砂土材料作为寒区工程建设中的一种最常见的建筑材料,广泛应用于冻土区或者季节性冻土区建筑物的建设中。由于冻结砂土具有很明显的蠕变性,即在固定的荷载作用下,冻土的强度会随时间不断地降低。即使不大的外部荷载,也有可能在时间的作用下,最终使冻土的强度降低,甚至发生破坏。这种情况对于常年处于冻结状态中的地基土来说尤为明显,为了保证寒区工程建筑物能在设计使用年限中安全、稳定的运营下去,我们必须确定与建筑物地基基础接触的冻结土的长期抗剪强度。目前,比较主流的长期抗剪强度试验的方法主要有:三轴试验、直剪试验和球形模板压入试验。本文通过比较三种试验方法的优缺点,最终选择球形模板压入试验来对不同颗粒尺寸冻结砂土的长期抗剪强度进行测试,试验结果表明:冻结砂土颗粒尺寸的大小与长期抗剪强度(长期黏聚力)的大小成正相关,并且混合粒径冻结砂土的长期抗剪强度(长期黏聚力)要小于组成这组混合粒径冻结砂土的单一粒径组冻结砂土的长期抗剪强度(长期黏聚力)。通过对冻结砂土长期抗剪强度本质的剖析,本文总结出了存在这一现象的主要原因是混合粒径组冻结砂土的含水量要小于单一粒径组的冻结砂土,由此导致了混合粒径组冻结砂土长期抗剪强度的降低。同时,依据球形模板压入试验所测得的数据,本文对三种不同的长期强度极限预报方程进行了介绍,并使用其中两种长期强度预报方程对不同粒径组的冻结砂土受荷10年、20年、30年、50年、100年后的长期抗剪强度极限值进行了预报,总结出了如下的规律(1)不同粒径组的冻结砂土长期抗剪强度极限与砂土的颗粒尺寸成正相关;(2)将不同预测方程预报的结果进行对比后发现:吴紫汪幂方程长期强度预报值在大多数的粒径组都要高于维亚洛夫对数方程长期强度的预报值,但当砂土颗粒尺寸较小时,维亚洛夫对数方程长期强度的预报值要大于吴紫汪幂方程长期强度预报值。最后,本文使用离散元模拟软件,对球形模板压入试验的试验结果进行模拟,试图通过离散元模拟软件模拟出试验过程中冻结砂土内部石英砂颗粒在微观上的变化与规律。总结出了球形模板压入试验中冻结砂土内部石英砂颗粒位移的大小与方向上的规律、冻结砂土受外部荷载时力链的分布情况与冻结砂土中石英砂运动的特征,并论证了在同一冻结砂土试样上选择三个试验点进行球形模板压入试验的合理性。总体来说,通过离散元模拟得到的结果与规律与实际试验相符合。