桩侧土体的性质与分布、桩体长径比是影响桩基础荷载传递规律的主要因素。桩周土体强度高、塑性强，且受含冰量和温度的直接控制，是冻土区桩基础的独有特征。充分理解冻土区桩基础的荷载传递规律及影响因素，不仅有助于冻土区基础工程的设计施工，而且对桩基础变形防控有重要指导意义。利用界面库仑摩擦模型和可以反映土壤塑性的Drucker—Prager准则，模拟计算了不同条件下冻土桩基础的荷载传递过程和承载力变化。结果表明，冻土区桩基础的荷载～位移曲线分为线性段、加速段、破坏段；降低土体温度、减小桩径可以降低线性段的变形斜率，提高极限荷载；而增加桩长会增大极限荷载，但不会显著影响线性段的变形斜率。总体而言，侧摩阻力在线性变形段呈R形分布并由上向下逐步发挥，在极限荷载后呈现正梯形分布；温度越低，桩径越小，桩越长，则桩侧中下部侧摩阻的滞后效应就越显著；桩侧土体热力性质的差异及分布，扩大了侧摩阻力分布的异化特性；桩侧上部土体温度越低，越有利于冻土桩基础的承载性能。
近年来全球升温明显，多年冻土退化趋势显著。为研究多年冻土退化对桩基础竖向承载力的影响规律，建立了考虑多年冻土退化效应的桩基础有限元模型，分析了多年冻土区季节活动层厚度的改变对桩基础竖向承载力的影响规律。结果表明，随着季节活动层厚度的增加，桩基础的竖向极限承载力呈现减小的变化趋势；不同季节活动层厚度工况下桩基础的最大应力均出现在桩头位置，最小应力均出现在桩底位置，并且随着荷载的增大，桩基础最大应力出现的区域呈现出由桩头位置逐渐向桩底位置扩大的趋势；当季节活动层厚度相同时，随着荷载的增加，土体应力整体呈增大的趋势，且最大应力出现位置均呈现出随着荷载的增大从桩身周围土体向桩底土体转移的趋势。
为研究多年冻土区铁路桥梁桩基础在竖向荷载作用下的承载性能及荷载传递机理，以多年冻土区广泛存在的高桩承台基础为研究对象，通过室内缩尺模型试验结合有限元方法分析桩基础几何尺寸和多年冻土温度对桩基础竖向承载性能的影响。结果表明：增加桩长能减小桩基础的沉降量并提高桩基础的极限承载力，桩长从1.5 m增至3.0 m过程中，每增加0.5 m，桩基础极限承载力分别增加41%,23%和15%，且能够减小桩基础端承力及其占比，但对桩基础的轴力、桩身应力和侧摩阻力的分布规律影响较小；多年冻土的存在对桩基础承载性能的提升更为显著，其中侧摩阻力发挥重要作用，且多年冻土的温度越低，其提升效果越明显，在多年冻土层温度为-5和-9℃时，桩基础的极限承载力分别为125.9和199.5 kN，相较于融土条件分别提升了2.98和5.31倍；桩基础在多年冻土层中的最大侧摩阻力分别约为300和500 kPa，是上部融土层的2.1和3.5倍；在上部融土层和多年冻土层的交界处桩身轴力、侧摩阻力、土体应力均发生明显变化。
为探究冻土热-力耦合效应对铁路重力式桥墩抗震性能的影响规律，采用热-力耦合方式建立了土-桩基础-桥墩相互作用下三维实体有限元模型，并利用拟静力模型试验结果对其进行验证。在此基础上，探讨了地表温度和融化层厚度变化对桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明：采用热-力耦合方式建立的土-桩基础-桥墩有限元模型预测结果与拟静力试验结果吻合较好，能够有效模拟其水平地震荷载作用下的非线性响应；随着地表温度的降低，土-桩基础-桥墩体系的极限水平承载能力、初始刚度和累计耗能均会增大，但桩基础桥墩的侧向位移能力会出现一定程度的降低；随着季节冻土层融化深度的增加，土-桩-桥墩体系的极限水平承载能力、整体刚度退化和累计耗能曲线均出现大幅下降趋势，其中表层冻土融化深度从0cm增加到5cm时桩基础桥墩的抗震性能减弱幅度较为严重。
为提升公路沥青路面设计水平，避免季节性冻土地区的沥青路面在重交通荷载作用下产生温缩开裂病害，影响行车安全性和舒适度。本文分析了季节性冻土地区重交通沥青路面的轴载计算方法、路面结构设计原则、沥青路面层数和层厚确定方法，并推荐了路面结构组合。同时，以某季节性冻土地区的公路为研究对象，分析了车辆轴载对路面弯沉、剪切力及基底拉应力的影响，以评价路面结构设计效果。
针对水冰探测过程中需要改变其物态以便于质谱分析的问题，提出了侵彻体撞击目标接触头处摩擦升温的计算方法。将侵彻体撞击冻土划分为“冻土”和“融土”阶段，高速移动热源摩擦升温法和侵彻体撞击冻土阻力法结合，提出了侵彻体撞击“冻土”阶段弹头处摩擦升温计算方法。利用仿真软件，得到了侵彻体以低于400 m/s的速度撞击时头部的升温曲线，与理论计算曲线基本一致，验证了摩擦升温函数的正确性。根据传热学理论，得到了系列速度下侵彻体撞击“冻土”阶段物态体积的改变量。
在青藏高原多年冻土退化趋势明显及地震活动频发的背景下，为研究多年冻土退化对青藏铁路桥梁桩基础地震易损性的影响，建立了桥梁桩基础-冻土相互作用有限元计算模型，并通过拟静力模型试验验证了模型的合理性。考虑多年冻土退化效应的影响，以桩基础曲率延性比为损伤指标，以地面峰值加速度PGA为地震动强度参数，并选取了符合场地特征的80条地震波，对不同多年冻土活动层厚度和轴压比下的原型桥梁桩基础进行了非线性地震损伤分析。拟静力试验和数值模拟结果表明：地震作用下桥梁桩基础顶部破坏严重，是整个桥墩-桩-土体系的薄弱部位；随着多年冻土活动层厚度的增加（退化程度加剧），周围土体对桩基础的约束减弱，桩身的最大曲率呈减小趋势，从而降低了地震作用下桥梁桩基础的破坏概率，但墩顶位移却有所增大，导致地震过程中落梁风险增加；而随着桥墩轴压比的增大，桩身最大曲率明显增加，多年冻土区桥梁桩基础的地震易损性显著增加。考虑到桥梁桩基础破坏后修复难度较高，因此多年冻土退化背景下青藏铁路桥梁抗震性能评估还需考虑高桥墩轴压比变化对桩基础地震易损性产生的不利影响。
季节性冻土地区地基土的冻胀破坏是引起建筑物基础产生变形的重要原因。为了深入研究季节性冻土地区影响地基土的冻胀因素,结合长春市具体工程实例,通过有限元模拟软件,实现了热-力-水3个物理场的耦合。基于已有的冻胀理论,考察了负温、初始含水量、土体性质对地基土的影响机理,同时分析了法向冻胀力与各个参数之间的变化关系。研究表明:法向冻胀力与负温、初始含水量近似呈线性增长关系,冻土初始含水量对地基土冻胀作用影响最大;黏土的法向冻胀力最大,粉质黏土次之,粗砂土最小;最大法向冻胀力主要集中在土体深度为0 m～0.6 m范围内,超出此范围,随着土体深度增大,法向冻胀力急剧减小。
为研究多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素，以中国多年冻土区广泛存在的高承台桩基础为研究对象，通过拟静力试验结合有限元方法探讨了多年冻土区桥梁桩基础地震破坏特征及冻土层物理力学特性变化对其抗震性能的影响规律。结果表明，随着土体温度的降低，桩–冻土体系的水平承载力、初始刚度均呈增大趋势，桩身位移在土体冻结前后变化显著。土体初始含水率的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的影响较小，但以土体最优含水率为界限，界限含水率两侧桩–冻土体系的刚度变化存在较大差异。土体压实度的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的改变影响较小，桩–冻土体系的初始刚度随着压实度的增大而增大。因此，在冻土区桩基础桥梁抗震设防中应当充分考虑桩周冻土物理力学特性变化对其抗震性能的影响。