为了深入研究多年冻土地区铁路桥梁桩基础设计，基于多年冻土地区铁路桥梁桩基础承载力计算理论，分析实际工程中桩基础与多年冻土的相对位置不同情况下设计注意事项。一般冻土层厚度与桩基础有4种相对位置关系，表层季节融化层厚度决定桥梁承台的埋置原则。当多年冻土天然上限较高时，承台底埋置于人为上限之下≮0.25m，桩周阻力根据多年冻土厚度分别由冻结力提供或冻结力与摩阻力共同提供；当天然上限较低时，为了降低承台基坑开挖对地下多年冻土的扰动及减少工程投资，承台底面应上抬至地面之上≮0.3m，桩周阻力亦根据多年冻土厚度分别由冻结力提供或冻结力与摩阻力共同提供，这种情况下，季节融化层夏季融沉产生的负摩阻力对桩长的影响不可忽略。另外，多年冻土地区桥梁桩基设计需要采取一定措施如设置永久钢护筒、涂抹沥青渣油、回填卵砾石土等方法来降低后期病害。

提高季节性冻土区高铁路基冻深预测精度，对保证寒区高速铁路的安全调度和平稳运行具有重要意义。针对现有季冻区高铁路基冻深预测模型缺乏利用多元环境序列信息的问题，提出一种顾及导热系数与冻土环境变量的高铁路基冻深预测LSTM模型，以兰新高铁山丹马场-民乐路段DK371+900、DK383+345和DK391+940三处断面为例，对2015-2017年冻深快速增长期的路基冻深进行预测。该模型首先利用EMD算法对导热系数与冻土环境变量时序数据进行信号分解，得到一系列具有不同特征尺度的数据序列，体现出原数据的趋势与波动性，增加数据的细节和多样性；再利用KPCA算法提取出影响路基冻深的关键因子，实现数据降维，消除因EMD产生的数据冗余；最后通过LSTM网络实现基于多变量的路基冻深预测。实验表明：该模型较传统路基冻深预测模型、EMD-LSTM模型、多变量BP神经网络模型、多变量LSTM模型有更高的精确度。模型在三处断面路基冻深预测的平均绝对误差(fmae)为0.029m、0.033m和0.060m；均方根误差(frmse)为0.036m、0.042m和0.07...

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。

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。

本文以一种冻结标准砂为研究对象，基于三轴压缩和蠕变试验结果提出了适用于蠕变条件的强度参数获取方法。使用相同应变速率和不同围压条件下的压缩试验结果，得到了冻土强度包络线的形状参数；结合压缩和蠕变条件下平面应变试验得到的剪切带倾角数据验证了通过压缩试验结果确定蠕变条件下强度包络线形状参数的有效性；使用相同围压不同轴向压力下的蠕变试验结果分析得到了表征强度包络线位置的粘聚力衰减函数。结合本文获取的强度包络线参数计算分析表明，冻土蠕变发展过程中出现的三个不同蠕变阶段主要取决于强度包络线与应力状态点的相对位置，即：强度包络线位置高于、接近以及低于应力状态点的三种状态对应于蠕变速率发展的衰减、匀速以及急剧增大三个阶段。

为研究不同温度模式下土体冻结特性，利用冻结试验装置对长春地区粉质黏土进行单向冻结试验。通过改变试验装置顶板温度及温度变化速率，研究分析试验过程中土体温度变化，试验前后土体含水率变化，试验后试样冷生构造、竖向冻胀位移。试验结果表明，土体温度变化大致分为四个阶段：骤降，回升或缓降，持续降温，恒定。相同降温速率，顶底板温度梯度越大，第二阶段温度回升程度越大；顶底板温度梯度相同时，降温速率越大，第二阶段温度回升程度越小。试验结束后，土体外表面出现网状裂缝且沿深度方向裂缝变宽，网状构造宽度与温度梯度大小成正比；土体内部有明显水分结晶，连续分凝冰包裹土体形成类似蜂窝状结构，其中存在一定肉眼可见的未冻水，且降温速率越小，肉眼可见未冻水含量越少。靠近控温顶板（冷端）土体含水率显著增加，靠近控温底板（暖端）土体含水率减小或基本不变，降温速率相同，温度梯度越大，冷端附近土体含水量增加越明显，相同冻结温度下，降温速率越低，冷端附近含水量增量越大。土体竖向冻胀量与温度梯度成正比，降温时间30 min条件下，冷端温度由0℃降低至-15℃冻胀量增加趋势较大，降温时间为60 min时，-10～-15℃温度变化区间冻...

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...

为研究季节性冻土在冻结过程中各物理场间的耦合作用机制，在封闭条件下开展了直径10 cm、高25 cm土柱单向冻结试验，并结合COMSOL Multiphysics数值模拟软件，模拟了温度场、水分场、位移场及应力场随冻结时间的变化规律。结果表明：在试验初期的前7 h,土柱温度下降速度较快，且距离冷源越近，温度下降得越快，降温的幅度也越大；冻结至30 h,距土柱顶层2～4 cm的范围内富含有大量冰晶体，该区域土体的冻胀量与应力最为集中，土柱最大冻胀量达到约2.62 mm,且冻胀变形量趋于一种稳定状态。

冻土的渗透系数是估算土体冻胀的关键参数，往往是由土体冻结特征曲线估算得到，而土体冻结特征曲线的获取往往较为困难。本文提出一种可由土水特征曲线估算饱和冻土渗透系数的方法。本文以兰州粉壤土和砂壤土为研究对象，首先测量了其土水特征曲线；其次借助Clapeyron方程，将土水特征曲线转换为土体冻结特征曲线；最后利用四组饱和冻土的渗透系数模型得到预测结果，并与已有实测值进行了对比，验证了该方法的有效性。该研究结果建立了非饱和土未冻土与饱和冻土之间的关系，可为研究非饱和地区和冻土地区的建设提供理论依据。