在气候环境变化和工程热效应背景下，青藏高原冻土地区道路病害频发、主动防控能力弱、养护管理机制不足等问题日益突出。换填垫层广泛应用于冻土公路工程设计与施工，在增强道路抗变形、抗冻害和稳定性方面发挥重要作用，但目前针对其在服役期内对地基水热分布状态的影响有待深入探讨。在青海共和—玉树高速换填垫层设计方案基础上，本文对细砂、砂砾和碎石这3种换填料下多年冻土地基水热分布进行数值试验，并以无换填粉质黏土为对照，研究换填垫层对地基水热分布及演变的影响规律。研究结果表明：换填碎石具有较好的控温性能，能够有效降低最大融化深度；换填垫层内未冻水含量显著降低，但引起未冻水沿换填-地基土接触面从地基外侧向中心横向流动；同时，换填加剧地表积水侵入深部地基土，在地形平坦且无主动排水条件下，深部地基土含水量及其振荡幅值逐年增长；换填料透水与导热性能是影响地基水热动态分布的关键因素，因换填引起的水热迁移不利于多年冻土地基力学性能长期保持，在工程实践中，应充分考虑路域气候环境及地形地貌特征，谨慎采用换填处理。

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...

土壤热状态是指示多年冻土存在及其热稳定性的最关键指标。为探究黄河源头区冻土热状态的较长期变化，首先构建了土壤热传导数学模型并基于HYDRUS-1D模型求解，经参数率定验证，表明该模型具有较好的可靠性和适用性，然后利用中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）驱动模拟了黄河源头区6个钻孔1979—2018年冻土地温的变化。结果表明，黄河源头区冻土热状态在1999年发生转变：1999年前温度变化速率为-0.037～0.026°C/a,1999年后升温速率为0.006～0.120°C/a。分析表明1998年的气候变暖突变及1999年的极端气候灾害突变是黄河源头区冻土地温在1999年发生突变的主要原因；冻土地温升高，冻土热稳定性下降，将深刻影响冻土水源涵养功能。该研究可厘清高原冻土对气候变化的响应规律，为加强黄河源头区生态环境分区管控提供科技支撑。

随着勘探开发技术的不断突破，羌塘盆地已成为中国重要的油气资源潜力区。羌塘盆地位于青藏高原北部，复杂的地质构造、大风干扰及特有的常年分布的高原冻土和高寒、缺氧环境为地震勘探带来了诸多挑战。非均匀分布的高速冻土层会屏蔽地震波能量、畸变地震波走时、降低地震资料的信噪比和一致性，如何正确认识地震波在冻土中的传播机理成为了高原地震勘探的关键问题。首先，针对羌塘盆地的冻土问题，利用高原专用的岩石物理测量设备现场测量野外冻土的岩石物理弹性参数，结合野外认识和实际二维地震反射剖面建立含冻土复杂构造模型；其次，通过有限差分弹性波正演模拟研究冻土带地震波场特征，发现冻土带使面波更发育，影响地震波走时，当直达波场出现“盖帽”特征时，冻土带会屏蔽地震反射振幅，导致地震波反射振幅更弱；最后，通过含冻土与无冻土模型的逆时偏移剖面对比，发现冻土带以下的地震反射成像能量更弱。冻土带的地震传播特征及机理研究结果为羌塘盆地冻土带识别、野外地震数据采集、冻土带能量补偿和偏移成像等提供了理论支撑。

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。