中低纬度高寒山区蕴藏着丰富的淡水资源，对于向中下游地区供水具有至关重要的保障作用。季节冻土区松散沉积物是连通山区和河流的重要通道，其地下水与地表水交互过程显著影响该区域水资源的可利用性和生态系统的稳定性。为揭示高寒流域季节冻土区地下水与地表水交互机制，本文以祁连山葫芦沟流域季节冻土区为研究对象，结合该区域的水文地质条件、地下水位监测数据，利用GMS软件构建三维地下水流数值模型，对季节性融冻作用影响下地下水与地表水转化关系进行模拟和分析。结果表明：在冷季（1—3月、10—12月），季节冻土层的冻结状态阻碍了支流河段的水源补给，但由于季节冻土层分布的不连续，支流河段河床仍存在部分融区，使得地下水仍对东、西支河段河道径流有一定的贡献，且地下水向东、西支河段河道径流的总转化量分别为277 188 m3和105 190 m3，其转化量与冲洪积孔隙含水层的补给区和排泄区之间的水力梯度呈正相关关系；在暖季（4—9月），支流河段获取到更多降雨和冰雪融水的水源补给，与地下水的交互关系已经转变为地表水向地下水转化，东、西支河段河水渗漏补给地下水的总转化量分别为6...

针对路基的季节冻土冻胀与多年冻土热融变形病害问题，研发基于多源热泵原理的主动温度控制技术。硬件方面，设计面向交通结构场景的异型热泵系统，构建热泵机组的热能转化、运行状态监测、过载过热保护、机电一体控制等各项功能的组件模块，提出传热强化的换热器类型及多源驱动方案。软件方面，构建路基热负荷预测模型、多源储量评估模型、热泵系统稳态热力计算模型、离网式光储供电系统设计模型、热泵系统动态运行控制模型。该技术应用于准池铁路、沈白高速铁路、河北省秦唐高速公路、青海省道S224公路等多条铁路、公路，路基温度控制效果良好。

积雪是北疆地区季节冻土冻融循环的主要控制因素，季节冻土又通过改变浅层土壤的冻融相态来影响积雪融水的下渗，但该地区消融季浅层土壤的冻融状态并不清楚，致使难以从机理层面准确评估积雪和冻土协同对土壤水分的调节作用。为此，本研究基于1961—2011年阿尔泰山地区6个气象站点的积雪与冻土地面监测数据，应用高斯模型和玻尔兹曼模型进行分析，在划分多雪年、少雪年和正常年的基础上，分析了北疆地区积雪和季节冻土的基本特征，详细探讨了消融期浅层土壤的冻融状态。结果表明，该地区各站点的多年平均积雪持续期为123.2 d，多年平均最大雪深为29.7 cm；季节冻土多年平均冻结期为150.9 d，平均最大冻结深度为120.3 cm。总体上，积雪呈现增加趋势，主要表现为雪深的增加；而冻土则呈现退化趋势，主要体现在冻结期缩短和最大冻结深度减少。不同类型积雪年冻土融化结束时间和积雪消融结束时间的对比分析显示，70%的多雪年和60.5%的正常年冻土融化结束时间分别比积雪消融结束时间早8.2 d和5.5 d；而少雪年冻土融化结束时间则比积雪消融结束时间晚13.2 d。总体上，所有站点的结果表明，随着积雪的增加，消融期季节...

中低纬度高寒山区蕴藏着丰富的淡水资源，对于向中下游地区供水具有至关重要的保障作用。季节冻土区松散沉积物是连通山区和河流的重要通道，其地下水与地表水交互过程显著影响该区域水资源的可利用性和生态系统的稳定性。为揭示高寒流域季节冻土区地下水与地表水交互机制，本文以祁连山葫芦沟流域季节冻土区为研究对象，结合该区域的水文地质条件、地下水位监测数据，利用GMS软件构建三维地下水流数值模型，对季节性融冻作用影响下地下水与地表水转化关系进行模拟和分析。结果表明：在冷季（1—3月、10—12月），季节冻土层的冻结状态阻碍了支流河段的水源补给，但由于季节冻土层分布的不连续，支流河段河床仍存在部分融区，使得地下水仍对东、西支河段河道径流有一定的贡献，且地下水向东、西支河段河道径流的总转化量分别为277 188 m3和105 191 m3，其转化量与冲洪积孔隙含水层的补给区和排泄区之间的水力梯度呈正相关；在暖季（4—9月），支流河段获取到更多降雨和冰雪融水的水源补给，与地下水的交互关系已经转变为地表水向地下水转化，东、西支河段河水渗漏补给地下水的总转化量分别为625...

近年来，季节冻土区滑坡灾害的发生频率逐渐增加且危害加重，引起人们的广泛关注。相对于非季节冻土区，季节冻土区的积雪消融和土体冻融的物理过程是否对滑坡产生影响，有待进一步研究。2002年5月9日发生在中国天山伊犁地区的一个巨型黄土滑坡群（加郎普特滑坡群）为本研究提供了一个理想案例。本研究基于实地勘察、遥感影像判识、气象数据分析和黄土特征试验等方法，探究加朗普特滑坡群的形成过程，揭示其破坏模式和失稳机理。研究表明，加朗普特黄土滑坡群由3个滑坡构成，总堆积方量约1 735.5×104 m3，滑动过程断断续续持续了2天，其形成与发展是多级、多次的推移式滑动破坏过程。加朗普特滑坡群的发生是早期融雪和后期暴雨耦合触发的结果。春季气温异常升高驱动的积雪融水影响斜坡前期变形演化，极端暴雨是滑坡发生的激发因素。另外，特殊坡体结构和地层组合为黄土滑坡发生提供了物质结构基础。结合斜坡变形过程我们建立了考虑降水入渗和冻融循环作用的黄土斜坡变形破坏模式，并提出了黄土斜坡滑面静态液化和坡脚滑动液化的联合是诱发黄土滑坡发生的重要机理。随着气候变化驱动的异常升温事件增多，未来天山季节冻土区发生大型黄土滑坡的风险极高。本...

由于周期性的冻融循环作用，中国西北黄土区路基工程极易发生冻融病害，常用的解决方法是用改良黄土作为路基填料。目前工业废弃物改性不良路基土已成为工程地基改良处理的新趋向，鉴于西北地区煤气化渣堆存量巨大且资源化利用率低，尝试用煤气化粗渣改良季节冻土区黄土，以素黄土与单掺石灰改良黄土作为对比试验组，通过室内冻融循环试验、电镜扫描、CT扫描试验来探究在冻融循环条件下煤气化粗渣改良黄土的冻融特性及其微观机理，为季节冻土区黄土路基工程稳定性及煤气化渣资源化利用提出一些新的思考。试验结果表明：（1）经历1次与2次冻融循环后，单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率为0.02%与0.29%，融沉系数为0%与0.05%，素黄土、单掺4%石灰试验组的冻胀率分别为0.43%与0.63%、0.38%与0.42%，融沉系数分别为0.26%与0.22%、0%与0.13%，但在经历3次冻融循环后，单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率和融沉系数开始增大，5次冻融循环周期内的平均冻胀率和融沉系数分别为0.38%与0.17%，已接近甚至大于素黄土与单掺4%石灰试验组的数值。在前两次冻融循环周期内，平均冻胀率和融沉系数较素黄土组分别...

在全球气候变暖背景下,寒区季节冻土环境变化对陆地表面与大气之间的物质与能量交换、陆地景观格局演化的影响十分剧烈。摸清季节冻土的分布格局及其时空变化对开展寒区自然科学研究、保障生态环境和人类生产活动安全均具有重要意义。经过数十年的发展,冻土遥感技术和冻土物理学取得了长足的发展。然而,当前冻土研究成果在区域尺度下灾害风险评估与防控领域中的应用仍处于较低水平。针对冻土研究成果在应用中的短板,以青藏高原东南缘的高山峡谷区及其周边地区为研究区,重点解决地表土壤冻融循环及其水热传输过程的系统性表达,建立了适用于青藏高原高海拔冻土区的空间全分布式的冻土水热耦合过程数值模型,分析了研究区2010—2020年的冻土系统演化过程。在此基础上,构建了地表土壤冻融作用的空间参数化表征方法,提出冻融作用对土体抗剪强度的损伤系数。研究表明,青藏高原东南缘季节冻土随气温升高变化剧烈,表现出较强的空间异质性。季节冻土除了周期性冻融循环外,总体呈退化趋势,为冻融作用下岩土体结构抗剪强度的变化增加了更多不确定性。最后,利用土体抗剪强度损伤系数,从时间变化和空间分布角度揭示了地表土壤冻融作用对冻土边坡稳定性的影响程度。土体...

青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区，目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料，对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明：三江源区年平均气温为-0.34℃，呈东高西低分布，总体以0.38℃·（10a）-1的速率上升，并在1997年发生突变，突变后气温显著升高。平均年最大季节冻结深度为142.5 cm，自西北向东南减小，总体以2.4 cm·（10a）-1速率退化，与变暖前相比减少了11 cm。平均地表冻结初日为10月24日，以1.0 d·（10a）-1速率推迟，平均地表冻结终日为5月18日，以3.3 d·（10a）-1速率提前，与变暖前相比，地表冻结终日提前了12 d，地表冻结初日推迟了14 d。季节冻土平均冻结时间为133.9 d，呈西高东低分布，总体以1.9 d·（10a）-1速率减少，与变暖前相比减少了8.8 d。年最大冻结深度及冻结时间分别在2004年和2002年发生突变，相比气温均有一定滞后...

为解决松嫩平原碳酸盐渍土对工程的不利影响，且削弱季节冻土区冻融循环对碳酸盐渍土带来的损伤，采用无机材料石灰和粉煤灰对碳酸盐渍土进行改良。研究了不同改良方案下碳酸盐渍土抗剪强度的变化及其抵抗冻融循环的能力；通过熵权-TOPSIS模型对各改良方案进行评价。结果表明：石灰和粉煤灰均会提升碳酸盐渍土的抗剪强度，但是石灰的改良效果远胜于粉煤灰，石灰会使得碳酸盐渍土的应力-应变曲线变成应变软化型；粉煤灰在提升碳酸盐渍土抵抗冻融损伤能力上表现得比较突出；而双掺石灰和粉煤灰明显兼顾了强度和抵抗冻融损伤能力这2个指标；在考虑力学性能、抗冻融能力以及经济等因素时，石灰和粉煤灰的掺量均为12%的方案最优。

为了研究宁夏不同地区道路因受气候、环境及周期性冻融循环等因素对路基路面的影响，整合了宁夏不同地区季节冻土区冻融特征，并对宁夏不同地区道路的冻害、道路状况的影响及成因进行了分析。通过文献查阅及实地调研的方法，依据相关道路资料，对宁夏开展了全线道路病害研究。选取宁夏地区北部、中部及南部部分市区内道路、部分国道及省道典型路段，归纳总结了宁夏地区公路路面病害的特征。依据《公路技术状况评定标准》(JTG5210—2018)利用PQI指数对所选道路技术状况进行了评价，对产生宁夏道路冻害的成因及形成机制进行了剖析。结果表明：宁夏季冻区气温、降水等相关因素时空变化特征具有很强的地域性；宁夏不同地区病害存在差异，但以裂缝病害为主，道路都表现出不同形态裂缝；宁夏不同地区道路的路面总体性能以优良为主，北部、中部使用性能稍优于南部；宁夏不同地区公路病害主要是由冻害引起，温度场变化、循环冻融作用及交通荷载等因素相互影响，导致公路冻害的发生。本结果将为宁夏全域季节冻土区工程实践中的道路建设、合理设计与运营提供借鉴和参考，对季节冻土区道路病害的预防具有重要意义。