黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应，导致黄土的结构和物理性质发生变化，从而影响黄土的湿陷变形特性。通过室内湿陷试验和微观结构试验，分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致。研究结果表明：控制水分场不变情况下，发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下，湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小，说明冻结温度决定冻结速率，冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小；通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验，定性分析发现随冻结温度的降低，土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成，使土团粒之间胶结力弱化，骨架颗粒发生偏转、滑移，土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构；定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致。由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性。
农业冻土中的冰含量作为冻土冻融过程的关键变量之一，影响着土壤水分动态变化、土壤养分流失和农田生态环境维稳等。根据质量守恒原理和体积变换关系，自制一种农业冻土冰含量测量的试验装置，进行-20、-25、-30℃和土壤含水率为15.7%、23.5%、31.4%的冰含量测量试验。结果表明，农业冻土样品中冰含量随冻结温度降低冰质量含量增加。冻结温度达到-30℃时，冰质量含量达到一个恒定的峰值。相同冻结温度不同含水率状态下，冰质量含量百分比趋于一个平均值，且最大值和最小值之差约为2%。
以牡丹江市东宁地区土层（粉土、粉质黏土、黏土）为研究对象，通过工程钻探等技术手段实地采取原状土样，筛选不同含水率、不同土质的样品，经过室内试验设置不同负温条件对原状土单轴抗压强度和三轴剪切强度等物理力学性质进行研究.结果显示，原状土在不同负温条件下冻结后单轴抗压强度随着温度的降低而增大，黏聚力随着含水率的增加呈指数型增大，内摩擦角随含水率的增加先增加后趋于稳定；在试验负温条件下，-20℃为变化界限，小于-20℃时，冻结土体的单轴抗压强度随含水率的增加呈现先增加后减小的变化规律，黏聚力随着冻结温度降低而增大，-10℃、-20℃条件下冻土的内摩擦角有相似的规律，未随含水率增减发生明显变化，此时冻土抗剪强度随着冻结温度的降低而增加；大于-20℃时，冻结土体的单轴抗压强度随含水率的增加而增加，黏聚力不随冻结温度降低而增加，内摩擦角随着冻结温度的降低而增大，冻土抗剪强度随着冻结温度的降低缓慢增大趋于冰的剪切强度.
为研究粉质黏土含盐量和初始含水率对热物理特性的影响规律，通过开展室内温度试验测得不同含盐量和含水率粉质黏土的冻结温度和导热系数，分析了不同因素对含盐粉质黏土冻结温度和导热系数的影响。结果表明：NaCl含盐粉质黏土冻结温度及过冷温度随含盐量增加均呈线性降低，而Na2SO4含盐粉质黏土均先降低后略增加，两种含盐粉质黏土导热系数均随含盐量的增加而减小；冻结温度及导热系数均与初始含水率成正相关关系，低于饱和含水率时含水率对冻结温度的影响占主导作用，超过时含盐量成为主要影响因素，且随着含水率增加两种含盐土导热系数增加速率均变缓。同时给出了不同条件下冻结温度和导热系数的经验公式，将水-盐-温度变量与冻结温度和导热系数建立起联系，为含盐土壤分布地区工程建设提供参考。
为深入了解高原露天矿山冻土力学特性，以西藏某铜矿露天台阶表层冻土为研究对象，分别开展冻土的冻结实验及单轴压缩、巴西劈裂和直剪实验，分析冻结温度对冻结深度、冻土基础力学指标的影响规律。结果表明，较低的冻结温度下，冻土的前期冻结速率较快，随着冻结时间的增加，冻结速率逐渐减小并趋于稳定。冻土的抗压强度、弹性模量、抗拉强度均随温度的降低而增大。受未冻水含量影响，冻土抗剪强度、粘聚力和内摩擦角在未冻结以及完全冻结状态时较高，而部分冻结时较低。本研究旨在为露天台阶爆破作业提供参数依据。
为研究冻土/岩内液相吸力和固相冰压在冻结过程中的作用机制，首先根据热力学基本原理，统一了不同边界条件下的理论冰压方程；然后，联立广义Clapeyron方程和Gibbs-Thomson方程，在阐释液相吸力和固相冰压物理意义基础上，给出了弯曲界面液相水的冻结温度方程；最后，将冻结温度方程引入冻结毛细管模型，将液相吸力方程代入达西定律，分别对固相冰压和液相吸力作用机制进行验证。研究表明：（1）平衡状态下的理论冰压仅与温度线性相关，与边界条件无关；（2）液相吸力来源于理论吸力与固相冰压抵消因子之差，为水分迁移统一驱动力，当固相冰压趋近于理论冰压时，液相吸力趋近于0;(3)固相冰压为绝对压力，可抵消液相吸力，而液相吸力为相对吸力，不可抵消固相冰压；（4）孔隙内的总压力仅为固相冰压，在毛细管冻结时，可达到平衡状态下的理论冰压，故遵循冰压法分凝冰形成机制。研究结果揭示了冻土/岩的液相吸力与固相冰压作用机制，对完善现有冻胀理论具有较高的理论价值和科学意义。
为表征冻土地层天然存在的三维空间变异性并阐明冻结帷幕温度特征值演化过程与统计规律，将冻土地层热学参数建模为三维空间随机场，提出用于不规则三维空间随机场离散的四面体单元局部平均法；引进体积坐标变换和高斯数值积分呈现了不规则三维四面体随机场单元协方差矩阵的解析计算方法和数值计算方法；构建考虑冻土地层三维空间变异性的冻结帷幕水热耦合随机分析模型，获得温度特征值动态演化过程与统计规律，讨论表征三维空间变异性的随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值的影响。结果表明：提出的三维随机场四面体单元离散法能与有限元四面体单元离散法完美结合，随机场网格与有限元网格的对应关系清晰，易于随机有限元程序的编制；冻土地层热学参数的空间变异性对冻结帷幕温度特征值有显著影响，其中导热系数空间变异性影响最为强烈；不同三维随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值影响程度存在差异，其中三角型模式影响最大，高斯型为中间值，指数型影响最小。
钢管冻土协同结构是有效控制冻胀融沉影响的新冻结模式，冻结过程中控制冻结壁边界的发展是抑制冻胀融沉环境影响的关键。以上海地铁18号线江浦路站冻结加固工程为背景，基于相似理论设计进行了钢管冻土协同结构冻结壁边界发展过程的模型试验，分析钢管和循环水对协同结构冻结壁边界发展过程的影响规律，获得以下结论：冻结壁边界位置的钢管不仅可以抑制冻土向外发展，而且会明显增大冻结壁边界位置的温度梯度，使形成的冻结壁更均匀，冻结32d时单排和双排钢管内、外侧温差分别可达到11.2℃和7.6℃，而钢管外侧冻土的温度较冻结管下部对应位置偏高6.7℃和10.7℃。冻土边界位置4℃的循环水可有效控制冻土边界向外扩展，进一步提升冻结壁的均匀性，冻结32d时冻土边界位置钢管内外侧温差达到18.3℃，钢管外侧冻土的温度较冻结管下部对应位置偏高16.9℃。研究结果表明，冻结壁边界位置布设的钢管或4℃的循环水均可有效控制冻土边界的扩展，提高形成冻结壁的均匀性，显著削弱冻结过程中冻胀对周围环境的影响，而边界位置4℃循环水的控制效果更好。
依托宁波地区甬舟铁路金塘海底隧道工程，针对隧道洞身范围的粉土和粉质黏土，在不同温度和不同含水率条件下进行冻土抗折强度试验，研究人工冻土抗折强度随温度和含水率变化的规律特征。结果表明：粉土和粉质黏土冻土抗折强度均随冻结温度的降低而增大，冻土抗折强度受冻结温度影响明显；不同含水率对粉土和粉质黏土抗折强度有一定影响，粉土试样在含水率为30%时，其抗折强度最大，粉质黏土试样在含水率为34%时，其抗折强度最大；当土层的含水率超过饱和最优含水率时，冻结土的抗折强度减小。试验结果可为金塘海底隧道冻结法设计和施工提供科学指导。
不同土质的冻结温度是人工冻结法冻结壁设计的重要依据。为研究土质对人工冻土冻结温度的影响,选取不同地区人工冻结法施工典型土层开展冻结温度试验,提供了不同地区典型土层的冻结温度范围,并结合水泥土、含盐土冻结温度试验进行对比分析。结果表明:同一地区不同土层的冻结温度随其土颗粒粒径的增大而增大;随水泥掺入比及龄期的增加,水泥土的冻结温度降低;随含盐量的增加,Na Cl含盐土冻结温度线性降低,含盐量对氯盐土比对硫酸盐土的冻结温度影响更显著。研究成果对不同土性的冻结壁设计具有指导意义。