为探究高含冰量冻土在高温作用下的融化过程和水热变化，在负温环境箱内将干土、冰晶、水按配合比制成温度为-1.5℃，体积含冰量分别为20%、30%、40%和50%的4种冻土，然后利用自制的高功率加热管对4种高含冰量冻土进行了预融对比试验并通过传感器对冻土解冻过程中土体的温度和体积含水量进行实时监测，分析了加热管作用下冻土温度和水分随时间的变化规律以及融化速率；在此基础上，通过现场试验验证了高功率加热管用于预融深层高含冰量冻土的有效性和可靠性，并利用静力触探试验（CPT）判断了土体的融化范围。研究结果表明：加热棒作用下冻土的融化过程可以分为3个阶段，即冰水相变融化阶段、升温阶段和降温阶段；冻土融化由温度梯度和湿度梯度下共同作用引起的水热迁移主导，土体的最高温度随着含冰量和径向距离的增加逐渐减小；高温作用对径向为0～5cm处的融土水分具有显著驱动作用，在加热时间内径向为5cm处冻土的含水量在达到设计含水量之后逐渐减小；冻土在0～5cm范围内的融化速率远大于其他范围且融化速率随着径向距离和含冰量增加而大幅减小；通过水分场判断冻土的融化时间和范围具有一定的滞后性，其会低估冻土的融化速度和范围，建议...

探究多年冻土区桩侧冻土含冰量差异对桩基础承载性能的影响,不仅有助于冻土区桩基础的设计施工,而且对桩基础变形防控有重要指导意义。利用ABAQUS有限元软件,模拟计算桩侧不同含冰量分布模式下桩基础的荷载传递和承载力。桩侧含冰量分布模式设置为:倒梯形(含冰量沿桩深减小)、灯笼形(含冰量沿桩深先增大再减弱)和正梯形(含冰量沿桩深增大)。结果表明:尽管桩侧总体含冰量相同,桩基础的承载性能受桩侧土体的含冰量影响显著。取荷载为26 MN进行分析,倒梯形、灯笼形及正梯形工况对应位移依次为0.026 m、0.030 m及0.032 m;在相同荷载下,桩侧土体含冰量倒梯形分布时的桩顶沉降要小于正梯形分布时的沉降,而灯笼形分布情况介于二者之间;桩侧摩阻力整体呈现上大下小的趋势。研究成果可为寒区基础工程设计与施工提供理论参考。

在高温、高含冰多年冻土区，气候变暖导致的冻土升温造成了青藏铁路部分路基断面出现明显的沉降变形。为了解气候升温背景下不同结构路基的稳定性变化过程，本研究选取了普通路基、U型块石结构路基和块石护坡路基进行分析。通过分析2006—2018年的地温和变形监测数据，研究这三种类型路基的稳定性以及多年冻土地温和路基变形的关系。研究表明，这三个断面中U型块石结构路基地温稳定性最好，块石护坡路基浅层地温稳定性优于普通路基，但其深层多年冻土的地温稳定性较差。对路基变形监测数据的分析表明，三种路基的变形稳定性从高至低分别为U型块石结构路基、块石护坡路基和普通路基。此外，通过分析含冰量与地温变化数据发现，对于减小路基变形而言，控制浅层多年冻土的升温和融化相比于控制深层地温更有效。

冻土在我国分布十分广泛，冻胀现象是冻土区经常出现的问题，其导致的工程病害屡见不鲜。冻胀主要是由土体内部温度变化及水分迁移造成的，是一类极其复杂的温度、渗流及应力多场耦合问题。通过对冻土中的温度场进行分析，求解含冰量及孔隙率随温度变化条件下的冻土一般性瞬态热传导方程，获得其近似解析解并应用于冻土热传导过程的预测。通过与有限元计算所得精确解对比，验证其有效性。研究成果对冻土冻胀问题的深入研究具有一定的理论和实践意义。

以青藏铁路典型试验断面为例，通过建立多年冻土路基水热耦合计算模型，研究了填料温度和路基高度对基底高含冰量冻土水热特征的影响以及冻土保护措施对高含冰量地段高路堤的冷却效果。结果表明：路基填筑会导致基底低温-高含冰量冻土变为高温-高含冰量冻土，升温幅度与填料温度、路基高度均正相关；高含冰量地段路堤填筑高度过大易导致融化夹层的出现，引起冻土上限下降，不利于多年冻土路基的热稳定性，普通路基应将填筑高度尽量控制在5 m以内；高含冰量冻土升温后释放大量未冻水，并在负等温线下凹处汇集，进一步对基底多年冻土造成水热侵蚀；基底高含冰量冻土未冻含水率随填料温度增大呈指数增加，随路基高度增大呈对数增加；对于高含冰量地段的高路堤，热棒的制冷效果较块石层更加明显，热棒路基基底多年冻土地温及未冻含水率明显更低，因此高路堤应尽量采取热棒措施，同时加强坡脚位置冻土的水热防护。

多年冻土的形成一直是青藏高原地质研究的重点内容之一。文章以青藏高原地貌特征与多年冻土的形成为出发点，探讨了不同地貌单元下多年冻土的形成特点。总体来看，青藏高原不同地貌单元由于受地质作用、水文作用以及形成过程的影响，多年冻土的形成及冷生构造、含冰量和发育新等方面均有不同特点。

多年冻土区水利工程的建设和运营会对下伏多年冻土产生显著热影响，且不同冻土条件下影响程度明显不同。以高海拔多年冻土区某渠道工程为背景，在考虑冻融土体内水分迁移、冰水相变及土体未冻水含量与温度非线性关系基础上，构建了冻融土体水-热耦合数学模型。利用该模型，开展了气候变暖背景下，渠道多年冻土地基热状况长期演化规律模拟预测，并考虑多年冻土年平均地温（TMAGT）和体积含冰量（iv）的影响。结果表明，当多年冻土含冰量为少冰（iv≤10%）时，渠道垂向和横向热侵蚀显著，运营50年后渠道下部和岸坡下30 m范围已无多年冻土。当T MAGT为-0.5℃时，自岸坡向外约10 m范围内下部多年冻土已退化，而当T MAGT为-1.0和-1.5℃时，岸坡下部仍有多年冻土分布。随着含冰量的增加，多年冻土热惰性显著增加。当多年冻土含冰量由少冰（iv≤10%）增加至多冰（10%

不同初始值对多年冻土水热过程的模拟有着深刻的影响。本文利用青藏高原三江源多年冻土区西大滩站观测数据，驱动通用陆面模式CLM4.5（Community Land Model version 4.5）对该站多年冻土进行为期14个月的模拟研究。设计三组试验，检验CLM4.5模式对多年冻土模拟性能，探究不同初始土壤温度、液态水含量以及含冰量对模拟结果的影响，并对土壤初始含冰量的计算进行改进，提高了模式对多年冻土水热过程的模拟。通过对比土壤含冰量模拟值，液态水含量和土壤温度观测值与模拟值，结果表明：（1）初始土壤温度、液态水含量会通过影响初始土壤含冰量进而影响CLM4.5模式对多年冻土水热过程的模拟。（2）CLM4.5默认初始土壤温度、液态水含量时，计算出的初始含冰量为0 m3·m-3，这使得模式不能准确模拟出多年冻土的特征。在2015年11月上旬至2016年8月上旬土壤含冰量大于0.01m3·m-3，其余时段土壤含冰量几乎为0 m3·m-3；整层土壤液态水含量从冬...

土体冻结和融化时的水分迁移、相变与传热是一个相互影响的耦合过程。采用基于有限体积法的开源软件Open FOAM,编制描述土体冻融过程的水热耦合计算程序。首先,基于土体水分和热量迁移基本方程、水分相变与温度的平衡方程,同时考虑相变对水分特征参数和热特性参数的影响以及相变潜热对传热过程的影响,建立冻土水热耦合数学模型。然后,采用基于多面体网格的有限体积方法对水热耦合控制方程进行空间离散,采用全隐式向后差分方法对方程进行时间离散,由此编制冻土水热耦合计算程序。该程序具有良好的几何适应性、质量和能量守恒性,具备面向复杂问题的并行计算功能。最后,采用该程序对两组不同温度边界条件的室内土体冻结试验进行数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明该程序可以较为准确地模拟土体冻结过程中温度场和水分场的演化特征。

含冰量是冻土研究的一项重要参数。针对现有含冰量测量的局限性,提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的冻土含冰量监测方法。结合冻土温度场,应用内加热FBG刚玉管传感器,通过室内标定试验验证该方法的可行性;基于传统导热系数模型推导出温度特征值与含冰量之间相应函数模型,并应用试验数据进行验证。研究结果表明:试验所得温度特征值随冻土含冰量增加而减小,可以通过该规律初步判断含冰量范围;在温度特性值与含冰量数值关系的拟合中,指数函数模型与本次试验数据拟合度最高,含冰量测量误差小于2%,在可接受范围内;本方法实现冻土含冰量监测具有可行性。