为了明确降雨对多年冻土区公路路基内部水热状态的影响，以青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构为背景，在室内底板-大气双控温模型箱内制作冻土路基的几何相似比(1∶6)模型。首先通过无降雨和有降雨工况对比试验明确2种工况下多年冻土区路面温度及热通量的变化特征，然后进一步探究2种工况下路基内部水分场及其温度场的变化特征，进而明确多年冻土区公路路基内部水热状态对降雨作用的响应情况。研究结果表明：降雨作用下路面温度普遍低于无降雨时的路面温度，且路面及路肩下部5 cm处热通量呈减小趋势，路面下部热通量减小相对更加明显，约为路肩下部热通量减小量的3倍，表明降雨作用缓解路基内部热量吸收；降雨会显著增加路基不同部位的浅层含水量，降低路基浅层温度，且夏季较多降雨量导致冻土路基释放出更多的热量，路基温度降低明显；降雨作用对路基不同部位下部含水量和温度的影响随着深度增加逐渐减弱，对路基下部50 cm及以下位置的含水量和温度基本没影响；相比路基其他部位，降雨作用导致天然场地含水量增加明显，而路面下部含水量增加较小；虽然路面下部含水量增加较小，但沥青路面吸收的热量较多导致自身温度较高，因此降雨作为能量冷脉...

在人类活动和全球气候变化驱动下，青藏高原气候整体呈现暖湿化变化趋势，由此引发的多年冻土活动层水热变化对寒区生态环境和寒区工程稳定性产生显著影响。目前，温度升高对多年冻土的影响机制较为明确，但降雨增加、降雨增加与气温升高共同作用下的多年冻土水热响应过程和机制尚不明确。在考虑雨水感热作用的地表能水平衡-冻土水热耦合模型的基础上，对比研究气温升高、降雨增加单一作用及其共同作用对活动层水热影响机制。结果表明：相比气温升高和降雨增加单一作用，暖湿化复合作用导致地表净辐射通量和蒸发潜热通量增长显著，地表感热降低更加明显，雨水感热影响较小，地表土壤热通量呈增加趋势；暖湿化复合作用下温度梯度液态水通量增长显著，基质势梯度液态水通量在浅层增幅也大于单独升温作用，但小于单一降雨增加作用，暖湿化导致暖季土壤含水率增幅小于单独降雨作用；暖湿化作用下活动层热传导通量在冷季增加显著且增幅小于单独升温作用，而液态水对流传热在暖季增加明显且增幅小于单独湿化作用；降雨增加促使土体暖季降温显著，暖湿化与单一气温升高均导致土体在冷季升温效果高于暖季；气温升高1.0℃引起多年冻土上限下移10cm，降雨增加100 mm促使上限...

基于水热变化下的人工冻土力学试验是人工冻结法设计过程中进行合理设计和安全施工的前提和必要条件。通过采用设计正交试验及统计拟合方法，针对海测滩煤矿立井井筒处黄土冻土试样进行不同含水率及冻结温度下抗折强度试验，分析了冻土的挠度-抗折强度变化关系及其力学性能，对比了不同含水率及不同冻结温度下冻土抗折强度变化，并对立井井筒黄土基土在冻结过程中的抗折强度建立了基于冻结温度、含水率变化的预测模型。结果表明，立井井筒处冻土的抗折强度随含水率的增大呈先增加后减小变化，在含水率15%～20%时其抗折强度较大；冻结温度与冻土抗折强度呈近线性关系，温度降低，冻土抗折强度增大；采用冻结法施工时冻结参数选择温度-15℃,含水率20%较为合理。

【目的】季节冻土区公路路基因季节性温度变化使路基中的水分向上迁移，导致水分在封闭覆盖层下聚集产生覆盖效应，进而引起路基冻胀、融沉、路面开裂、道路翻浆等工程病害。为了有效抑制封闭覆盖层下覆盖效应的产生，以季节冻土区气候特征为背景，开展了室内一维土柱试验。【方法】通过设计两组冻融循环条件下的室内路基模型试验，探究有、无毛细阻滞层季节冻土区路基内部的水热变化规律，验证毛细阻滞层对季节冻土区公路路基覆盖效应的防治效果。【结果】在季节性温变导致的冻融循环条件下，传统路基浅层2.5、5.0 cm深度范围内的土体含水率随冻融循环次数的增加而不断增大，最大液态水含量增加量达5.8个百分点，覆盖效应明显；毛细阻滞层路基在浅层2.5 cm深度处的土体含水率随冻融循环次数的增加水分累积量仅为1.8个百分点，且经历3个循环后其他深度的最大液态水含量与含水率累积量均略有减小，整体含水率远小于无毛细阻滞层路基的。【结论】毛细阻滞层的设置能够明显抑制覆盖层下浅层土体含水率的增加和累积，且对维持季节冻土区路基土体水分场稳定具有重要作用。

植被覆盖对斜坡土壤水热变化具有显著影响，而水热变化会导致斜坡地下水位、稳定性改变。以黑方台斜坡植被覆盖区域、无植被区域的土壤温度与含水量监测数据为基础，基于水热力耦合数值模型，研究植被覆盖对季节冻土区斜坡土壤水热与稳定性影响。结果表明：1)无植被区域土体冻结深度更厚，冻结持续时间更长，促进地下水往植被覆盖区域渗流，导致植被覆盖区域土壤含水量更高。2)在冻结期，无植被区域地下水位的上涨幅度高于植被覆盖区域，在相同灌溉条件下，植被覆盖区域更容易发生滑动，其滑移面也更陡。(3)黑方台植被覆盖区域滑坡具有渐进后退式演化特点，每次滑移面均会沿滑坡后壁凹槽底部发生，形成逐级后退的破坏模式。

降水作用会导致冻土活动层的水热状态发生明显变化，并且青藏高原地区的降水也表现出明显的季节性差异。为了分析季节降雨特征对冻土活动层内部水热状态的影响效果，对青藏高原中部北麓河地区的气象资料以及活动层内部的热通量、含水量、温度变化开展了原位监测。研究结果表明：北麓河地区是以小雨事件为主，中雨事件为辅的降雨特征，小雨事件占3-11月降雨事件的90%左右。并且，夏季还会发生大雨事件，秋季出现持续降雨事件。其中，各个季节降雨事件导致地表净辐射整体呈现减小的趋势，且夏季大雨事件对净辐射的影响效果更加明显，秋季持续降雨事件导致净辐射表现出先增加后减小的趋势，土壤热通量的变化规律与净辐射的变化基本一致。降雨作用通过影响地表净辐射改变了土壤热通量的变化，进而引起土壤内部水分场及温度场发生改变。其中，夏季大雨及中雨事件会显著增加浅层土壤含水量，而春季和秋季降雨对土壤含水量影响较小；各个季节小雨事件对土壤温度的影响可以忽略，但中雨、大雨及持续降雨事件会显著缓解浅层土壤升温趋势，且随着深度增加，降雨事件对于缓解土壤升温趋势逐渐减弱。研究结果对于多年冻土区的区域生态环境问题以及工程建筑物病害防治问题的解决具有一...

青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响，忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上，通过引入考虑雨水感热的地表能量平衡理论，完善了考虑降雨能量的冻土水热耦合模型，基于青藏高原北麓河现场监测验证了模型的有效性，并分析了夏季降雨对地表能量平衡和活动层水热的影响机制。结果表明：考虑雨水感热的修正模型模拟土壤体积含水率、温度和热通量的平均偏差误差分别在±1.198%、±0.704℃和±1.66 W/m2之内，一致性指数分别大于0.877、0.929和0.937；优化后的模型提升了对地表吸放热状态的评估，能够较好地预测了雨后活动层水热的变化；夏季降雨增加地表蒸发潜热和雨水感热，降低地表净辐射、感热和土壤地表热通量使地面降温，降温效果与降雨强度正相关；同时受降雨时段影响，白天降雨事件的降温效果显著，雨水感热促进地表冷却，而夜间雨水短暂加热地表，蒸发潜热的显著作用使地表依旧持续降温。在地表温度梯度降低和雨水入渗的作用下，温度梯度水汽通量减少，液态水通量增加...

近50年青藏高原地区降雨呈波动性的增加趋势，且夏季降雨是全年降雨量的主要来源，降雨变化会导致冻土内部水热发生改变。然而，目前关于夏季降雨变化对多年冻土水热状态的影响研究鲜有文献报道。因此，基于优化地表能量平衡边界条件的水-汽-热耦合模型，以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据，研究夏季降雨增加到2倍后活动层的响应机制。结果表明：夏季降雨增加到2倍后，净辐射、蒸发潜热增加，而感热以及地表热通量减小，地表与大气之间的能量交换方式从感热转换为蒸发潜热，且夏季整体用来加热活动层的热量减少1.4%；夏季降雨增加导致液态水运移通量增加，而水汽运移通量减小，热传导通量、水汽对流热通量、水汽扩散潜热通量的减小量约为液态水对流热通量增加量的2.6倍，因此夏季降雨增加导致土体降温，活动层厚度整体抬升0.14 m，对冻土起到降温效果。

为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制,探讨了考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质(砂土、亚砂土、粉质黏土)地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明:随着土壤粒径增大,地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小,不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著,地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小;土壤粒径越大,水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著,但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大;随着土壤粒径增大,土壤浅表层水分减少,25～75 cm水分略有增加;随着土壤粒径增大,土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小,土体温度梯度降低,相同深度处土壤温度更高,活动层厚度增大,不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。

近50 a青藏高原湿化趋势显著,降雨变化导致地表能量平衡过程、活动层水分状况和水热输运过程改变。以青藏高原北麓河铁路路基试验段水分监测为基础,基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型研究在未来降雨变化情景下,降雨对冻土路基水热的影响机制与过程。结果表明:近6 a路基水分监测显示,虽然青藏高原年降雨量变化较大,夏季降雨引起土体表层水分短期显著波动,但长期路基含水量并未明显累积,路基蒸发、液态水与水汽运移显著;在未来湿化背景下,年降雨量增大导致地表潜热增大地表土壤热通量减小,降雨增大导致的热传导通量减小量比液态水对流热通量增大更大,人为冻土上限抬升;降雨增加缓解了路基工程对下伏多年冻土的热扰动,但降雨增加导致活动层水分累积,增大路基冻胀和融沉灾害风险。