气候变暖改变了多年冻土活动层的水热状态和物理特性，降低了斜坡的稳定性。目前多年冻土斜坡的稳定性分析多采用极限平衡方法，然而这种方法难以分析活动层水分场、温度场、应力场和位移场及其耦合效应下的斜坡稳定性。因此，将Mohr-Coulomb准则整合加入到冻土热-水-力模型之中，建立了多年冻土斜坡的热水力耦合模型(coupled thermo-hydro-mechanical model, THM),定量分析了夏季极端高温对多年冻土斜坡稳定性的影响。为了验证模型的有效性，选择了青藏高原东部多年冻土区某一滑坡为研究对象，通过构建极限平衡模型和THM模型计算了其稳定性，并对比分析了模拟结果和现场观测数据的关系。研究结果表明，THM模型模拟结果与传统极限平衡方法计算结果相吻合，且数值模拟得到的滑移面位置、位移量级和最终形态与现场实测资料相一致；在夏季极端高温条件下，当多年冻土活动层融化至1.45 m时，斜坡将沿着融化锋面失稳，且滑移面基本平行于坡面。研究结果对寒区各类工程边坡塌陷和热融滑塌的过程认识具有一定的参考价值。

为解决融化期季冻区边坡失稳问题，针对川西高原地区混合土边坡，综合考虑粗颗粒含量及含水率影响，采用大型直剪与常规直剪相结合的试验方案，获取混合土抗剪强度参数，基于冻土水热耦合理论，通过COMSOL有限元软件对边坡融雪入渗过程进行数值模拟，分析边坡水热场时空变化规律，同时考虑冻融过程中土体强度参数动态改变建立季冻区混合土边坡稳定性计算分析模型，分析融化期混合土边坡稳定系数、滑动面发展规律，定量分析总结融化期季冻区边坡失稳机理。结果表明：相同干密度条件下，混合土饱和渗透系数与粗颗粒含量成正比，抗剪强度与粗颗粒含量成正比而与含水率成反比；融化期边坡融雪入渗作用加强，浅层土体处于富水状态，形成最大厚度0.80 m的暂态饱和区；川西季冻区混合土边坡潜在滑动面与冻融交界面位置基本一致，滑动面形式主要是折线型，为浅层滑动；融雪入渗与冻土消融作用是季冻区边坡融化期失稳破坏的主要诱因，融化期间边坡稳定性系数减小速率随融雪入渗过程逐渐加快，融化深度最大时，边坡稳定性系数最小；川西地区季节冻土边坡稳定性主要影响因素为粗颗粒含量与初始含水率，粗颗粒含量越高，初始含水率越低，融化期边坡稳定性越好。

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...

青藏高原冻土地区的地质灾害与冻土因冻融作用引起的水分重分布密切相关，其实质是复杂水热耦合作用的结果。已有的冻土水热耦合模型较多关注未冻水含量梯度驱动引起的水分迁移过程，而缺乏对温度梯度驱动效应的探讨。基于经典热传导方程和非饱和土体渗流理论，考虑未冻水含量梯度和温度梯度的共同作用，建立了双梯度联合驱动作用下的非饱和冻土水热耦合模型。在采用已有试验数据对模型有效性进行验证的基础上，分别对-5、-10和-15℃3种环境气温条件下土体的水热响应开展了数值模拟。结果表明：温度梯度在冻结过程中对于水分迁移的驱动作用不可忽略；冻结过程中由于冰水相变释放潜热造成冻结速率逐渐减慢；土中水分聚集的位置处于冻结初期形成的冻结锋面处，且外界气温越低，内外温差越大，则土体水分发生聚集的位置越深，水分迁移量相对也越大，冻结过程中土体水分随深度呈S型分布；-5、-10和-15℃环境温度下含水率极值分别位于0.30、0.55和0.70 m深度处，含水率增量分别为3.5%、4.6%和5.5%。

季节冻融作用诱发滑坡的机制一直缺少定量化的研究结果，这源于缺少相应的理论模型。为了重构滑坡的变形过程并分析其变形机制，首次基于热力学理论，建立了季节冻土水分、温度和变形相互耦合的数值模型，阐述了水分变化对变形的作用机制。该模型的优点是能够体现冻土边坡中冻融作用引发的水分迁移过程和水分不均匀分布状况，并从水分对土体强度影响的角度来分析边坡稳定性。以2020年8月11日甘肃陇南市白冯村发生的大型滑坡为例，利用该数值模型计算了该滑坡处置前后边坡的水热和变形过程，并对其变形机制和稳定性进行了分析。结果表明，冷季水分向冻结锋面迁移并冻结成冰，暖季活动层内冻土融化导致液态水含量增加，从而使冰透镜体所在位置变成了潜在滑移面。在外部荷载(暴雨等)作用下，滑体会沿着该滑移面产生滑动，这便是季节冻土区边坡中的水分迁移过程及其对滑体滑动的作用机制。此外，案例分析表明，滑坡处理前边坡最大垂直变形和最大水平变形分别为72.41 cm和68.57 cm。设置抗滑桩后，边坡达到稳定状态时的最大垂直变形和最大水平变形分别为2.60 cm和2.72 cm,稳定性显著提升。而且，滞水层高度的提升导致边坡垂直和水平变形0-...

为深入理解热喀斯特湖与多年冻土间的相互作用，本文以青藏高原北麓河盆地典型热喀斯特湖区域为例，构建考虑热传导和热对流过程的水-冰-热耦合模型，对热喀斯特湖作用下的多年冻土退化特征及热喀斯特湖的水均衡进行模拟，计算地质环境和气候变暖对热喀斯特湖水均衡和冻土的影响。研究结果表明：热喀斯特湖周围冻土逐步退化并形成贯穿融区，导致地下水循环模式发生改变；在地表温度作用下，形成的活动层厚度为3.35 m;热喀斯特湖在整个模拟时段内表现为负均衡，其排泄量在285～388 a间显著增加；地层渗透性能决定了热喀斯特湖和生态环境的发展方向；气候变暖加速多年冻土向季节冻土转变。研究结果可为进一步认识寒旱区生态水文过程提供科学依据。

为研究春融期降雨工况下季节冻土边坡水热迁移规律及降雨入渗机理，选取季节冻土区高速公路路堤边坡为研究对象，基于非饱和冻土水热迁移耦合模型结合降雨入渗边界条件，提出了降雨入渗条件下冻土边坡水热耦合理论与数值计算方法，并通过COMSOL有限元仿真软件对冻土边坡降雨入渗过程进行计算，分析不同降雨强度、初始含水率对冻土边坡体积含水率、温度、入渗率、湿润锋变化影响规律，同时开展冻土边坡降雨入渗模型试验研究，并将试验结果与数值模拟结果对比分析，验证了数值方法合理性。研究结果表明：中雨、大雨强度降雨持续12 h后，降雨入渗深度可达50 cm,受非饱和状态及孔隙冰阻碍渗流通道影响，降雨初期冻土边坡入渗率极低，随着冻土逐渐融化，入渗率逐渐提高；水热迁移耦合模型可较好体现降雨强度、初始含水率对于冻土边坡水热状态变化的影响规律，降雨强度越大，冻土边坡含水率上升越快；初始含水率越高冻土边坡中体积冰含量越高，降雨前期边坡体积含水率变化较慢，后期变化速度加快，初始含水率越大，温度上升迟缓现象越明显；相较于常温边坡降雨入渗规律，冻土边坡湿润锋增长速度呈现明显的初期缓慢-加速-放缓三段式发展，湿润锋深度在10 cm以内...

盐渍土在冻结过程中,结构孔隙中的盐溶液逐渐转变为盐溶冰,盐渍土结构由之前的"土骨架结构"变为"土-盐溶冰骨架结构"导致力学行为发生了较大变化。以张掖地区某道路工程盐渍土路基填料为研究对象,通过低温冻土三轴剪切试验,分析了不同冻结时长、不同冻结温度下盐渍土的变形特性及本构模型。研究了冻结盐渍土的Duncan-Chang模型参数,基于Duncan-Chang模型利用SPSS回归分析建立了冻结盐渍土主应力差（σ1-σ3）及切线模量E_t与温度T和围压σ3的多因素耦合模型。研究发现:（σ1-σ3）-ε1曲线呈3阶段发展,随着冻结时间的增加,冻结温度降低,主应力变差,黏聚力及内摩擦均增大;耦合模型参数a1和b1与温度T呈正相关,与围压σ3呈负相关,其主导变量均为围压σ3。最后将耦合模型计算结果与试验结果对比,发现耦合模型能够较好地预测计算冻结盐渍土的本构关系。

为解决河套灌区渠道混凝土衬砌冻胀破坏问题,该研究提出由聚氨酯和聚苯乙烯2种材料组成的复合衬砌结构,建立渠道基土水热力耦合数值模型,通过现场试验和数值模拟方法分析不同衬砌结构下基土地温、含水率、冻胀量及等效应力变化。结果表明:与无保温衬砌结构相比,阴坡聚苯乙烯复合衬砌结构和聚氨酯复合衬砌结构下基土最低地温分别提高67.1%和64.7%,最大迁移含水率分别减少8%和9%,最大冻胀量分别减少80%和81%,基土内等效应力明显减小。这2种复合衬砌结构具有保温效果好、冻胀变形小等优点,可作为寒区渠道保温防冻胀衬砌结构的选择。同时数值模型计算结果与试验值基本吻合,说明此数值模型可合理地描述渠道基土冻结过程中地温和冻胀量变化。研究可为寒区渠道防冻胀衬砌结构设计提供理论依据和参考。

依据比奥(Biot)固结理论,应用总拉格朗日(Total Lagrangian)方法建立考虑大变形的应力场控制方程;引入应力-温度耦合损伤模型作为冻结状态下的高温冻土本构模型,以未冻水含量为耦合节点建立水热力耦合模型;通过冻结粉质黏土的升温三轴压缩试验验证模型的有效性,分析水热力耦合模型与应用小应变假设的模型的差异。结果表明:水热力耦合模型经过引入高温冻土应力-温度耦合损伤本构模型,冻结状态初始融化阶段预测结果与试验曲线较吻合。在变形加速至缓慢变形过渡阶段(1.5～2.5 h),模拟结果与试验曲线存在一定差异,但整体可有效预测高温冻结粉质黏土的融化固结过程。考虑大应变状态的水热力耦合模型,对融化变形的预测精度优于应用小应变假设的模型。根据模拟结果,分析水热力三场的相互作用关系、冻土融化固结过程,高温冻土外部升温状态下,边缘融化部分形成排水通道,加速上部土体水分排出。