为进一步促进寒区自然资源的开发和经济发展,诸多公路、铁路等交通基础建设得以开展。桩基优异的力学性能,使其在多年冻土区受到广泛应用。冻土区桩基不仅面临着冻胀和融沉危害;与此同时,多年冻土区地下水等不良地质环境对桩基力学性能也产生着不容忽视的影响。随着寒区冻土地温升高、气候环境改变以及人类活动的增加,冻土区地下水等不良地质的规模逐渐增大;这对建于其上的桥梁桩基所造成的危害日益加剧。此外,结合冻土区地下水的存在特征及性质,分析发现可通过桩土模型内部埋置热源的方式近似模拟地下水的存在。因此,本文研究主要依托于室内混凝土单桩-冻土模型试验,内置地下水热源并设置不同的试验工况,进而开展寒区地下水对单桩力学特性影响的模型试验研究。按照不同的研究目的,设定不同的试验加载测试方案。为研究地下水对桩-土体系荷载传递的影响,试验设定在低温试验箱工作时(维持-1.5℃),通过改变热源的开、关及有、无,并且利用分级加载的方式来进行试验测试。结果表明:桩侧热源使在桩埋深较大处的摩阻力降低;为维持桩-土体系稳定,桩端阻力得到进一步发挥,因此导致埋深较大处的桩身轴力从桩顶端到底端的损失最小;桩底热源使桩端冻土融化,承载力降低,所以此时桩身轴力变小,桩侧冻结应力得以发挥;地下水的存在又会导致桩土间的相对位移及桩基下沉程度加剧。在低温试验箱工作时(维持-1.5℃),通过分级加载,研究地下水的存在对桩-土体系流变效应及桩基极限承载力影响。结果表明:在各级加载下桩顶位移随时间变化趋势均可用对数函数进行拟合;荷载级别的增大使得桩顶位移稳定时的差值变大;热源使得桩顶位移稳定所需时间增加。冻土的流变效应会导致桩基极限承载力降低,而地下水的存在则进一步加剧冻土流变效应对桩基承载性能的影响。另外,在低温试验箱停止工作情况且无热源时,桩基在荷载较小时短期内可达到平衡;而有热源时,冻土仅在初始阶段维持桩基稳定,随着时间的推移,很快发生破坏。所以在多年冻土区实际工况中,一旦气候变暖,并且桩基所处冻土区含地下水,这对桩基的稳定性危害较大。同时,通过分析桩土流变效应对荷载传递的影响,结果表明:在热源存在时,桩侧冻结应力随时间递减趋势大于无热源时其值的变化;热源使得桩端冻土逐渐发生融化,并且由其所产生的融化效应随时间不断发展;在无热源时,在加载后期桩基沉降量由于流变效应依旧会有所增加;所以地下水的存在,导致桩端阻力减弱且不足以对桩基提供足够的承载力,使得桩基出现失稳或破坏。可见,寒区地下水的存在,不仅会使桩基承载性能降低,还能够加速冻土流变效应的发挥而导致桩基沉降加剧,从而给列车的安全运营带来不利影响。所以研究地下水对单桩力学特性的影响,在完善冻土流变理论的同时,也为日后桩基的建设提供指导意义。