多年冻土区连续叶片螺旋桩在季节活动层无螺旋叶片，多年冻土层螺旋叶片与冻土咬合，竖向承载性能良好。通过模型试验方法对多年冻土区螺旋桩叶片宽度的承载特性进行了试验，研究了其承载力曲线与轴力曲线，最后提出多年冻土地区螺旋桩单桩承载力估算公式，主要得到如下结论：无叶片的桩承载力远小于带有叶片的螺旋桩，叶片宽度对螺旋桩承载力影响显著，螺旋桩承载力随叶片宽度增加逐渐增加。不同叶片宽度的螺旋桩，桩身轴力沿桩身深度方向逐渐递减，随着荷载增加桩端承载力逐渐增加，无螺旋叶片的桩桩身轴力变化远小于带有螺旋叶片的桩，桩身无螺旋叶片区域轴力变化幅度与无螺旋叶片的桩相同，桩身有叶片区域轴力变化幅度远大于无叶片区域，随着叶片宽度增加桩身轴力变化幅度逐渐增大。极限承载力随外径与内径比增大，正比例增大，试验可得到外径越大，螺旋桩的极限承载力越高。使用改进公式计算单桩竖向承载力在工程实践中可以有效估算单桩承载力设计值。
为研究冻土一维热传导问题中温度场的模型试验相似准则，本文创新性的提出了基于微分方程解析解求取相似准则的方法。首先采用分离变量法，得到了一维非线性热传导方程的解析解。在此基础上，利用相似转换法推导出了考虑热交换和不考虑两种情况下冻土模型试验的相似准则。最后利用有限元软件ABAQUS对得到的相似准则进行了验证。结果表明，在不考虑热交换的情况下，时间的相似常系数始终是几何尺寸相似常系数的平方。当考虑热交换情况时，模型试验必须采用与原型不同的土体，此时得到的相似准则更具有理论意义和实际价值。该研究成果充分考虑了热传导过程中的边界条件，有望为非线性热传导问题的研究和模型试验设计提供理论参考。
为揭示冻土温度、流变特性对桩基承载性能的作用效应，进行温度、流变响应试验分析，采用自行设计的大型冻土桩基承载性能试验装置，开展了不同地温、不同加载过程下桩基承载特性模型试验，分析了轴力与侧摩阻力的温度、流变响应。结果表明：地基温度对桩基刚度具有显著影响，温度较高(约-3℃)时，刚度仅为温度较低(约-6℃)时的1/10。其次，温度较低时，轴力沿深度迅速衰减，侧摩阻力呈上大下小，桩体上部(约1/3)主要承载；温度较高时，轴力分布平缓，深部侧摩阻力发挥程度相应提高。再者，流变效应对侧摩阻力的发展、变化存在显著影响，持荷阶段流变导致的侧摩阻力降低逾200 kPa。此外，流变效应亦受地基温度及荷载水平的影响：地温较高时，流变导致的侧摩阻力松弛近乎初值的50%;荷载水平升高时，流变效应呈现先增大后减小的趋势。冻土地基中桩基础承载性能具有显著的温度、流变响应，实际工程设计、运维必须予以考虑，研究结果可为工程实践提供理论支撑。
新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构，具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应，设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱，并搭建了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的室内试验，得到了不同时期内边坡温度、水分、风速及支挡结构内力变化规律。试验结果表明：越靠近通风锚杆，土体温度和水分变化越明显，新型通风锚杆能吸收冷量并沿轴向和径向传递和扩散，具有良好的降温效果，并保持冻土边坡的冻结状态。新型通风锚杆内风速变化规律与外界风速变化较为一致，外界风速越大，新型框架通风锚杆降温效果越明显。不同时期内，新型锚杆轴力呈抛物线型变化，冻结期轴力大于融化期，且冻结期框架内力是融化期的2～3倍。研究结果可为新型框架通风锚杆的设计和工程应用提供指导。
为探究雨水感热作用下的降雨对多年冻土路基稳定性的影响，参照青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构，通过底板-大气双控温室内模型箱开展了多年冻土区沥青路面路基模型试验，考虑了环境潜在雨水温度导致的雨水感热能量脉冲作用，分析了多周期不同降雨工况下的路面温度与辐射、路基含水量、热通量和温度响应。结果表明：多年冻土环境中雨水温度与气温在夏季差异显著，最大温差近3℃,在春秋季差异小于1℃;受雨水感热的影响，夏季降雨引起路面温度、地表向上辐射通量和浅层土壤热通量显著降低，导致的路基降温效果从强到弱为路面、路肩、边坡、天然场地，降幅与降雨量正相关；秋季降雨对路基土体降温效果较弱，春季降雨促进路面与路肩下土体热通量和温度的降低，而易引起边坡和天然场地土体的升温；同样，多年冻土路基活动层水分变化表现出相似的季节特征，但含水量增量从大到小为路肩、边坡、天然场地、沥青路面，降雨对路面下土体含水量的影响深度(大于0.25 m)小于路肩(小于0.35 m)。因此，在降雨入渗深度范围内，多年冻土路基不同深度土体周期性平均降温从大到小为路肩、边坡、天然场地，沥青路面下土体仅在浅层0.05～0.15 m降温显...
能量桩是一种既可以与土体进行能量交换，又可以承担上部荷载的桩基形式。上部土层冻结，下部土层未冻结，由温度变化引起的桩体自身变形及土体的冻胀融沉引发的桩体位移是能量桩在季节性冻土地区推广中亟待解决的主要问题。针对季节性冻土地区土体温度分布特点，将土体分为冻结层和非冻结层分别开展模型试验，测得冻结层和非冻结层中能量桩多次温度循环后的桩—土温度分布、桩周土体孔隙水压力及桩体位移的变化规律。结果表明：在非冻结土层中，多次循环取热后桩顶会产生不可逆的沉降位移，5次取热循环后，桩顶沉降达到0.95%D(D为桩体直径)，且桩体沉降未达到稳定；在冻结层，放热过程中能量桩会发生桩体融沉现象，恢复过程中会发生桩体冻胀现象，融沉导致的沉降位移随着循环次数的增加逐渐减小，在第3轮放热循环后消失。第1、2、3轮的融沉位移分别为5.9%D、0.93%D、0.11%D。每轮循环过程中，冻胀引起的上升位移虽逐轮减小，但在5轮循环之后依旧存在，且冻胀引发的总位移呈阶梯状上升，桩体最终产生上升位移，达到3.8%D。
为了研究季节冻土区季节温度周期性交替变化时的边坡支护结构冻融反应规律，研制了季节冻土区边坡支护结构冻融模型模拟系统，并开展了季节冻土区框架锚杆边坡支护结构试验研究.该模拟系统主要由可移动开体式自动控温冻土试验室、模型箱、边坡支护结构模型和温度-水分-应力多物理场测试系统四部分组成，实现了模型试验中结构与岩土之间的比例相容和季节冻土区季节周期性交替变化时温度自动呈正弦函数式波动的微环境模拟，同时具备对试验现象直观观测以及多物理场试验数据自动采集功能.将该模拟系统应用于框架锚杆边坡支护结构冻融模型试验研究，通过分析边坡不同位置处的温度、水分和支护结构的冻胀力变化趋势，揭示了寒暖环境交替变化下的边坡支护结构冻融反应规律；将试验结果与已有文献的实测数据进行了对比，初步验证了该模拟系统的可靠性和准确性.冻融模型模拟系统研究方法及成果可为寒区边坡相关工程设计提供参考.
拱北隧道暗挖段作为港珠澳大桥珠海连接线的重点工程，首次运用管幕冻结法进行施工。该法综合管幕法和人工地层冻结法的优势，可在隧道断面形成“顶管-冻土帷幕”复合支护体系，有效实现“承载”与“顶管间止水”的双重目标，确保隧道开挖时的稳定与安全。为获得“顶管-冻土”复合结构的温度、变形与力学特性，基于相似理论自主研发构建一套相似模型试验系统并开展试验研究，同时利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立数值计算模型进行模拟验证。结果表明：复合结构的冻结温度场因空、实顶管及其内部冻结器的布置形式呈现不均匀分布特征，冻土形成速率在冻结后期明显变缓；土体竖向冻胀变形在60～160 min内急剧增大，且冻胀量随深度增加而增大，整体规律与温度场分布密切相关；土体冻结产生的冻胀力对顶管水平受力影响较大，空顶管相对刚度较小而产生较大水平变形；在加载阶段，顶管受力与变形均以竖向为主。因空、实顶管刚度差异和冻土厚度不均匀的共同影响，空顶管竖向变形包含了“弯曲”与“压扁”并具有非线性特征，其跨中截面底部竖向位移峰值约为实顶管的1.6倍；加载至0.28 MPa时，管间冻土首先发生破坏，进而导致顶管间封水功...
以青藏铁路格拉段电气化改造项目为工程背景，对多年冻土区接触网桩基础在冻融循环作用下与土体相互作用进行模型试验，分析3个冻融循环周期内，桩周土体及边坡温度场，桩土位移及桩身应力的变化规律。结果表明：试验中所施加的温度能较好地模拟现场的冻融变化过程，各深度处地温随时间呈正弦曲线分布，冻土上限约为0.3 m;在1个冻结期内土体明显发生冻胀，最大冻胀量的关系为：路肩>边坡>路基，桩周土体的冻胀量远大于桩基的冻拔量；在冻结过程中，桩基础整体受拉，从桩顶到桩底，轴力先增大后减小，最大值出现在深0.3 m处；桩侧切应力在模型桩的上部分为方向向上的冻胀应力，下半部分为方向向下的冻结应力，最大值出现在地表附近，且大致平衡。
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。