季节性冻土的冻胀融沉影响当地建筑物与构筑物的结构安全，找到地温随时间的变化数据可推算时间域内冻胀融沉对地面建筑的影响规律.以大庆市非饱和冻土为例，基于热传导理论和非饱和土渗流理论，在原位地温监测数据的基础上，建立了冻土的含相变过程的热-流-固（THM）三场耦合数值模型.通过数值模拟结果与实测结果的比较验证了冻土模型的准确性.结果表明：地温随地表温度呈延时周期性变化，在地面以下2.0 m以内，深度每增加0.5 m，温度波峰和波谷日大约推迟30 d；冻结期持续时间影响冻结深度，从而对当地土的周期性冻胀量起决定性影响，冻结期内土的每年最大冻胀位移为30.0 mm左右，冻结期结束后地面高度将快速恢复到冻结期之前的水平，季冻区冻胀融沉敏感性建筑物及构筑物的基础施工时间选择在冻结期结束后2个月至冻结期开始前，可有效减少冻胀融沉危害，大庆及其他类似季节性冻土地区的土壤冻融和冻融过程中的水热迁移研究可作为借鉴.

以铁力-伊春新建高速铁路工程为研究对象，采用室内冻胀融沉试验，研究冻结温度、水泥改良剂掺量和补水条件对岛状多年冻土区路基填料冻胀融沉的影响。研究结果表明：水泥改良填料对控制冻胀融沉有显著作用；补水工况下，试验冻胀率更大；冻结温度越低，冻胀率越大；在冻结温度与融化温度不变情况下，补水方式对试样融沉率影响不明显。初步获得了岛状多年冻土区高铁路基填料冻胀融沉规律，研究结论对穿越岛状多年冻土区的高铁建设有一定参考意义。

为研究冻融循环下纤维改良路基土含水率、纤维掺量对土体冻胀融沉特性的影响规律，通过开展室内单向冻融试验，测得不同含水率、纤维掺量下路基土的冻融特性，获得水分场变化、冻胀率、融沉系数、冻融全过程温度场以及结冰温度变化规律。结果表明，1)试样单向冻融过程中，随着深度的增加水相变程度越来越小，且冻融结束后各位置含水率不一致。不同初始含水率下的土样经历冻融循环后其水分重分布比较明显，不同纤维掺量的土样经历冻融循环后其水分分布基本相似。随着纤维掺量的增加，其水分迁移程度减小；2)8%～16%含水率范围内，其冻结竖向位移最大达到1.19 mm,其融化竖向位移最大达到2.56 mm,达到12%含水率时其冻胀率和融沉系数基本趋于稳定。在0%～0.5%纤维掺量范围内，其冻结竖向位移最大达到1.10 mm,其融化竖向位移最大达到2.85 mm; 3)随着纤维掺量的增加其相变潜热越明显，土体结冰温度先降低后上升，在纤维掺量为0.3%时其结冰温度最低为-1.95℃,且达到结冰温度时间最长为14.1 min。研究成果可以为西部粉砂土分布地区铁路及工程建设提供参考。

以上海江浦路车站冻结工程为依托,选取冻结施工影响范围内的主要土层（5）1-1灰色黏土以及上海地区施工中常见的砂性土（7）2灰黄色粉细砂2种类型土层,对不同掺入比下水泥改性土的热物理指标、力学强度特征以及冻融特征进行试验研究,同时根据室内试验结果,采用数值模拟方法分析水泥改性后的冻土整体冻胀对环境的影响。研究结果表明:随着水泥掺入比的增大,黏土、砂土的冻结温度和导热系数线性减小,力学强度线性增大,弹性模量指数增长。水泥黏土和水泥砂土的最优掺入比分别为12.5%和10.0%。经过水泥的改性,黏土的冻胀率和融沉率分别减少了53.5%和55.6%,与水泥土冻胀效应数值分析结果基本一致;粉细砂的冻胀率和融沉率分别减少了41.2%和44.3%,改性效果明显。

冻胀融沉是多年冻土区的主要病害，其受水分场、温度场、应力场的复杂耦合作用影响。基于水膜理论提出了冻土未冻水膜压力作为冰透镜体生成的判据，并重新对水分迁移驱动作用进行描述，建立了以温度、土体孔隙比为变量的全耦合模型。通过考虑已冻区冰基质的影响，推导了涵盖原位冻胀与冰分凝两部分的冻胀量计算公式。基于Matlab和COMSOL Multiphysics的联立平台，提出了模型冰透镜体实时分布的数值求解方法，实现了冻土温度、水分、应力、冰透镜体分布的全耦合数值求解。通过与室内土柱冻结试验及现有水热力模型（Thermal-Hydraulic-Mechanical，又称THM模型）冻胀量结果进行对比分析，证明了温度、含水率与冻胀计算上的可靠稳定。最后通过探讨温度梯度、上覆压力、渗透系数与压缩模量对土柱冻结的影响发现，温度梯度能显著增加土体冻胀量，上覆压力会导致更多水分向冻结锋面迁移，但对冻胀量起着抑制作用，渗透系数与压缩模量均对冻胀量产生正影响。为冻胀理论研究与数值实现提供了新思路。

受气温变化影响，浅层冻土滑坡失稳涉及水分的固液相态转换，是一个复杂的水热力耦合过程。为揭示气温变化对多年冻土斜坡稳定性的影响，基于冻土水热力耦合数值模型，模拟了2020—2024年青海省多年冻土区斜坡水热力演化过程。研究结果表明：水分迁移速率呈周期性变化，每年5—10月活动层融化程度高，总体积含水率变化趋势显著；夏季多年冻土上限以下的高含冰量土层融化产生厚度约15 cm的富水层，孔隙水压难以消散；4年间多年冻土上限下移10.4 cm，导致活动层和富水层的厚度增大，上覆融土下滑力增大、抗滑力减小，土体抗剪强度进一步下降；活动层土体每年产生数厘米冻胀融沉变形，抗剪强度不断劣化，坡脚处最容易形成薄弱带。

目前工业界采用人工识别的方法，对整条管线的惯性检测单元(IMU)应变检测数据进行逐段识别的做法存在耗时多、识别效率不高以及判断标准不一致等问题。鉴于此，通过建立机器学习模型，提出了弯曲变形危险管段智能识别方法，实现了对冻土区融沉变形管段的智能识别。首先统计了漠大一线冻土区管线中弯曲应变值超过0.125%的管段，包括弯头段、凹陷段和融沉导致的弯曲变形段等，使用1阶数字低通滤波法降低IMU应变检测数据中的噪声干扰，然后结合几何/漏磁检测数据截取IMU应变检测数据中不同管段类型的样本数据，从中提取了11种典型数据特征值，利用主成分分析法对11种特征值进行降维处理，最后建立决策树和随机森林模型进行识别分类。研究结果表明，不同管段类型的长度特征是影响模型分类效果的重要因素，在测试集中决策树模型出现了过拟合，识别准确率大幅下降，随机森林模型识别准确率达到了90%以上。该识别方法为管线完整性评价提供了技术基础。

为确保深季节冻土湿地地区高速铁路的安全平稳运营,新建哈尔滨至齐齐哈尔客运专线采用无砟轨道设计,且该线路穿越国家扎龙湿地自然保护区。由于其保护区水量丰富,冬季严寒漫长,路基冻胀融沉病害的发生频次较高。因此,本文结合哈齐客运专线HQTJ-5标抗冻胀路基填料的施工,研究影响路基冻胀大小的主要因素及抗冻胀填料的施工关键技术,以期确保深季节冻土湿地地区路基的冻融变形和工后沉降满足施工要求,为未来寒区高速铁路的高效安全建设提供技术指导。

管道是油气资源的最为常用的运输方式。当管道穿越寒区时,将面临管沟融陷、冻胀融沉以及边坡蠕滑三种管道病害,因此管土的相互作用成为寒区管道设计和运营的重要考虑因素。本文研究了埋地管道的发展概况,分析了寒区埋地管道的设计、施工和运行技术发展。分别对管沟融陷、冻胀融沉以及边坡蠕滑三种病害的机理进行相应的分析,并给出三种病害的防治措施。最后,归纳总结了埋地管道与冻土相互作用仍有许多重要的岩土工程问题需要进一步研究,其对于改善寒区的管土相互作用有着重要意义和同时也有着巨大的研究空间。

为了研究冻土地区路基冻胀融沉现象,解决存在于路基的冻胀问题,提高路基整体安全性,文章结合实体工程,对其结构特点和防冻设计进行研究。结果表明:在一定范围内,冻结率会随着含水量增加而增加;表层级配碎石层是冻胀变形的主要集中部位;根据冻胀观测结果分析可知,增强路基排水能力、设置纤维混凝土防水层和选用不易风化、细颗粒含量较少的路基填料可以提高路基抗冻能力。