在气候环境变化和工程热效应背景下，青藏高原冻土地区道路病害频发、主动防控能力弱、养护管理机制不足等问题日益突出。换填垫层广泛应用于冻土公路工程设计与施工，在增强道路抗变形、抗冻害和稳定性方面发挥重要作用，但目前针对其在服役期内对地基水热分布状态的影响有待深入探讨。在青海共和—玉树高速换填垫层设计方案基础上，本文对细砂、砂砾和碎石这3种换填料下多年冻土地基水热分布进行数值试验，并以无换填粉质黏土为对照，研究换填垫层对地基水热分布及演变的影响规律。研究结果表明：换填碎石具有较好的控温性能，能够有效降低最大融化深度；换填垫层内未冻水含量显著降低，但引起未冻水沿换填-地基土接触面从地基外侧向中心横向流动；同时，换填加剧地表积水侵入深部地基土，在地形平坦且无主动排水条件下，深部地基土含水量及其振荡幅值逐年增长；换填料透水与导热性能是影响地基水热动态分布的关键因素，因换填引起的水热迁移不利于多年冻土地基力学性能长期保持，在工程实践中，应充分考虑路域气候环境及地形地貌特征，谨慎采用换填处理。

为揭示冻土温度、流变特性对桩基承载性能的作用效应，进行温度、流变响应试验分析，采用自行设计的大型冻土桩基承载性能试验装置，开展了不同地温、不同加载过程下桩基承载特性模型试验，分析了轴力与侧摩阻力的温度、流变响应。结果表明：地基温度对桩基刚度具有显著影响，温度较高(约-3℃)时，刚度仅为温度较低(约-6℃)时的1/10。其次，温度较低时，轴力沿深度迅速衰减，侧摩阻力呈上大下小，桩体上部(约1/3)主要承载；温度较高时，轴力分布平缓，深部侧摩阻力发挥程度相应提高。再者，流变效应对侧摩阻力的发展、变化存在显著影响，持荷阶段流变导致的侧摩阻力降低逾200 kPa。此外，流变效应亦受地基温度及荷载水平的影响：地温较高时，流变导致的侧摩阻力松弛近乎初值的50%;荷载水平升高时，流变效应呈现先增大后减小的趋势。冻土地基中桩基础承载性能具有显著的温度、流变响应，实际工程设计、运维必须予以考虑，研究结果可为工程实践提供理论支撑。

为了分析冻土地基中输电线路基础发生冻拔破坏的科学问题，以锥管板条装配式基础为研究对象，采用室内模型试验测试及分析的研究方法，开展了不同环境温度下，冻土地基的冻结试验和基础的上拔加载试验，分析了地基温度场、位移场的分布特征以及基础抗拔承载力与温度之间的关系，揭示出上拔荷载作用下冻土地基的破坏模式。研究结果表明：冻结试验中，模型基础的冻拔位移均小于周围地基土体的冻胀位移，基础对地基土体的冻胀存在反约束作用，距离基础越近，约束作用越明显；不同冻结环境温度下基础的上拔加载试验中，抗拔极限承载力均随环境温度的降低近似呈线性增大，增加速率接近1.8 kN/℃;在冻结与上拔力双重作用下，地基土体首先出现局部张拉破坏，随着上拔荷载的不断增加，地基土体逐渐由局部张拉破坏过渡为整体剪切破坏。研究成果可为这种形式的基础在冻土地基中的应用提供理论依据和实践经验。

当利用岛状多年冻土作为建筑工程的地基时,其不稳定的性质容易引起的工程质量事故,处理难度及费用较高。文中通过对岛状多年冻土进行石灰桩预融处理试验,得出岛状多年冻土预融处理的一系列试验参数,填补了建筑工程行业岛状多年冻土处理技术的空白,为将来实际工程中普通应用提供借鉴。

青藏铁路现行的稳定冻土地基的措施多为间接的、地上的、被动的和局部的举措。本文在综合利用新能源、新材料和新结构的基础上,提出了新型青藏铁路冻土地基加固装置的设计方案,并从理论上分析了该设计方案实施的可行性。

在冻土地区修建结构物,除了要满足非冻土区结构物所要满足的强度与变形条件外,还要考虑以冻土作为结构物地基时,其强度随温度和时间而变化的情况。所以采用什么样的防冻胀和融沉措施来保证冻土区结构物地基的稳定,是关系到冻土区工程建设成败的关键所在。冻土基地对结构物的影响主要有冻胀和融沉两种破坏形式,因此,冻土地基应从保持冻结和允许融化两种状态分别进行处理,以保证冻土区结构物的安全和正常使用。

综合考虑第二、三类上边界条件,运用ABAQUS模拟漠河地区机场跑道多年冻土地基温度场分布,探讨了附面层理论在漠河地区的应用,研究了漠河地区多年冻土地基温度场附面层参数及温度函数。研究结果表明:漠河地区机场跑道沥青混凝土道面附面层厚度为0.12 m,附面层底地基温度初始值为1.90℃,振幅为25.09℃;天然地面附面层厚度为0.06 m,附面层底地基温度初始值为1.03℃,振幅为25.20℃,扩展了附面层理论的应用地区,为漠河地区机场跑道地基稳定性研究提供了基础。

针对冻土上限较深的岛状多年冻土地基稳定性问题,本文提出了一种用石灰桩预融处理岛状冻土地基的方法。根据生石灰水化反应放热的特点,提出用石灰桩处理高温岛状冻土地基的桩体材料配合比计算公式,并开展了石灰桩模型试验。结果表明,石灰桩能有效融化多年冻土并对融化后的地基土起到挤密加固作用。保证石灰桩预融效果的3个关键要素是:桩体含水率应控制在15%～19%;从拌和到分层夯填完成时间须控制在5 min以内;生石灰粒径宜控制在6 cm以内。

寒区工程建设现已成为一种趋势,但在建设工程中,特殊地质问题的解决与处理也成为亟待研究的方向。针对冻土这一特殊地质,对其工程特性分析,对比现有冻土地基处理的方法。发现现大量工程都是采用单一的设计原则去改善地基基础的状态。本文的研究成果可以为处理冻土这一特殊地质地基提供依据。

在高纬度冻土区修建基础工程,如何处理冻土地基使其满足承载力要求,是冻土工程施工技术的关键。为了研究石灰桩对冻土地基的预融和挤密效果,提出以破坏冻土为出发点的石灰桩放热预融方案。采用石灰桩预融冻土地基,通过群桩和单桩模型试验,测试桩周不同位置土的温度、含水率和密度的变化,确定石灰桩对冻土地基的预融和挤密影响半径。试验结果表明,所选用的桩体材料配合比,能够使桩间一定范围内冻土全部融化,提高桩间土的密度。