为探究微型水泥钢管桩在多年冻土地区的适应性，以某输油管道阀室建筑基础项目为依托，通过现场试验和数值模拟研究桩基的承载模式及桩周土的回冻规律。研究表明，桩基荷载沉降曲线变形较缓，承载模式表现出摩擦桩特性，且承载力满足设计要求；水泥入模温度5℃，施工完成后，桩周土体融化圈在第5d时达到峰值，第36d完全消失，桩周土体重新回冻；桩基水化热影响最大半径因位置差异而存在不同，桩周土体初始温度最高的位置影响半径最大，约为2.9倍桩径；与大直径桩基相比，微型水泥钢管桩的回冻时间和影响半径分别约为大直径桩基的1/4和1/3。研究结果表明，在多年冻土地区微型水泥钢管桩具有较好的适应性。
在全球变暖的背景下，青藏高原地区的降雨量呈增加趋势。降雨改变了水分边界条件，为明确水分边界对冻土路基水热过程的影响程度，基于传热理论与非饱和土渗流理论，建立了包含水分迁移、相变的水热耦合模型。将综合考虑降雨与蒸发的水分边界引入模型，并与无水分边界下的含水量、温度及其通量的变化规律进行对比。结果表明：暖季忽略水分边界将低估含水量、高估土体温度；引入水分边界后，暖季路基浅层土体液态水含量在0.06～0.11 m3/m3波动，较无水分边界时可增大36.14%;雨水感热与蒸发潜热使地表能量再分配，减小了热传导通量，最终表现为路基浅层土体的暖季平均温度较无水分边界时最大可降低0.75℃。
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...
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。
为探明冻结黏土爆破对大体积高强混凝土的振动响应机制，以赵固二矿西风井冻结凿井工程为背景，采用数值模拟方法分析了立井冻土爆破过程中的井壁振动响应特性及其对井壁稳定性的影响，并提出了一系列冻土施工质量控制措施。结果表明：掏槽药量、中空孔半径和地应力均对井壁振动速度有显著影响，井壁的振动速度与掏槽药量和地应力的大小成正比，与中空孔半径大小成反比；4段炸药起爆产生的振速要远大于其余各段炸药，且各段爆破引起的井壁轴向振速均显著大于其余方向，立井井壁最大等效应力随着时间的增加呈现增大后减小的趋势；提出了控制上部开孔质量、合理利用优质泥浆、优化冻结施工工艺、合理组织施工几项建议。本研究成果可进一步完善冻土爆破工程实践相关理论，减少施工过程中爆破振动对井壁的损伤。
针对冻土地区的地下防护工程建设问题，进行了弹体侵彻冻土试验，以100～200 m/s的弹体初速侵彻-10 ℃下含水率为30%的冻土，对冻土的抗侵彻能力进行了试验研究。试验结果表明：随着弹体初速的提高，弹体侵彻冻土的深度逐渐增加，弹体在侵彻冻土过程中弹体姿态未出现反转，并得到了弹体侵彻深度和速度之间的关系式。采用LS-DYNA软件建立了数值计算模型对弹体侵彻冻土进行仿真计算，分析了侵彻速度对弹体侵彻能力的影响。通过数值模拟并对比试验结果、理论计算和经验公式可知，弹体侵彻深度与弹体初速变化的趋势保持一致，与理论计算结果吻合程度高，验证了空腔膨胀理论模型在侵彻冻土方面的可行性，相对于经验公式，理论计算公式更贴近于实际侵彻结果，为冻土地区的地下防护工程建设提供理论依据。
不同赋存温度环境下的各类型冻土材料热物理特性存在显著差异，开展高寒高海拔地区多年冻土抗侵彻特性研究时，能制备出满足温度控制要求的冻土靶体并揭示出靶体内冻结温度场的分布规律是后续开展大量侵彻模型试验最为基础而重要的工作。通过研究不同温度下温度场和水分场中热物理参数对冻土靶体制备的耦合影响，获取模型试验所需冻土靶体内部温度梯度分布规律，确定试验靶体达到设定温度时所需要的时间，阐述冻土抗侵彻试验靶体制备技术并对冻结粘土、冻结砂土、冻结粉土等3种典型冻土抗侵彻靶体的温度场进行了数值模拟。研究表明在同等条件下，粉土靶内部温度梯度达到一致所需要的时间最长，粘土靶次之，而砂土靶所需要的时间最短，为后续顺利开展冻土抗侵彻特性模型试验提供依据。
为了使多年冻土隧道围岩保持冻结状态，经常选择在隧道衬砌结构中铺设保温隔热层的方法以防止围岩产生冻融破坏。保温隔热层的厚度是影响多年冻土隧道结构的稳定性和工程经济的一个重要参数。针对这一问题，建立了考虑渗流和冰水相变的水-热耦合模型，并将该模型嵌入COMSOL Multiphysics数值软件中加以应用。以青海省某隧道为研究对象，对该隧道洞口段保温隔热层厚度的优化设计进行研究。结果表明：隧道仰拱位置被确定为优化设计的不利位置，隧道开挖在第1年的5月23日温度达到最高，被确定为优化设计的不利时间；不利位置处的最高温度随保温隔热层厚度的增加而下降，通过拟合公式计算出最优隔热层厚度为7.2 cm;在最优保温隔热层厚度下隧道衬砌背后围岩温度均处于0℃以下，不会产生冻融破坏。隧道在设计隔热结构时采用7.2 cm的隔热层厚度提高了围岩隧道结构的稳定性。
使用双针热脉冲（dual probe heat pulse, DPHP）测定冻土热特性时施加热脉冲后会导致加热探针周围的冰融化,使用目前常用的仅考虑热传导（忽略融化相变、冰水两相分界面）的解析解处理DPHP温度数据,会导致在-5℃至0℃温度范围内无法准确测量热导率（λ）和比热（Cv）。为了能够准确测定冻土的λ和Cv,有必要考虑DPHP加热过程中引起的冰融化的相变潜热。该研究基于COMSOL仿真软件模拟了考虑相变潜热、相变区间以及移动冰水界面的DPHP测量过程,采用随温度非线性变化的真实冻土热特性进行模拟,并与真实冻土的DPHP测量数据对比。结果表明:1)COMSOL仿真在不考虑相变条件下与无限线性热源模型结果完全吻合（R2=0.998 9）;2)当土壤初始温度低于-5℃时,考虑相变发生的COMSOL仿真能够准确模拟试验结果,表现出较高的相关性（R2> 0.93）,在-1～0℃的土壤初始温度范围内,无限线性热源模型的结果与试验测量显著偏离（R2 <0.001 3）;3...
受气候变暖影响，东北北部地区冻融灾害频发，对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象，通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响，并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明，换填使季节最大冻结深度（MSF）增加，且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后，通过比较不同换填深度（1.5（顶）～3.5(底)、1.5～4.5、1.5～5.5和1.5～6.5 m）的道基温度场变化，发现：换填底部深度达到4.5 m时，MSF变化的速率开始减小。最后，根据IPCC第六次评估报告（AR6）未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现，到2100年，在SSP2-4.5情景下，未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此，利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时，应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动...