正冻土冻胀是寒区工程产生冻害的关键因素，其冻胀过程是水热力相互耦合的动态作用结果，在开放系统中，温度、温度梯度、含水率、水分补给强度等都是影响正冻土冻胀变形的重要因素。冻土冻胀是水分迁移产生的竖直方向分凝冻胀和原位冻胀的共同作用，其冻胀力学特性属于各向异性。本研究参考规范内土体含冰量随冻结的变化过程，考虑泊松比、地下水位深度、降温速率等因素，得到正冻土的在冻结过程中水平与竖直方向的冻胀系数的计算方法，通过对比粉土和粉质黏土的冻胀系数，与试验结果吻合较好。案例中粉土在-0.2～-3 ℃、0.2～1 m范围内竖向冻胀系数为-1.37×10-3～-7.67×10-3，水平向冻胀系数为-0.81×10-3～-4.85×10-3，差值百分比为10.4%～77.7%，说明考虑分凝冻胀产生的各向异性是必要的。本研究提出的水平与竖直方向的冻胀系数计算方法，可以为科研和设计工作提供参考依据。

在冻结法施工中，保证冻结壁稳定性至关重要，传统的现场检测方法因其间断性而无法提供实时监测，限制了对冻结壁潜在灾变的及时响应，采用冻土的深层原位精准探测是揭示冻结壁重大工程灾变机理及灾害预警的有效手段。基于卷积神经网络提出一种基于图像数据驱动的冻土强度智能识别方法，通过对93组试样的多角度图像捕获及随后的单轴抗压强度试验，标注试样图像与实际强度数据并结合图像数据增强技术构建了深度学习模型训练所需的图像数据集；利用迁移学习深度残差网络34层(ResNet-34)模型，并对比其它不同模型的训练过程和测试结果，发现ResNet-34模型效果最佳，准确率为92.8%且没有出现过拟合现象；应用深度学习模型对冻土强度的影响因素土质、温度和含水率进行识别，发现模型能有效识别出三个变量，证明了模型识别冻土强度的科学性和可靠性；此外研究了模型在不同干扰条件下的表现，模拟典型干扰场景并分析其对模型预测性能的影响，为后续改进数据增强策略和模型优化方向提供依据；引入Grad-CAM(Gradient-weighted Class Activation Mapping)可解释性分析方法揭示卷积神经网络在冻土强度识...

多年冻土地区中广泛分布着盐渍土，受季节性气候影响盐渍土地区的工程基础常常受到盐分侵蚀，这是此区域主要工程灾害之一。研究发现，冻结土在电场作用下，极性水分子与阳离子从阳极向阴极移动，当溶液浓度增高时，更有利于水分迁移。因此，可通过电渗的方法控制水分的聚集位置，解决冻土中因水分积聚而形成的冻害。结果表明：试验环境在-4℃下，不同含盐量试样通过粒子数量和未冻水含量影响着电流趋势——未冻水中离子浓度越大，土体导电性越强，电流峰值越大；未冻水含量增多，离子迁移通道也增多，且到达峰值时间缩短。对比通电结束后的水分迁移量，添加盐分能有效提高水分迁移量，但是0.20%、0.25%、0.30%三个浓度氯化钠盐渍土的水分迁移量区别不明显，即不同类型（低含盐度）冻土对水分迁移量的影响可以忽略。试验结果可为判别冻土地区应用电渗法适宜性提供一定的参考依据。

冻胀是影响冻土工程稳定性的关键因素之一，而水分迁移是决定冻胀等级的核心。为明确水头差对水分迁移及冻胀的影响规律，在传统无压补水的单向冻结试验基础上，引入水头差形成水头差，进行了4组不同水头差下的单向冻结试验。试验结果表明：当水头差从0增大至0.5m、1.0m、2.0m时，补水量增幅分别为29.56%、42.51%、79.87%,冻胀率增幅为14.14%、21.12%和72.80%。在水头差作用下，各位置的土体含水率均有所增大，冻结锋面处含水率最大增幅达到50%。水头差对水分迁移及冻胀有明显的促进作用，反映了采用单一细粒含量评价冻胀敏感性的不足。因此，应根据土体所处环境，合理评价冻胀敏感性，为冻土工程水害治理提供参考。

随着寒区资源开发和工程建设规模逐渐扩大，将导致过量重金属持续进入冷生土壤圈中，进而影响寒区土壤生态环境。本文通过文献回顾，对寒区土壤重金属物质来源与排放、空间分布、迁移规律、转化机制以及修复与治理等五个方面进行梳理。寒区土壤重金属受人类活动影响显著，其中，工业排放、交通运输、矿业开发以及农业活动等是寒区土壤重金属的重要来源；重金属在土壤中具有不同分布特征且容易发生迁移，主要取决于人类活动和土壤母质两种因素，且土壤性质、重金属自身特性和外部环境等因素也对重金属分布和迁移转化有一定作用；重金属进入土壤对土壤质地、土壤温度、土壤水文以及植被等可以造成不同程度的影响，虽然固化稳定、生物炭和淋洗等修复方法可以用于部分寒区土壤重金属污染修复，但需要考虑季节性温度变化对修复效果的影响。因此，鉴于重金属对寒区土壤生态环境影响显著，未来研究仍需要继续加强对寒区土壤重金属监测和安全风险评估并进行及时、必要、积极的修复治理，以防止过量重金属进入寒区并对寒区土壤环境造成危害。

土冻结过程中的水分迁移积聚与冰分凝关系密切，但两者之间的耦合关系至今仍不清晰。借助孔隙水压力测试以及多层核磁测试技术，通过系列土冻结试验，研究了水分积聚与冰分凝之间的动态耦合关系。试验结果发现粉质黏土和本文试验用兰州黄土在冻结过程中均在冻结锋面附近存在明显的水分积聚现象，但水分积聚模式存在明显差异。本文试验用兰州黄土在封闭系统条件下发生冻结时，未观察到分凝冰生成，孔隙水压力以上升为主，在冻结初期冻结锋面附近观察到明显的液态水积聚现象；而在粉质黏土的冻结过程中，可观察到冰分凝产生，孔隙水压力以下降为主，在冻结锋面附近未观察到液态水积聚现象。分析上述现象认为，在土体冻结过程中冻结锋面附近的水分积聚存在两种模式：1）压排式积聚：由于无分凝冰形成（孔隙冰的形成），冻结区（近饱和或饱和的情况下）与未冻区的水分在水压力梯度的驱使下向冻结锋面处迁移；2）冷吸式积聚：由于分凝冰的形成，未冻区的水分在吸力的驱使下向冻结锋面处迁移。值得注意的是，这两种土体冻结过程中的水分积聚模式及其影响权重与分凝冰的形成与否有着密切关系：无冰分凝的情况下，只可能在冻结初期存在压排式水分积聚；而当存在冰分凝时，在冻结初期几...

以海螺沟冰川退缩区土壤序列为载体，研究近120年土壤发育过程中主要矿质元素在土壤各层的迁移特征及影响因素。结果表明：(1)随土壤的发育，表层土壤中P、K、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Na、Ni、Zn等10种矿质元素的含量均呈不同程度的下降，但在土壤C层中的分布较为均匀；(2)除K、Cu、Fe、Mn、Na、Ni在表层土壤中的含量低于全国平均值以外，其余土层的含量均高于全国平均值；(3)主成分分析显示，表层土壤中K、Ca、Mg、Fe、Cu、Na、Ni含量为主因子1,这主要与其来源为矿物风化有关，而P和Zn含量为主因子2,说明除受矿物风化的影响外，在较大程度上还受凋落物分解以及外源性输入的影响；(4)除P、Cu和Zn在表层土壤表现出明显的富集以外，K、Na、Ca、Mg、Mn、Ni、Fe随土壤发育均未表现出富集特征；(5)土壤pH是影响矿质元素在土壤中迁移的重要化学因素。

寒区高铁粗粒土路基冻胀机理问题一直困扰科研和工程技术人员,气态水迁移诱发冻胀是目前广被关注的解释之一,但在直接试验证据方面研究较少。为证明气态水迁移可以诱发非饱和粗粒土冻胀,并进一步阐释非饱和粗粒土的冻胀机制,基于新开发的粗粒土冻胀试验仪,开展了系列的室内试验。结果表明,仅有气态水补给条件下,无细粒含量的粗粒土发生了明显冻胀,试验测得6 cm高的土柱336 h的冻胀量可达8.30 mm,672 h的冻胀量达到23.46 mm。基于X-CT扫描试验观察了气态水补给下冻胀粗粒土中冰的分布特征,发现在恒定温度梯度下冻土中无层状分布的冰透镜体,仅存在一条包含分凝冰和饱和孔隙冰的水平冻结带。冻胀试验发现土柱的冻胀量随温度梯度的增大而增大;梯度降温更有利于气态水的迁移补给,并导致更大的冻胀;土柱的初始含水率越高,越不利于气态水在土中的迁移,冻胀量越小。气态水补给诱发冻胀的试验现象,对传统液态水在细颗粒中成冰冻胀的冻土理论形成了较好补充,同时对揭示寒区高速铁路路基的冻胀机制有重要价值。

高山草甸区域内道路冻胀、翻浆等病害大量发生,水分迁移是产生冻胀翻浆病害的主要原因。为了研究初始含水率、细颗粒含量及入流通量对非冻结路基土中水分迁移的影响。依托拉妥至芒康公路改建工程,进行室内试验。结果表明:当土体处于最佳含水率时,不同细颗粒含量的土样毛细水上升高度不同;在一定细颗粒含量范围内,土体总入流量及入流通量随细颗粒含量的增加而增大;当初始含水率为11%时,细颗粒含量为19%的土样总入流量随时间变化曲线表现为"S"形,而细颗粒含量为22%的土样却表现为拱形,说明土样总入流量随时间变化曲线随着细颗粒含量的增加,土样同样出现滞后现象。土体总入流量及入流通量与初始含水率成反比,总入流量随时间变化曲线由拱形变化为"S"形。结果表明高山草甸区的最低路基填筑高度控制在1.5 m以上,能有效防治路基冻胀翻浆。研究成果可对西藏高山草甸区公路建设与养护提供科学的依据和指导意义。

我国国土面积约53%为季节性冻土区,冻胀病害严重,而粉土冻胀敏感性较强。因此,研究粉土冻胀特性显得尤为重要。环境温度是影响土体冻胀特性的重要因素,为探求顶端冷却温度对粉土冻胀特性的影响,采用恒温箱、循环冷浴、Data Taker 80数据采集仪等组成冻胀试验装置,通过高精度温度探头和位移传感器,实时观测试样内部温度和冻胀变形,对土样进行了开敞系统条件下的冻胀试验。试验结果表明:粉土最大冻结深度随顶端冷却温度的降低而增大;土样的总冻胀量、冻胀率、总水分入流量随顶端冷却温度的升高呈线性增大;当顶端冷却温度一定时,土样距离顶端由远及进含水率先增大后减小,靠近冻结锋面处含水率增量最大。且土样各处冻后含水率分布随顶端冷却温度的降低而减小。