随着人工冻结技术在矿井、隧道、深基坑等工程领域的广泛应用,关于人工冻土冻胀问题的研究变得尤为关键,作者查阅大量资料,总结前人研究成果,发现人们关于冻胀本构模型的研究尚处在理论分析阶段,首次提出通过室内试验的方法来研究冻土冻胀特性及其本构模型。文章首先理论分析了冻土的冻胀机理及影响冻土冻胀各种因素,总结得出含水率、冷源温度、干密度及外荷载四种因素是影响土体冻胀特性的主要因素,通过正交试验得出了该四种因素对冻胀影响的主次关系。通过自行研制的能满足不同条件下室内冻胀试验的试验装置系统,开展冻胀率单因素试验,获得了冻胀率与含水率、冷端温度、干密度、荷载四因素之间的关系,试验得到的数据经回归分析,得出了相应的关系方程式。通过开展冻土冻胀力单因素试验,获得了冻胀力与含水率、冷端温度、干密度及外荷载四因素之间的关系,总结可知冻胀力与以上四因素绝对值呈线性关系,随着它们的增大而增大。结合冻胀率单因素试验,通过计算提出了人工冻结黏土冻胀本构模型的本构关系式。根据工程实例,利用上述研究所得的冻胀本构模型获得计算参数,建立冻结温度场与应力场耦合的计算模型,该模型在模拟实际人工冻结法施工时,对温度场和应力场的变化规律分析较为准确。利用ADINA有限元数值分析软件对实际冻结工程进行模拟时,将本文试验研究所得到的冻胀本构模型应用其中,最终得到的井帮位移数值计算结果与实测结果,理论结果比较接近,表明ADINA在进行冻结壁力学计算上可行性,同时证明了冻胀本构模型的准确性。数据显示该模型对预测冻结粘土的冻胀性能有很好的作用。