以北京东六环隧道盾构段联络通道冻结施工为背景，研究超大直径隧道土体与管片交界面处冻结温度场。采用现场实测和数值模拟的方法，对交界面处冻结壁的发展状况以及冻结管端部不循环段长度对交界面冻结的影响进行了分析。结果表明：同一位置的数值模拟温度变化与工程实测基本一致，能较好反映土体温度变化；在冻结过程中，同远离管片的另一截面相比，交界面处的冻结壁厚度更小，且随着冻结时间的增加，两个截面处冻结壁厚度差值逐渐增大，到冻结56 d时，冻结壁上壁厚度差值达到1.04 m,冻结壁侧壁厚度差值达到0.91 m;冻结管不循环段长度会明显影响交界面的冻结效果，间距平均每增加100 mm,在冻结56 d时的交界面冻结壁上壁厚度将减小80 mm,侧壁厚度将减小60 mm。研究结果可为类似的大直径隧道联络通道冻结工程提供参考。

某市地铁区间联络通道采取冻结法施工，冻结区主要含粉质黏土和细沙。为保障冻结开挖施工过程中的安全，验证冻土帷幕强度是否满足施工要求，对该冻结区域进行原状冻土取样，并制作冻土试样进行无侧限抗压强度试验，对冻土强度以及破坏方式进行分析。结果表明，细沙冻土试样平均抗压强度为3.40 MPa，破坏表现为脆性，其中失去抗压能力有2种方式，包括结构破坏，以及受外界影响，冻土中的冰融化使细沙解体而失去承载能力。粉质黏土冻土试样平均抗压强度为0.67 MPa，破坏表现为塑性，主要是受外界影响，冻结融化导致冻土的抗压承载能力下降。最后通过对试验结果和现象分析，提出冻结施工合理化建议，以保障冻结施工过程的安全，为类似冻结工程提供一定参考和借鉴。

在拱北隧道施工中首次采用的管幕冻结法暴露了设计阶段未能预见的施工期长期稳定性问题，涉及管幕冻土复合结构中冻土与结构接触面的剪切蠕变特性。目前尚缺乏针对冻土与结构接触面的蠕变模型来准确描述接触面的剪切蠕变特性。基于分数阶导数推导建立能够同时描述冻土与结构接触面在衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段力学行为的理论模型，该模型将Maxwell模型中的黏弹性部分替换为Abel黏壶元件，并融合一个由剪应力控制的蠕变加速元件；通过自主改装仪器，得到冻土与钢材接触面剪切蠕变试验结果；基于Python语言开发含分数阶的多参数同步最小二乘拟合程序，拟合对比各因素条件下冻土与结构接触面剪切蠕变试验曲线；最后，分析模型中应力控制加速元件参数敏感性，揭示加速指数N和分数阶阶数λ对加速蠕变阶段的影响规律。研究结果表明：(1)分数阶Maxwell加速模型中分数阶导数明显改善蠕变曲线的非线性渐进过程，而剪应力控制加速元件准确地模拟加速蠕变阶段；(2)与传统模型相比，在不同试验条件下分数阶Maxwell加速模型均展现了更高的适用性和精准性；(3)蠕变模型中加速指数N越大，其加速效果越明显，速率也越快；随着分数阶阶数λ...

基于水热变化下的人工冻土力学试验是人工冻结法设计过程中进行合理设计和安全施工的前提和必要条件。通过采用设计正交试验及统计拟合方法，针对海测滩煤矿立井井筒处黄土冻土试样进行不同含水率及冻结温度下抗折强度试验，分析了冻土的挠度-抗折强度变化关系及其力学性能，对比了不同含水率及不同冻结温度下冻土抗折强度变化，并对立井井筒黄土基土在冻结过程中的抗折强度建立了基于冻结温度、含水率变化的预测模型。结果表明，立井井筒处冻土的抗折强度随含水率的增大呈先增加后减小变化，在含水率15%～20%时其抗折强度较大；冻结温度与冻土抗折强度呈近线性关系，温度降低，冻土抗折强度增大；采用冻结法施工时冻结参数选择温度-15℃,含水率20%较为合理。

深厚表土层井筒施工中较多采用冻结法来实施，其中无侧限抗压强度是冻结设计的重要的力学参数。由于室内实验的局限性及影响因素的复杂性，强度经验公式的适用性差。提出了采用高度集成的XGBoost算法来预测不同粒径分布冻土强度的方法，与其他经验公式方法相比，准确度较高。进一步的通过皮尔逊相关系数分析，分别研究温度、应变速率与冻土无侧限抗压强度的非线性相关性。结果表明，温度和无侧限抗压强度呈强负相关性；强度前期增速较大，中期增速平缓，后期增速较大。应变速率和无侧限抗压强度呈正相关性，强度对不同大小的应变速率敏感程度不同。应变速率较小时，强度略有增加；应变速率增大时，强度增幅增大。不同土体变化趋势相似，但粒径分布不同造成最终强度有差异。该研究可为冻结法施工中，土体的强度预测提供科学依据。

人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注，上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形，继而引发破坏，需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现，基于Peck公式计算思路，对冻胀引起的上覆地层变形进行公式推导和参数取值，得出适合计算冻胀变形的冻隆公式，以求解冻结过程中上覆地层产生的冻胀量。通过水分迁移试验测定冻结水分迁移速度，推导和归纳冻结外锋面半径经验计算方法，得出冻土体积增加量计算公式。以郑州某冻结工程实测数据，计算土体冻结过程中的水分体积增加率，冻隆公式计算值与实测值接近，满足施工过程中安全评价分析的需求。研究成果可为人工冻结技术在高风险地下工程领域的技术研究应用提供理论基础和计算参考。

为了更加精准地开展人工冻结法设计,以存在冻结管的冻土试件为研究对象,利用冻结管-冻土接触面强度试验数据为条件,建立数值计算模型,对不同工况下的冻土试块的应力分布及其服役性能进行研究。研究结果表明:在所有计算中冻结管-冻土接触面未发生破坏,且冻结管的存在会有效降低冻土试块的最大拉应力;在计算中单冻结管试件最大拉应力比无冻结管试件降低1 1%,双冻结管试件最大拉应力比无冻结管试件降低17%。冻结管对于抗拉性能的提升主要受其布置位置影响,冻结管规格对强化效果的影响相对较小,在设计中可以忽略。最终根据研究结果提出了同时考虑冻土帷幕厚度、平均温度及其内部冻结管布置高度的设计思路。

为优化冻结方案、准确掌握人工冻土温度场发展状况、处理紧急情况，需要了解变热工参数对人工冻土温度场的影响。以圆形断面为计算断面，在特定的温度场定解条件下，假定变热系数随径向按照一定规律变化，从而推导了平面极坐标下人工冻土温度场方程的解析解，得出了三种不同变化形式下的温度场变化情况，并可以根据算出的温度场方程反推冻结冰峰移动情况。

采用随机介质理论和模型试验方法，基于现场测试数据和文献发表数据，分析了人工冻土冻胀引发地面变形规律和冻胀影响范围。结果表明：(1)随机介质理论计算结果表明人工冻土冻胀引发地面变形曲线是一条高斯型二重积分曲线；(2)物理模型试验得出地面抬升曲线规律与高斯分布拟合度较高，试验地面抬升曲线的高斯分布拟合系数为0.977 47,工程实测数据的高斯分布拟合系数为0.949 32～0.995 53,对文献数据拟合得出拟合系数位于0.954 41～0.983 44;(3)冻结引发地面变形范围为8～10倍冻胀丘宽度。冻结壁为对称结构或拟对称结构时，冻胀引发地面变形曲线可以采用高斯分布进行拟合。该结论可以为人工冻土冻胀引发上部地面变形量计算及影响范围提供设计参考。

随着我国对地下资源需求的不断增大，超深立井施工逐渐普遍化。在立井开挖时为了稳固井壁且减少井壁坍塌，一般会选用冻结法施工，但爆破时产生的振动仍然会对井壁的稳定性造成一定的影响，严重情况下出现的塌方现象，会造成一定的人员伤亡、延缓施工进度等危害。为解决此类问题，以赵固二矿西风井704.6 m深厚冲积层冻土爆破掘进工程为研究背景，开展深大立井冻土爆破井壁振动监测，并结合ANSYS/LS-DYNA分析软件建立立井多段爆破三维数值模型，深入探索冻结表土段冻土爆破开挖下井壁的振动响应规律。研究结果表明：冻土爆破引起井壁振动的时程曲线各段波形区分明显，段装药量大、炮孔分布密集的3段辅助孔爆破对井壁振动影响最大，合速度为8.39 cm/s，均在安全范围以内；掏槽爆破时，井壁主要受纵波影响产生振动，垂向振速大于径向和切向振速；辅助爆破时，随着自由面增大，爆破产生的作用力逐渐向水平向扩展，井壁径向振速逐渐占优，垂向振速相对减小；运用一维弹性波理论，分析了爆破引起井壁的振动速度对混凝土应力之间的关系，计算结果小于混凝土抗拉强度；对比数值模拟结果与实测振速波形，验证了模型的可靠性和准确性，并通过模拟分析获得离...