于寒区地震作用下的砂土液化问题的研究相对较少,冻土层的存在对于砂土液化的形成起到的利弊作用还不明确。嫩江干流位于黑龙江省西南部,属于寒区高纬度地带,全年有将近一般时间地表土壤处于冻结状态。同时,嫩江干流临近松原潜在震源区,近年来地震活动愈发频繁,未来存在发生七级地震的条件。鉴于此,本文依托《嫩江干流地震高烈度区堤防工程砂土液化防治研究》项目,以嫩江干流堤防工程地基土为研究对象,通过资料收集与整理、原位试验以及数值模拟等研究方法,展开对寒区冰冻条件下的砂土液化研究,本文围绕阐明在寒区地震作用下冻土层对地基土液化的利弊影响这一关键性问题主要完成了下述工作,并得出初步研究结论:(1)理论分析土壤冻结过程中孔隙水压力与抗剪强度会随着温度的降低而发生变化。而孔隙水压力与抗剪强度同样是引发砂土液化的重要因素。一方面,冻土的抗剪强度与温度呈负相关,即温度越低冻土的抗剪强度越大,抗剪强度越大,土体越不容易发生沙土液化。即冻土其实起到了抑制砂土液化发生的作用。另一方面,当土体发生冻结时使得孔隙水压力下降。同时,在振动条件下土体冻结有利于减缓孔隙水压力的上升速度,可见冻土可以通过减缓孔隙水压力对砂土液化灾害起到缓解的作用。(2)勘察与计算在研究区1500平方公里范围内开展水文地质调查,对研究区内重点水工建筑物老龙口排水闸地基土进行钻探、剪切波速试验以及标准贯入试验。通过勘察数据分析研究区发生砂土液化的主要影响因素,借鉴距离判别法选取地下水位埋深、砂层埋深、标贯击数、震中距为判别因子建立了针对嫩江干流堤防工程地基土液化的判别模型,绘制了地下水位流场图和砂土液化危险性分区图。初步结论为:研究区地下水位在3-5米之间,流向为从西北向东南。老龙口排水闸工程场地类型为Ⅲ类,地基土岩性主要为细粒土细砂,场地存在发生砂土液化的可能。细粒土细砂岩性以及较浅的地下水位是引起研究区发生砂土液化的主要因素。(3)数值模拟利用FLAC3D软件建立重点水工建筑物老龙口排水闸地基土模型。在输入研究区基岩加速度时程后模拟饱和与非饱和条件下冻土层厚度分别为0米、0.5米、1米以及1.5米时对地基土埋深2米、4米、6米处的孔隙水压力的影响。通过孔隙水压力与有效应力的变化关系说明冻土层对砂土液化的利弊影响。模拟结果为:饱水条件下,随着冻土层厚度的增加,孔隙水压力上升的幅度逐渐减小,有效应力逐渐接近于零。同时深部孔隙水压力上升幅度比浅部大,有效应力更接近于零。说明冻土层的存在有利于缓解砂土液化的危害程度且深部土层比浅部更容易液化。非饱和条件下同样存在上述规律,但非饱和条件下的砂土液化灾害程度要比饱和条件下的砂土液化灾害程轻。