针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题，开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验，在试验中引入了地下水补给/排泄通道，明确了2类脱空积水冻胀机制；使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型，揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响；通过在虎峰岭隧道进行温度监测，得到了纵向温度分布，建立了衬背脱空底部温度求解模型，分析了衬砌表面温度与脱空底部温度的对应关系，并提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明：水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力，通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力，当冻胀力大于围岩压力时，冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放，向压力较小的地方消散；无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小，冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响；在隧道横断面上，距脱空中线部位越远，冻胀力引起的位移越小，在隧道纵向上则无明显差异；随着脱空内冻胀力的增加，隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态，脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉；当脱空底部日周期温度波动幅度在1℃以上，且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空...

通过室内试验设置5种积雪处理（对照组CK为无积雪覆盖；B为大粒径雪层；BL为大粒径覆盖在小粒径雪层上；LB为小粒径覆盖在大粒径雪层上；L为小粒径雪层），探究融化期冻融循环下雪层结构差异对土壤物理特性的影响。结果表明：不同结构的积雪完全融化时间接近，CK处理受冻融循环的影响最大，有无积雪覆盖下土壤温湿度差异显著。试验中期，覆雪处理间土壤容重、团聚体稳定性接近；试验结束，B、BL处理土壤容重、团聚体稳定性，显著高于L、LB处理。B、BL处理蒸发量较高、出流时间较晚、出流量较小，但泥沙比、融雪侵蚀参数高于L、LB处理。而L、LB处理的融雪水利用率较低，融雪侵蚀参数也较低。L、LB处理有利于融雪水出流、土壤解冻，可减少土壤侵蚀，适宜实际农业生产。

随着日光温室在中国北方地区的广泛应用，冬季温室屋顶积雪问题严重影响了温室骨架的刚度和强度，甚至可能会压塌温室，造成巨大的经济损失。该文设计了一种通过除雪膜和除雪杆的协同工作的新型除雪装置，在一定程度上缓解了当地冬季日光温室人工除雪压力，及现有的机械除雪设备成本高等问题。该装置操作简便，成本低，安全性高，具有较高的使用价值和推广价值。

为研究渠基土在水分与温度变化下的力学特性与冻胀特性变化特征及在水分与温度变化下衬砌渠道的冻胀响应，本文通过对渠基土进行力学特性与冻胀特性试验，研究了不同水分、不同温度条件下渠基土力学特性和冻胀特性的变化规律。并以此为依据，采用有限元数值模拟，基于水热耦合变化，对渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀响应进行了研究。结果表明：渠基土力学特性与冻胀特性在水热耦合下呈现出复杂性。温度差异小时，水分差异对衬砌渠道冻胀变形影响小。温度差异大时，水热耦合对衬砌渠道冻胀变形影响显著。-2℃、-12℃下，衬砌渠道最大冻胀变形相较渠道底部变形大54%、70%。温度差异越大，不同温度条件下法、切向冻胀力差距越大。-5℃下最大法向、切向冻胀力相较-2℃大175%、173%,-15℃下最大法向、切向冻胀力相较-5℃大408%、200%。水分差异相较温度差异对冻胀作用影响小。在水热耦合下，渠基土冻胀作用分布具有非均匀性特征且衬砌渠道裂缝发展与分布特征具有一定规律性。温度差异越大，不同水热条件下衬砌渠道冻胀应力差距越大。-6℃下最大冻胀应力相较-4℃大57%。-14℃下最大冻胀应力相较-6℃大183%。温度越低，水分越多，对衬...

黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应，导致黄土的结构和物理性质发生变化，从而影响黄土的湿陷变形特性。通过室内湿陷试验和微观结构试验，分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致。研究结果表明：控制水分场不变情况下，发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下，湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小，说明冻结温度决定冻结速率，冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小；通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验，定性分析发现随冻结温度的降低，土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成，使土团粒之间胶结力弱化，骨架颗粒发生偏转、滑移，土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构；定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致。由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性。

深厚含土重冰层是极限性不良地质,在其上修建路基会面临严重的冻胀和融沉病害,威胁车辆的运行安全。为此探究了将聚氨酯高聚物材料(PU)用作路基的保温隔热层以防止冻融病害。进行了PU的隔热性能试验,分析密度和冻融循环次数对PU导热系数的影响。开展了重冰层冻土路基保温隔热模型试验。研究了普通路基、单层PU板路基和双层PU板路基在冻融过程中的温度分布特征,定量描述了PU的隔热效果。研究结果表明:PU的导热系数与自身密度呈正相关,与冻融循环次数也呈正相关;PU的密度越低,其导热系数受到冻融循环的影响越大;PU的密度越高,其隔热性能越能在多次冻融循环中保持稳定;冻结时,普通路基的热通量是单层和双层PU板路基的1.7倍,融化时,普通路基的热通量是单层PU板路基的2.1倍,双层PU板路基的2.8倍;PU板具有保温隔热能力,可以抬升路基的冻结深度,减少冻胀病害,延长路基的冻结过程,避免融沉病害;双层PU板比单层PU板表现出更优秀的隔热效果。

为了科学地预测、控制、避免衬砌崩落灾害的发生，研究隧道衬砌结构崩落特征及主要诱发因素，找出衬砌崩落的潜在规律和关键性诱因，对35座衬砌崩落隧道案例信息进行归纳整理，统计分析了衬砌崩落时间、空间位置、地层岩性、二次衬砌材料的特征及规律。根据诱因数量，诱因类别以及每种诱因类别中各个诱因的占比情况，归纳总结了隧道衬砌崩落的主要诱发因素，分析了隧道衬砌崩落诱发因素的特征。结果表明：50%的衬砌崩落发生在隧道建成后10 a内，90%的衬砌崩落发生在隧道建成后40 a内；衬砌崩落主要发生在雨季和低温期，拱顶是预防衬砌崩落发生的主要位置；衬砌崩落多发生在围岩较为软岩的地层中，以及地下水丰富的硬岩地层；二次衬砌材料为素混凝土的隧道更容易发生衬砌崩落灾害；衬砌崩落诱发因素分为结构因素类和外部环境类2类，结构因素类诱因包括混凝土材料耐久性、质量缺陷和结构病害，外部环境类诱因包括围岩冻胀、围岩膨胀、高地应力、衬砌背后水压、滑塌、溶洞落石、地震和列车振动；衬砌崩落灾害主要是单一诱发因素引起，单一诱发因素中外部环境是主要诱因类别；结构因素中质量缺陷占比最大，其次是结构病害；外部环境因素中衬砌背后水压、围岩膨胀和...

冻融循环过程是高纬度寒区一种典型特殊现象，冻融循环作用使土壤结构发生改变。以东北典型地区耕地黑土为研究对象，通过室内模拟冻融试验，设置20%、24%、28%(W1、W2、W3)3个土壤初始质量含水率，0、30、60和90 mm(L0、L1、L2、L3)4个积雪深度，共计12组试验。整体采用-16～4℃，-12～8℃，-8～12℃，-4～16℃梯度冻融循环温度，每个冻融温度循环2次，共8次冻融过程。分别测定不同处理下冻融循环对土壤结构影响。结果表明，(1)土壤孔径分布在冻融作用下发生改变，而土壤初始含水率的增加使冻融后土壤大孔径含量增加与极微孔径含量减少受抑制，同时冻融后土壤极微孔径随积雪深度增加而增加，大孔径随积雪深度增加而减少，其余孔径波动小。(2)冻融作用减小土壤粒径，土壤初始含水率增加抑制冻融作用下微团聚体向黏粉粒转变，而初始含水率继续增加则使土壤粒径整体向微团聚体转变。(3)冻融作用改变土壤稳定性，其中平均质量直径（Mean weight diameter,MWD）、几何平均直径（Geometric mean diameter,GMD）、>0.25 mm水稳性团聚体含量（...

为探究季节性冻土区冻结前后施加生物炭和秸秆对农田土壤的改良效果，选取黑土作为研究对象，基于田间试验，设置4种不同调控措施（BL:空白对照；CLS:施用生物炭；JLS:施用秸秆；CJLS:联合施用）,分析土壤团聚体稳定性、孔径分布特征、土壤水分特征曲线、土壤累计入渗量、饱和导水率Ksat的变化，在此基础上，探究土壤持水性、导水性等土壤物理特性变异特征。结果表明，施用生物炭和秸秆有效抑制冻融循环作用对土壤结构的不利影响，有效保持土壤团聚体稳定性。施加外源生物质材料改善土壤孔隙分布，在冻结前期增加中间段孔径（0.3～100μm）比例，在外源生物质材料和冻融交替作用双重影响下，增加中间段孔径比例19.05%～35.04%,增加土壤空隙（>100μm）比例4.33%～16.22%,降低极微孔径（0～0.3μm）比例9.09%～18.18%,其中CJLS处理表现最优。在冻结前期，施用生物炭和秸秆增加张力-5 cm条件下60 min的土壤累计入渗量73.68%、60.52%、151.10%,而在融化期，受外源生物质材料冻融老化影响，其发挥的积极效应有所减弱，土壤累计入渗量...

网架结构管球连接处局部损伤是此类结构的重要安全隐患。在风致雪漂移引起的不均匀积雪荷载作用下，局部损伤会加剧，最终导致结构局部破坏。因此很有必要分析不均匀积雪荷载作用下带伤服役网架结构局部损伤劣化情况。采用CFD数值模拟技术，以一正放四角锥网架结构为研究背景，分析了在90°风向角、12 m/s风速下，持续降雪24 h中网架结构屋面不均匀积雪分布的变化情况，并建立可表征网架结构管球连接处存在裂纹损伤的多尺度模型，分析了网架结构节点存在不同裂纹尺寸局部损伤时，不均匀积雪致网架结构局部损伤劣化程度。结果表明：网架结构风致积雪不均匀程度非常显著，而且当网架结构管球连接处存在局部裂纹损伤时，在降雪中后期，有管球连接损伤的节点大多都出现了不同程度的裂纹扩展，节点为最不利分布的穿透型裂纹时，裂纹扩展最大为15.64 mm。说明在持续特大降雪这种极端荷载作用下，带伤服役网架结构局部损伤将进一步加剧，危及结构使用安全。