青藏高原热喀斯特湖分布广泛，近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系，强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响，以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料，发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型，模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明：浅湖（<1.0 m）在目前稳定气候背景下处于较稳定状态，湖冰能够回冻至湖底，对下伏多年冻土影响较小；较深湖塘（≥1.0 m）冬季不能回冻至湖底，湖深不断增加，且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖，热喀斯特湖的热效应显著，深度快速增加，较深湖塘的最大湖冰厚度减小，底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。
层状岩石具有显著的层理面结构，层理面结构的方向决定了岩石的各向异性，相邻层面的岩石物理力学性质差异和连接强度决定了各向异性的强弱，此外，层状岩石的层理结构使其易受冻融循环（FT）等风化作用的影响。为了研究冻融损伤与围压对层状岩石强度各向异性的影响，分别在0、10、20、30和40次的冻融循环和0、5、15、25和40 MPa的围压条件下，使用岩石三轴试验系统（GCTS）对五种不同层理倾角的层状砂岩试件进行试验。试验结果显示，冻融循环会使岩石层理面产生裂隙，更易发生沿层理面的剪切滑移破坏，冻融40次后，β=0°的试件单轴抗压强度降低14.5%，而β=67.5°的试件单轴抗压强度降低57.9%，使层状岩石的固有各向异性增强。围压对岩石的各向异性影响与其固有各向异性有关，表现为随着冻融次数的累积，围压对岩石的应力诱导各向异性由起初的增强逐渐转变为抑制。本研究可为寒区层状岩石工程的设计、施工和安全运行提供理论支持。
多年冻土区活动层的冻融过程显著影响地-气间的水热交换、地表水文过程、冰缘地貌演变及寒区工程建设。活动层厚度的空间分异规律及其空间分布的准确模拟计算是冻土学研究的基础和核心问题之一。作为青藏高原中部东西走向最大的山脉和青藏高原多年冻土的主要分布区，唐古拉地区是青藏高原南部湿润区与北部干旱区的过渡区，该地区的活动层厚度空间分异规律研究对于揭示青藏高原多年冻土区活动层厚度整体空间分布规律具有重要意义。利用唐古拉地区南、北坡两个区域野外实测活动层厚度分布数据，分析了该区域活动层厚度的空间分异特征及其主要影响因素。结果表明，活动层厚度分布的突出特点是空间分异巨大，最小值仅为1.2 m，最大值达到5.6 m。以不同植被类型区活动层的平均厚度为对比标准，其分布特征为：沼泽草甸<高寒草甸<高寒荒漠<高寒草原，高寒草原的平均活动层厚度最大。对比南、北坡，南坡活动层厚度普遍大于北坡。Stefan方程的计算结果表明，活动层厚度的变化速率随土壤含水率的变化最大，其次为土壤热导率，而随地表融化指数的变化最小。实测土壤含水率、探坑数据及地表融化指数与活动层厚度分布关系表明，影响活动层厚度空间分异的最为敏感的因素为土壤含水率，其次为土壤热导率，地表融化指数的敏感性最小。
大兴安岭多年冻土泥炭地是对全球变暖响应敏感的地区之一。在全球变暖、多年冻土退化背景下，为了探明秋季冻融对多年冻土泥炭地无机氮时空变化的影响，本研究于2019年9—11月以大兴安岭三种多年冻土泥炭地为研究对象进行野外原位实验，分析了秋季冻融前、中和后期多年冻土泥炭地浅层和深层土壤无机氮的时空变化特征以及浅层和深层土壤含水量和温度的变化规律，建立了土壤无机氮含量与土壤温度和含水量间的多元线性回归模型。研究表明：多年冻土小叶章泥炭地（XY）、兴安落叶松-泥炭藓泥炭地（XA）和白毛羊胡子苔草泥炭地（BM）的土壤铵态氮（NH4+-N）含量变化范围：（1.00±0.00）~（20.60±0.20） mg·kg-1，硝态氮（NO3--N）含量的变化范围：（0.02±0.01）~（14.64±1.11） mg·kg-1，且无机氮以土壤NH4+-N为主；秋季冻融后期无机氮含量明显高于前期。尽管水热交互作用对该时期无机氮没有显著影响，但是在不同冻融阶段，无机氮对环境因子的响应程度存在差异：在秋季冻融前、中和后期浅层无机氮动态分别与浅层温度和含水量的变化相关，但在整个秋季冻融期间BM浅层无机氮含量仅对10~20 cm含水量存在响应（R2=0.344，P<0.01）。研究表明，秋季冻融期内，多年冻土泥炭地无机氮发生初步累积，且浅层环境因子对无机氮响应程度最大。本研究可补充大兴安岭多年冻土泥炭地秋季冻融对土壤无机氮影响研究的相关数据，并为多年冻土泥炭地响应全球变暖的温室气体释放的研究提供基础数据支撑。
土壤温度和含水量是影响可溶性有机碳（DOC）变化的重要因素。然而，多年冻土泥炭地土壤DOC变化对秋季冻结期土壤水热变化的响应尚不明确。本研究选取大兴安岭3种多年冻土泥炭地［小叶章泥炭地（CP）、兴安落叶松-泥炭藓泥炭地（LP）、白毛羊胡子苔草泥炭地（EP）］作为研究对象，开展野外原位试验探究秋季冻结期土壤水热变化对多年冻土泥炭地土壤DOC变化的影响。结果表明：秋季冻结期土壤DOC含量表现为EP>CP>LP，平均含量分别为83.99、45.75和43.13 mg·L-1。在秋季冻结前期3种类型多年冻土泥炭地土壤DOC含量均呈波动下降趋势，中、后期CP，LP土壤DOC变化较平缓。在秋季冻结前期，CP整体土壤DOC含量随浅层土壤温度的降低而减少；在后期CP浅层和整体土壤DOC含量随浅层土壤含水量的增加而增加。在秋季冻结中期，LP浅层土壤温度升高和含水量的减少，降低了土壤DOC含量；LP整体土壤DOC的变化随着浅层温度的升高逐渐降低。在秋季冻结后期，EP深层和整体土壤DOC含量随深层含水量增加而增加。在整个秋季冻结期，LP浅层土壤DOC主要受地表温度驱动，深层土壤DOC则主要受深层含水量的影响；整体土壤DOC则受地表温度影响较大。研究表明秋季冻结期多年冻土泥炭地土壤水热变化驱动土壤DOC含量的变化。研究结果为多年冻土区碳循环和“双碳”背景下的碳排放研究提供基础科学数据。
冻融循环是影响寒区工程和环境变化的重要因素之一，而年冻融频次（冻融循环的年累计量）是可以直接标定冻融循环对寒区工程和环境造成影响大小的物理量，对寒区环境下年冻融频次的调查有重要意义。以中国东北兴安岭地区为研究对象，选取兴安岭地区18个气象站点1990—2017年地表温度数据进行整理，得出兴安岭地区各个站点的年冻融频次，并在空间分布和时间序列上分析了年冻融频次的变化情况。结果表明：年冻融频次在中国东北兴安岭地区随着纬度增加逐渐增多，随着经度的增加逐渐减少，随着海拔升高而逐渐增多，且均具有良好的线性趋势；年冻融频次在1990—2017年呈明显的减少趋势，在2004年前后发生突变。进一步分析发现，在影响年冻融频次空间分布的3个因素中，经纬度影响较大，海拔影响相对较小；在时间上年冻融频次变化与东北地区NDVI变化情况呈现良好的负相关性，表明年冻融频次在一定程度上与当地植被覆盖度有关，且随植被覆盖度的增加而减少。
沱沱河盆地地处青藏高原腹地，区内多年冻土与融区分布复杂。多年冻土与融区的分布及其变化是冻土学研究的重要内容，同时对于居民生产、生活以及工程建设选址具有重要的意义。基于20世纪80年代已有研究中对沱沱河盆地多年冻土和融区的分区，利用北岸青藏铁路沿线5个钻孔（N1~N5）和南岸一级阶地5个钻孔（S1~S5）的地温观测数据，研究了沱沱河南北岸多年冻土与融区的地温及其变化过程。结果表明，在区域气候暖湿化背景下，北岸多年冻土、融区经历了显著的升温退化过程。自2005—2020年，N1孔位的多年冻土经历了显著的下引式退化过程，从极高温不稳定冻土已退化为融区。2005—2013年期间，融区内年平均地温升温速率为0.3~0.4 °C·（10a）-1。南岸自一级阶地至开心岭山前缓坡既有贯穿型也有非贯穿型融区的发育，融区的发育与河流与渗透-辐射机制以及冻结层上水发育有关。通过对盆地内10个钻孔的地温以及近20 a的时间变化过程分析，加深了沱沱河盆地多年冻土与融区空间分布及其变化的认识。从盆地内多年冻土与融区的制图角度和工程建设需求出发，未来仍需要开展多手段现场勘察工作及对融区发育机制方面的深入研究。
冻土作为一种强流变土工材料，其强度衰减特性是路基工程、桩基工程和人工冻结法施工中病害或失稳的重要诱因，但一直以来缺乏对复杂应力状态下冻土强度包络面衰减特性的实验和理论研究。基于不同围压下冻结路基土强度点处的应力松弛试验，研究了复杂应力状态对冻土强度衰减过程的影响规律，试验确定了p-q应力空间内冻结路基土强度包络面的率相关变化特征，揭示了复杂应力状态下黏聚力和内摩擦角在应力松弛过程中的衰减、退化规律及其机理，最后建立了考虑应力松弛效应的冻土率相关强度理论。
研究冻土动强度对寒区工程和人工冻结工程施工及安全性评价具有重要意义。为了揭示主应力轴旋转对冻结黏土动强度特性的影响，利用空心扭剪仪开展不同围压下冻结黏土动三轴和空心扭剪试验，探讨了主应力轴旋转对冻结黏土动强度、动黏聚力和动内摩擦角变化规律的影响。结果表明：主应力轴旋转导致冻结黏土试样的动强度降低，围压越低主应力轴旋转对动强度影响效果就越明显；随着震动次数的增多，主应力轴旋转条件下冻结黏土动黏聚力衰减速度相对于主应力方向固定时加快；不同于主应力轴方向固定条件下动内摩擦角随震动次数增多而衰减的特点，在主应力轴旋转条件下动内摩擦角随震动次数增多而增大。另外，研究显示主应力轴旋转条件下动强度、动黏聚力和动内摩擦角均与震动次数的对数呈良好的线性关系，用线性方程对其进行了拟合，并给出拟合系数和确定系数。
热扩散系数是多年冻土对外界热扰动敏感程度的重要影响参数之一，也是寒区工程设计与建设的关键基础数据。基于瞬态平面热源法导热系数测试结果和质量加权法计算获取的比热容理论值，计算获得青藏工程走廊西大滩—唐古拉山沿线典型类别土样热扩散系数，分析对比了走廊带内冻融土热扩散系数的分布特征和参数影响规律，提出了基于经验拟合公式法和RBF神经网络方法的冻融土热扩散系数预测模型，并比较了不同预测模型的预测效果。研究结果表明：青藏工程走廊带内土的热扩散系数与粒径整体呈正相关性，融土热扩散系数按黏性土、粉土、全风化岩类、砂土及碎石土依次增大，冻土热扩散系数按黏性土、全风化岩类、粉土、碎石土及砂土依次增大；热扩散系数与容重及天然含水率相关性随土类及冻融状态差异明显，冻、融土热扩散系数呈显著正线性关系；以融土热扩散系数为拟合参数的冻土热扩散系数三元预测模型的预测精度明显高于二元经验公式；RBF神经网络模型在冻、融土热扩散系数预测中均具有最优的预测精度，为最佳预测模型。
在多年冻土区，道路工程会对周边的多年冻土产生热影响，但不同地表条件下的多年冻土对道路热影响的反馈差异尚不完全清楚。本研究基于青藏公路沿线两处监测场地的多年冻土监测数据，研究了不同地表条件下青藏公路对多年冻土的热影响差异。结果表明，青藏公路对多年冻土的热影响因地表条件的不同而存在差异。与植被覆盖率较高的监测场地相比，在植被覆盖率较低的监测场地，其多年冻土年平均地温更高、多年冻土活动层厚度更大，且青藏公路对多年冻土的水平热影响范围也相对更大。此外，在植被覆盖率较低的监测场地最靠近坡脚的位置处，由于地表条件的不同，其浅层土壤更易受到外界扰动，导致该位置浅层土壤与外界的热交换特征迥异于其他监测位置，这可能也是导致两处监测场地多年冻土的热状态存在差异的原因。目前，青藏工程走廊内各线性工程密布，工程间的相互影响及其与多年冻土间的关系已成为必须考虑的问题。本研究工作对于青藏高原多年冻土区工程走廊内线性工程之间的合理间距设定，以及即将建设的青藏高速公路双向路基间的合理距离设计都可提供参考，以达到减少工程热扰动，保障工程安全运营的目的。
球形模板压入试验由于其试验过程简单易行，测试结果比较准确而广泛应用于冻结土的力学性质测试中，尤其是在确定冻结土的等效黏聚力上优势更为显著。本文通过球形模板压入试验分析不同粒径组冻结砂土长期等效黏聚力（长期抗剪强度）随时间的变化规律，并利用弹性力学解答空间问题的研究方法，总结出不同固定荷载试验条件下球形模板压头压入冻结砂土试样深度
双电层结构对研究黏土力学特性、冻土水分迁移等具有重要意义。为了探究不同影响因素对黏土颗粒扩散双电层电势分布的影响，借鉴Gouy-Chapman-Stern双电层理论，基于Nernst-Planck方程和Poisson-Boltzmann方程，利用数值软件COMSOL定量分析了温度、浓度、颗粒尺寸、颗粒形状以及溶液相对介电常数对扩散双电层电势分布的影响规律。研究表明：温度对电势分布的影响不明显，但随着温度以及Stern层厚度增加，黏土颗粒表面电势和Stern电势均增加；而随着溶液浓度以及相对介电常数减小，表面电势值增加；在矿物成分、表面电荷密度以及颗粒形状确定的情况下，尺寸对于扩散双电层电势分布的影响不显著；但颗粒的不规则形状对电势分布的影响较为明显，当颗粒形状存在夹角时，夹角处的表面电势远大于其他位置，且夹角越小，夹角处表面电势值越大。
为解决废旧沥青混合料（RAP）和铁尾矿砂（ITS）固废处理问题，将两者充当砂石料掺加到水泥稳定碎石中，通过无侧限抗压试验、弯拉试验和温缩试验对水泥稳定碎石进行路用性能研究，分析了RAP和ITS掺量对水泥稳定碎石的影响。结果表明：RAP掺量一定时（25%），ITS掺量增加有利于提高水泥稳定碎石的抗压强度和弯拉强度，但会增大材料的温缩应变和温缩系数，降低温缩性能，其中ITS45（ITS掺量为45%）有较好的温缩性能；ITS掺量一定时（60%），RAP掺量增加不利于水泥稳定碎石的抗压强度，但可以提高水泥稳定碎石的弯拉强度，降低温缩应变和温缩系数，其中RAP70（RAP掺量为70%）温缩性能达到最优；与ITS45相比，RAP70有更宽泛的施工温度区间。
膨胀土是一种特殊的黏土，具有明显的胀缩性和多裂隙性，在寒区渠道工程中极易诱发各种冻害。单轴压缩特性是冻土物理力学特性的重要分支，为研究冻结膨胀土的单轴压缩特性，开展了不同干密度和温度下冻结膨胀土单轴压缩试验。试验结果表明：随着干密度的增加，各温度工况下试样的应力-应变关系曲线均由弱应变软化转为应变硬化形态，且试验温度越高，曲线的软化特征越显著。不同温度工况下试样的破坏模式差异明显。当试验温度为-2 ℃时，试样破坏时其表面出现明显的局部坍塌与剥落，而-5 ℃、-10 ℃和-15 ℃工况下试样的最终破坏形态均为“鼓状”破坏，试样表面无明显的裂缝和剪切面。冻结膨胀土试样的单轴抗压强度随干密度的增加而线性增大，亦随温度的降低而增大，但在不同的温度区间内增幅不同，其变化幅度主要与试样内部含冰量密切相关。此外，试样的弹性模量随着干密度的增大和温度的降低均线性增大。
冻融循环作用是寒区土体力学性质改变的主要影响因素之一。为研究冻融循环作用下寒区冻结掺和土料的动力特性（包括动变形和动强度），以寒区高土石坝砾石掺和土坝料为研究对象，采用低温振动三轴材料试验机，对不同冻融循环次数（0、5、20次）下的冻结掺和土试样进行不同围压和不同动应力幅值比条件下的低温动力循环三轴试验，探讨冻融循环作用对冻结掺和土料的动应力-动应变关系，体变、滞回曲线，轴向累积应变，动回弹模量，残余应变以及动强度的影响。结果表明：随着冻融循环作用的增加，冻结掺和土料的动应力-动应变曲线和体变曲线逐渐稀疏，且试样达到破坏应变的振动次数呈线性减小。通过对不同冻融循环次数下冻结试样的滞回曲线、轴向累积应变、残余变形的研究，发现冻融循环作用使得试样抵抗变形的能力下降。随冻融循环次数的增加，试样的动回弹模量减小，动强度逐渐降低，试样更容易发生破坏。研究结果较好地解释了冻结掺和土料在冻融循环作用下动力变形的机制，可为基于动力变形控制的寒区工程基础设计提供科学参考。
目前来看，在构筑物与土体表面粗糙度影响土-构筑物接触面间切向冻胀力方面的研究还较少，因此，本研究从川西季节冻土区渠基土-衬砌接触面的切向冻胀力问题出发，着重考虑衬砌表面粗糙度这一因素对接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角的影响规律和影响效应，并结合环境温度、含水率及冻结时长，利用正交分析综合探究了4种因素对接触面间峰值抗剪强度影响的相关性和显著性，结果表明：接触面间抗剪强度、黏聚力、内摩擦角随衬砌表面粗糙度变化呈现相同规律，即衬砌表面越粗糙，3项指标随即增大。正交分析中揭示了影响接触面间峰值抗剪强度大小最显著的因素是衬砌粗糙度，其次是环境温度和含水率，冻结时长的影响效应不显著，同时低温、低含水率、较长冻结时长、较高衬砌粗糙程度下的峰值抗剪强度越大。此项结果可为季节冻土区渠系工程防冻胀危害提供理论支撑。
砂浆孔隙溶液水盐相变特性是研究其水-热-盐耦合模型以及水泥基材料损伤机理的关键理论基础。为探究河西走廊盐渍土地区砂浆孔隙溶液水、盐相变规律，首先利用差示扫描量热法测定水盐相变过程中热流、相变温度等热参数；其次基于热量守恒和水分质量平衡方程，初步实现水盐分离；然后分别计算不同温度下的冰、盐晶和未冻水含量，揭示了低温下砂浆孔隙溶液水盐相变机理；最后结合微观扫描和物质能谱图，明晰了砂浆内部劣化机制。研究结果表明：随着盐浓度增大，砂浆孔隙溶液冻结温度降低、相变时间延后、水盐相变顺序调换及未冻水含量向低温方向移动；相同盐浓度下，氯化钠对砂浆孔隙溶液冻结温度的降幅最大，混合盐次之，硫酸钠最小；砂浆在低温盐侵蚀下遭受物理化学耦合作用，其中氯化钠对砂浆破坏性最大，混合盐次之，硫酸钠劣化相对较轻。
随着我国冻土地区铁路运营里程的不断提升，冻土路基在随机列车荷载作用下的动力响应分析成为了急需解决的工程问题。本文以青藏铁路某路基横断面为例，采用时域显式蒙特卡罗模拟法，计算其在随机列车荷载作用下响应的统计特征。首先，提出列车驶过施加在路基顶面荷载的快速计算方法，并引入轨道不平顺及列车行驶速度两类随机参数，以生成随机分析所需的大量荷载样本。然后，采用数值积分方法将运动方程在时域上进行离散，建立任意离散时刻冻土路基动力响应关于列车荷载的显式表达式。基于该显式表达式，可以高效地实施蒙特卡罗模拟，得到在随机列车荷载作用下路基关键响应的均值、标准差和峰值等统计量。采用该方法，分析了路基在夏冬两个季节不同深度处的随机动力响应，发现在夏季路基浅层中的位移和速度响应最为剧烈。数值算例表明，时域显式蒙特卡罗模拟法在冻土路基随机振动分析中具有理想的计算精度和计算效率。
对冻结路基填料开展一系列恒围压和动围压分级循环加载三轴试验，采用轴向及径向双向同步循环加载方式来模拟原位列车荷载下路基填料的复杂循环应力状态，试验结果表明：轴向累积塑性应变随冻结负温的升高而增大，随粗颗粒含量的增大而减小。体变随冻结负温的降低先减小再增大，而体变在粗颗粒含量增加下的三阶段演化特征被试验确定。最后采用现有的三类路基安定性评估理论对冻结路基填料的累积塑性变形进行评估，Werkmeister-准则和马-准则分别在动围压和恒围压的条件下易进入塑性蠕变阶段，陈-准则在两条件下的评判结果均属于塑性安定范围，后循环压实阶段与二次循环变形阶段间临界点不同的确定方法对安定性的评估结果有不可忽视的影响。
深厚表土层冻结法凿井工程中，深部土体由于经历了高压冻融作用，导致其工程性质变化，认识冻融作用对其强度与变形影响，对于冻融病害防治有一定意义。本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融，并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验，探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律。研究结果表明：冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型；同时，经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降，在本试验条件下，抗剪强度最高下降了48.8%，割线模量E0.5最大下降了72.0%。通过对各影响因素的显著性分析，发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著，围压对两者的影响最弱。
冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下，不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制，采用荧光素为追踪剂，以CT细观机理观测为研究手段，开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验，探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明，冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深，初始含水率越大，不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明，经历多次冻融循环后，试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化，试样的密度普遍增加，孔隙率以减小为主，进而导致土体发生相应变形。
季节冻土区特殊的温湿环境造成盐渍土累积变形是导致众多工程问题的主要原因，但其变形破坏机理尚不十分明确。通过配制不同含盐量的粉土开展冻融循环试验，研究试验过程中温度、未冻水含量、孔隙水压力、基质吸力和位移的变化规律。结果表明：孔隙水压力和基质吸力对土体温度敏感，对土体变形有重要影响。类比于非饱和土有效应力原理，给出了冻结盐渍土的有效应力方程，将土体变形分为温度应变、盐胀、冻胀、溶陷、融沉和残余应变，很好地解释了冻结盐渍土的变形机理。研究了含盐量对土体变形的影响程度，发现低含盐量时土体应变以冻胀和融沉为主；随着含盐量的增加，盐胀和溶陷的贡献越来越大；而含盐量为1%时土体变形最小，表明适当控制含盐量可有效抑制土体变形。
冻融循环作用是造成寒区工程病害的主要因素之一。为探究冻融循环对木质素纤维改良黄土力学和热学的影响，通过轻型击实试验、冻融循环试验、不固结不排水三轴剪切试验、热常数分析试验和X射线衍射试验，以木质素纤维掺量、冻融循环次数和围压为变量展开研究。结果表明：随着掺量的增加，改良黄土的最大干密度降低，最优含水率升高；随着冻融循环次数的增加，试样的应力-应变曲线由应变硬化型向应变弱软化型转变；试样的质量损失率、破坏强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角和导热系数均随着冻融循环次数的增加呈下降趋势，在经历第1次冻融循环后衰减率最高，并且总是在掺量为5%时达到最大值；试样的破坏强度和黏聚力在经历6~9次冻融循环后趋于稳定；黄土及掺量为5%的改良黄土在X射线衍射分析中成分相似，未发现新的物质生成，因此，木质素纤维是一种绿色的物理固化材料。该研究成果可为寒区土体加固提供新思路。
植被混凝土生态修复技术是当前国内用于裸露陡边坡植被恢复的典型技术之一，具备肥力持续供给能力是植被混凝土有别于其他建筑材料的基本属性。冻融循环作用下物理结构剧变导致养分固持能力减弱是限制植被混凝土在高寒地区应用的关键因素，但养分固持能力变化的深层原因尚不清楚。通过控制性试验，以初始含水率和冻融循环频次为变量，测定了植被混凝土水稳性团聚体粒径分布、团聚特征参数、主要养分含量及其淋溶流失率的变化规律。结果表明：随初始含水率提高，植被混凝土中水稳性微团聚体向大团聚体转化，尤其以≥1~2 mm粒组增幅最多，团聚特征参数变化也反映出团聚体稳定性随之提高；冻融循环导致水稳性团聚体平均粒径不断减小，但会随冻融频次增长逐步趋于稳定。初始含水率的提高促使各养分含量略有增加；冻融循环作用下有机质、铵态氮、有效磷、速效钾含量仍有增长，但硝态氮含量不断降低。同时，冻融循环还会导致各养分淋溶流失率不断增大，最大增幅可超过90%，并随冻融频次增长趋于稳定。这说明冻融循环对养分固持能力的影响会逐步减弱，而且侧面反映出团聚结构与养分固持能力间存在紧密联系。Pearson相关性分析进一步表明，团聚特征参数与各养分淋溶流失率均达到显著相关水平，综合考虑显著性水平与相关性系数绝对值，认为团聚特征参数中几何平均直径与各养分淋失率相关程度最高，最适合用于表征植被混凝土的养分固持能力。上述研究结果证实，冻融循环作用下团聚效应减弱是导致植被混凝土养分固持能力降低的深层原因。
介电常数是频域反射法测定土样含水率的关键参数之一。为获取温度对土壤介电常数的影响规律，利用矢量网络分析仪测得不同含水率、含盐量的试样在不同试验温度下的介电常数。通过分析土样介电常数随不同因素的变化规律，最后建立了介电常数与温度的关系。结果表明：温度对土样介电常数的影响主要表现在冰水剧烈相变阶段。当温度低于某一温度或者高于冻结温度后，介电常数受温度的影响较小。负温条件下，土样介电常数随含盐量增大而增大。引入阶梯函数建立的三阶段模型，可有效描述土样介电常数随温度的变化规律。
受全球气候变暖对高海拔山地区气温放大效应影响，冰雪型地质灾害趋于增多，且普遍呈现链式发育特征，具有灾害类型动态转化、影响范围大、破坏程度高等特点，严重威胁区域内重大工程建设安全。基于实地考察与文献调研方式，将高寒山地区常见冰雪型地质灾害凝练为：冰岩崩、雪岩崩、冰雪型碎屑流、冰碛物堆积滑坡、冰湖溃决、冰川型泥石流6类，并分别剖析各自典型的发育特征；而后，对冰雪型地质灾害3种典型链式组合关系予以剖析，发现：冰雪型地质灾害链普遍存在“高位萌生→动力溃散→物相转化”动态演化过程；据此，对冰雪型地质灾害高位萌生、动力溃散及物相转化三阶段特征及内在机制进行分析，明确了冰雪型地质灾害的“高位萌生→位能转化→侵蚀铲刮→滑移堆积”累积链生放大机理。最后，对冰雪型地质灾害链各演化阶段进行评价模型梳理，认为：新型破碎-扩散模型、Flores接触力模型可用于评价冰雪型地质灾害高位萌生向动力溃散过程；犁切模型可较好描述其侵蚀铲刮与体积放大过程；颗粒流模型、空气润滑模型、超孔隙水压力模型可用于揭示后续的高速滑移堆积特征；而Voellmy流变模型、Bingham流体渗流模型可较好解释其灾害链条的物相转化特征。研究对于科学评价冰雪型地质灾害链动态演化过程具有基础参考价值。
河川径流是西北干旱区重要的水资源，辨析其变化特征及影响因素对于认识气候变化背景下的河流水文变化规律具有重要意义。基于1954—2016年昌马堡水文站日径流数据、疏勒河流域周边气象站和探空站观测数据和两次冰川编目数据，采用线性趋势、经验模态分解、分层回归等方法系统分析了疏勒河上游径流长时间序列变化特征及可能影响因素。结果表明：1954—2016年疏勒河上游年径流、汛期和非汛期径流均呈显著增加趋势，其中年径流变化率为1.00×108 m3·（10a）-1；流域径流在1999年发生突变，具有15 a和7 a左右的振荡周期，且15 a时间尺度最为显著；正积温和降水是影响疏勒河上游径流的主要气候因子，可解释80%以上的径流变化；疏勒河上游夏季径流与0 ℃层高度呈显著正相关（r≥0.7），即利用大气0 ℃层高度可预测该河流汛期径流变化，这对于评估西北干旱区冰川融水补给型河流径流变化具有重要参考价值；1966—2006年期间疏勒河上游流域冰川冰储量减少约5.77 km3，表明冰川变化在流域径流变化和调节方面起着至关重要作用。
土体冻融过程中的未冻水动态变化与冰-水相变过程密切相关，是冻融过程中非饱和土研究的重要基础。利用在线控温以及分层扫描的核磁共振新技术直观测试冻融过程中非饱和砂土的未冻水含量。结合T2分布曲线（曲线上不同的T2值对应着孔隙水类别特性，曲线下方的面积对应试样水分含量）在冻融过程中的峰值大小和峰面积数据反演土体中含水量的大小与赋存的位置，而曲线的峰形态以及弛豫范围（各峰起始值以及终止值）等信息反演不同类型水分（吸附水与毛细水）以及土体结构的分布。在处理试验结果时，首先依据测试得到的冻结温度划分试样冻结区与未冻区。冻结区与未冻区未冻水含量及其孔隙变化差异明显，究其原因是冰水相变与水分迁移。在土样冻结区域冰水相变占主导地位，水分主要由未冻区向冻结锋面附近的e、f层迁移。首先以中大孔隙中毛细水迁移为主，其次以小孔隙中的吸附水迁移为辅。依据水相变成冰体积增大和孔隙体积占比数据分析可知，冻结区微小孔隙会在冻结过程中连通形成中大孔隙；而在未冻区水分迁移占主导地位。未冻区受固结作用中大孔隙压缩形成为小孔隙。试验过程中冻结锋面附近的e、f层孔隙变化最为剧烈。
多年冻土区输电线路塔基基础附近活动层厚度和地下冰变化与基础稳定性密切相关，塔基施工的热扰动和混凝土基础的热效应使得基础周围冻土易发生退化，不利于基础的稳定。高密度电法是冻土工程环境研究中常用的地球物理方法，其探测结果的可靠性和分辨能力受数据采集方式、目标体地电结构影响。为减小对输电线路塔基附近冻土特征识别的不确定性，通过建立基础周围多年冻土地电模型的正反演模拟，发现活动层处于融化状态时各种装置方式数据采集均能较好地反映活动层厚度的起伏，但由于冻融锋面附近显著的电阻率差异，难以识别多年冻土层内的地下冰空间分布特征。而活动层处于冻结状态时进行探测能显著提高对多年冻土层内的地下冰空间分布特征识别精度，其中偶极-偶极装置可较好地识别高、低含冰量区域的发育位置和形态特征。在青藏直流输电线路塔基基础附近冻土探测中证实了方法的有效性，探测结果揭示了施工过程和基础热效应导致的塔基基础附近的地下冰退化。以上研究表明，通过正反演模拟，根据具体探测目标选择合适的探测时机和数据采集方式，能显著提高高密度电法探测结果的有效性和精度。
保温材料广泛应用于寒区工程的诸多领域。然而，在服役过程中，保温材料往往会受到浸水、冻融和盐蚀等多场耦合的循环作用，导致其保温、防水和强度等物理力学性能出现不同程度的退化。目前，保温材料的类型非常多，但其性能和耐久性有所不同，因此科学合理地选择保温材料不仅关系到其长期保温效果，同时对于工程构筑物的长期稳定性具有重要的意义。针对循环冻融作用，选取寒区工程中常用的4种保温材料［聚酚醛（FLK）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯挤塑板（XPS）和聚苯乙烯发泡板（EPS）］开展了浸纯水、浸盐水和干燥状态下的室内冻融循环试验，对经历了不同冻融次数的样品进行了表观密度、吸水率、导热系数、压缩强度、弯曲强度和微观结构系列测试。结果表明：浸润作用对保温材料物理力学性质影响显著，亲水性材料FLK的保温和力学性能退化显著，而憎水性材料PU、XPS和EPS变化相对较小。干燥条件下，冻融循环作用对FLK、XPS和EPS吸水率以及FLK的导热系数影响量值可观，但对4种保温材料的压缩和弯曲强度影响不大。浸纯水和盐水条件下，经历30次冻融循环后，FLK的导热系数增加约50%，弯曲强度降低超过0.3%，EPS的压缩强度降低超过10%。浸盐水后保温材料经历冻融循环作用后其物理力学性能退化程度与浸纯水条件下有所不同，该差异值得关注。通过扫描电镜图像能够识别4种保温材料的孔隙尺寸、孔隙致密度和固体颗粒胶结方式，但对经历冻融循环作用后的变化难以识别和量化。基于试验结果，结合寒区交通工程应用场景，分析了4种保温材料的冻融耐久性，以期服务于寒区交通工程保温材料的合理应用。
为了研究冷端温度、土质和补水压力对土体冻胀影响的强弱以及现行评价土体冻胀敏感性的方法在土体有压补水冻结时的适用性，开展了三因素三水平的冻胀正交试验。基于灰色关联度法得到的结果表明， 影响土体冻胀率的因素由强到弱依次为补水压力、冷端温度和土质。补水压力、冷端温度与冻胀率的关联度较大，土质与冻胀率的关联度较小。在较高的补水压力作用下，非冻胀敏感性的砂类土产生了明显的冰透镜体，且部分砂类土的冻胀率超过了黏质土的冻胀率。发现仅凭细粒含量评价水压作用下砂类土的冻胀敏感性存在缺陷，应根据土体所处的实际环境进行综合评估。通过讨论冻胀敏感性、融沉敏感性与冻害敏感性之间的关系，提出受水压影响的寒区工程构筑物须通过设置隔水和排水设施以及使用换填法来综合防治冻害的方法，可为相关工程的设计及安全运营提供参考。
研究深土冻融过程的声波响应特性，对于声波技术应用于深厚表土层人工冻结工程有重要意义。深土原位冻融始终处于高地应力环境下，但目前声波测试装置尚不具备高压冻融条件下的测试功能。为此本文结合弯曲元测试技术，研制了侧装式弯曲元高压冻融试验装置，以了解高应力条件下深土冻融过程的剪切波速。该试验装置主要由试样承压舱、加载系统、控温系统、数据采集系统和弯曲元测试系统构成。系统核心单元——试样承压舱采用双层筒结构，内筒为聚四氟乙烯筒，外筒为钢筒，弯曲元探头设置于内层筒侧壁。通过数值计算确定内筒壁厚8 mm，外筒壁厚15 mm，该结构可满足高应力下承压舱的抗变形、隔热和隔振要求。利用弯曲元测试系统研究了声波走时确定方法，以及激励波形和频率等测试参数。根据测试结果，本试验条件下声波走时采用初达波法确定，激励波形采用方波，高密度冻土和未冻土的激励频率分别选择4 kHz和5 kHz。最后，利用该装置测试了有载条件下深部黏土不同负温下的剪切波速，初步验证了装置的适用性。
针对强风条件下风吹雪灾害难以彻底根治问题，提出采用棚洞工程治理的方案，并对其进行了风洞模拟实验研究。按1∶60缩尺比3D打印模型，采用细砂、精盐、锯末3种介质模拟分析了全封闭、上挑式、透风式3种棚洞结构在90°风向夹角条件下的吹雪防治效果。依据实验结果，结合新疆玛依塔斯区域风吹雪灾害实际，单独针对30°风向夹角的封闭式棚洞进行流场测定。研究表明：在采用其他介质代替吹雪开展风洞风吹雪堆积模拟实验时，一定湿度的锯末具有较高的相似度，且上挑式和封闭式棚洞均具有较好的风吹雪防治效果。介质模拟实验表明，挡雪板对途经棚洞洞口的吹雪具有较好的阻拦作用；流场实验表明，挡雪板对棚洞外部和内部流场均有影响，洞外起到降低风速的作用，洞内起到抑制弱风区的功能。研究证实，采用适宜的挡雪板布设方案进行洞口防护的棚洞工程是治理风吹雪灾害的有效手段。
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