随着上海地区地下空间大规模的开发利用,人工冻结法已成为上海软土地区地下空间开发利用的一种常用施工方法。在上海地铁4号线外滩段隧道旁通道冻结法施工引发的地质灾害发生后,人工冻结施工的不足之处再次引起了学术界的重视。人工冻结法施工过程中,冻土强度的评估、冻胀引起周围土体位移的控制,都是工程应用中的关键问题,而且冻结土层开挖施工后有大量残留在隧道周围的冻土,随着残留冻土融化,土体物理力学性状会发生显著变化,该变化对已建结构体稳定性的影响也是众多学者关注的重点。上海地区饱和软粘土在冻结条件下的工程特性的研究,对上海地区地下空间的人工冻结法施工有十分重要的指导作用。迄今,很少有人对此课题开展研究,本文以上海第四层淤泥质粘土为研究对象,针对该地区人工冻结施工条件下的工程特性,进行了以下方面的分析研究:(1)通过冻土无侧限抗压试验,揭示了上海第四层淤泥质粘土的冻结强度随温度的变化关系,并进一步探讨上海第四层淤泥质粘土弹性模量以及泊松比随温度的变化规律;同时,还对不同环境温度下,冻结时间对人工无侧限抗压强度的影响进行了试验研究,揭示了冻结时间对人工冻土无侧限抗压强度的影响规律;(2)通过室内冻胀试验,研究冷端温度对土体的冻胀力以及冻胀率的影响规律,结果显示土样冻胀率以及冻胀力与冷端温度具有较好的线性关系。通过冻结温度试验测出了土体的冻结温度,同时建立了土样的冻结温度场,进一步揭示了冻结锋面的发展与时间的关系;(3)利用安徽理工大学冻土实验室冻土三轴试验机,通过室内蠕变试验对上海第四层淤泥质粘土的蠕变特性进行了探讨,并建立了相应的粘土蠕变模型。通过等时应力应变曲线和等温应力应变曲线,对蠕变过程中的应力应变关系进行了分析和探讨;(4)利用同济大学海洋系国家重点实验室的环境扫描电子显微镜(XL30ESEM)对原状土,冻融土和冻结抗压破坏土三种类型土样的微观结构进行研究,并借鉴前人的研究成果,采用相关软件对土体微观结构如孔隙数量、孔隙面积、孔隙定向性、单元体的结构特征以及孔隙比等进行定量分析,比较分析它们的变化。