近年来，冻结多孔介质在地球物理勘探领域引起广泛关注，以往冻土介质中波的传播特性研究多集中在1种或2种介质分界面处，为更直观地反映SH波在冻土层中的传播规律，基于冻结饱和多孔介质的波动理论，建立平面SH波入射下基岩上覆饱和冻土层的自由场地模型。结合Helmholtz矢量分解定理，通过建立动力刚度矩阵，获得饱和冻土中SH波传播速度的解析表达式。分析入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、温度以及接触参数对SH波传播速度的影响规律。研究结果表明：SH波的传播速度随胶结参数和接触参数的增大而显著增大；整体上随孔隙率和温度的增大逐渐增大；SH波的入射角度对其传播速度影响显著，随入射角度的增大，传播速度呈非线性变化；不同入射角度随各参数变化下均有对应的速度峰值频率，动力响应变化加剧多集中在高频段。
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...
高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论，考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响，以整体变形εv-lnp曲线描述试样变形特征，采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量，建立了一个高温冻土双屈服面统一本构模型。结合弹塑性理论推导获得了应力应变关系的增量形式，给出了模型参数的含义与简便确定方法，定义了反映高温冻土当前状态的固结参数及潜在强度，剖析了其与硬化参量之间的相互依赖、相互制约动态循环关系，分析了整个应力路径中的模型状态演化过程，利用试验数据对构建的本构模型进行了验证，结果表明提出的本构模型能够很好地预测高温冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。
基于冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中弹性波的传播理论，研究平面S波入射在弹性介质与饱和冻土介质分界面上的能量传输问题。根据分界面上的边界条件和利用Helmholtz矢量分解定理，推导获得透反射振幅比和能量率的解析表达式。通过数值分析研究S波入射在弹性介质与饱和冻土介质分界面上的能量率与入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、饱和度以及接触参数的关系。研究结果表明：随入射角度的增加将引起透射P1,P2,P3,S1和S2波的能量率增大，当达到临界角时反射P波消失以及透射P1,S1波出现明显的脉冲。透射波间的能量相互作用率仅随饱和度的增加而减小，受其余参数的增加而增大。透射S1波的能量率占各透反射波能量率之和的90%以上，各类参数的增大均引起透射S1波能量率的增大。此外入射频率、胶结参数、孔隙率和接触参数的变化对能量比例系数均有显著影响。
考虑到宽幅路基的“聚热效应”和复杂的多年冻土环境，拟建青藏高速公路建设所面临的关键问题是如何保证路基的长期热稳定性。基于现场监测数据和传热传质理论，建立分离式通风管路基三维数值模型，分析与预测未来50年通风管在青藏高速公路分离式路基中的工程效果。结果表明：分离式通风管路基具有较好的降温效果，能够保证路基及其下部多年冻土的长期热稳定性。但是，当隔离带宽度小于10m时，后幅路基管道内部风流变化特征受到隔离带宽度的显著影响，导致其对下部多年冻土的降温效果弱于前幅路基。此外，在隔离带较窄情况下，两幅路基之间隔离带区域存在局地增温效应，将对路基及其下部多年冻土产生严重的热扰动，不仅引起多年冻土上限下降、温度升高，而且增加了路基两侧下部土体温度场的不对称性。尝试将两幅路基通风管连通来弱化局地增温效应，但连通后路基及隔离带区域下部土体的热状况反而更差，说明这种方法未能有效解决局地增温效应的热影响。
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。
为了防治多年冻土地区路基下覆多年冻土退化问题，针对已研发的太阳能压缩式制冷装置，在交通运输部青海冻土研究观测基地开展现场制冷性能试验研究。结果表明：该装置在寒季与暖季均能正常运行工作，可以持续为土体降温；制冷方式会影响制冷温度沿深度方向的分布情况，采用自下而上的制冷方式更利于降低多年冻土地温；制冷效果不可避免地受到环境温度影响，平均制冷温度与环境温度呈正相关，寒季的平均制冷温度较低，最低可达-7.97℃，暖季的制冷温度较高，最高约为-3.98℃；当管壁的平均制冷温度低于-6.5℃时，装置的制冷量大于向土体的传冷量，冷量可以在壁侧积累；装置的制冷半径受环境温度影响，制冷半径为1.95～2.61 m，在路基工程中，可按照4～5 m间距进行双侧布置。总之，太阳能压缩式制冷装置可以实现对多年冻土路基的温度调控，保障路基长期的稳定性和安全性。
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。
在高温、高含冰量多年冻土区，普通路基受多年冻土退化的影响而产生显著的沉降变形，需要对它们增设块石护坡、热棒等冷却措施进行补强以提升路基的热、力学稳定性。为评价不同类型措施的补强效果以及路基补强后的力学稳定性，基于青藏铁路多年冻土区沿线6个经过补强的监测断面，通过分析历史变形数据评价块石护坡–热棒复合措施及单一块石护坡措施的补强效果，然后利用Verhulst模型和指数曲线法演化分析其中3个变形较大的断面的沉降过程，以评价其长期力学稳定性。结果显示：普通路基在增设块石护坡–热棒复合措施或单一块石护坡措施之后，变形速率会有效减缓，而复合措施补强效率更快，效果更显著。在存在含土冰层的多年冻土区，采用复合措施进行补强可以显著提升路基的力学稳定性，而单一块石护坡措施可以一定程度上减缓路基变形速率，但对路基长期力学稳定性的提升能力相对较弱。此外，在路基左右两侧铺设不同厚度的块石护坡层可以缓解阴阳坡效应。研究旨在加深对多年冻土区路基补强措施强化效果的认识，为路基的维护与补强提供科学依据。
在寒区工程建设中了解冻混杂岩土材料,如冻土石混合体的力学性质是保证工程建设安全的前提条件。采用单轴压缩和巴西劈裂试验探讨纯冰、冰石混合物、冻土和冻土石混合体在不同冻结温度(-10℃,-20℃,-30℃)下的变形以及强度性质,同时借助显微成像技术观察试样内部的冰石、土石、冰土界面形态和受力开裂特征。试验得到以下结论:(1)在单轴压应力或劈裂拉应力作用下纯冰和冻土的破裂面相对平直;而冰石混合物和冻土石混合体的破裂面相对弯曲。(2)受块石形状的影响(外凸和内凹、锯齿边界),冰石混合物中可见对应的沿准确的冰石界面开裂和在界面附近冰体一侧开裂的2种裂缝类型;冻土石混合体中裂缝主要在冻土中和土石界面间发育。(3)试样的抗压和抗拉强度随冻结温度的降低呈现线性增加的趋势。随温度的降低冻土和冻土石混合体的压、拉强度增长速率要大于纯冰和冰石混合物的强度增长速率;各试样的压、拉强度比约为5。(4)在冻结温度为-10℃时,各试样的抗压、抗拉强度大小依次为冰石混合物>冻土石混合体>冻土>纯冰;然而在冻结温度为-30℃时,抗压强度大小依次为冻土>冻土石混合体>冰石混合物>纯冰,...