提高季节性冻土区高铁路基冻深预测精度，对保证寒区高速铁路的安全调度和平稳运行具有重要意义。针对现有季冻区高铁路基冻深预测模型缺乏利用多元环境序列信息的问题，提出一种顾及导热系数与冻土环境变量的高铁路基冻深预测LSTM模型，以兰新高铁山丹马场-民乐路段DK371+900、DK383+345和DK391+940三处断面为例，对2015-2017年冻深快速增长期的路基冻深进行预测。该模型首先利用EMD算法对导热系数与冻土环境变量时序数据进行信号分解，得到一系列具有不同特征尺度的数据序列，体现出原数据的趋势与波动性，增加数据的细节和多样性；再利用KPCA算法提取出影响路基冻深的关键因子，实现数据降维，消除因EMD产生的数据冗余；最后通过LSTM网络实现基于多变量的路基冻深预测。实验表明：该模型较传统路基冻深预测模型、EMD-LSTM模型、多变量BP神经网络模型、多变量LSTM模型有更高的精确度。模型在三处断面路基冻深预测的平均绝对误差(fmae)为0.029m、0.033m和0.060m；均方根误差(frmse)为0.036m、0.042m和0.07...

【目标】随着多年冻土区路基工程建设活动增加，形成了大量路堑边坡，因此有必要对冻融作用下多年冻土区路堑边坡的稳定性进行分析。【方法】针对其随机性、小样本、非线性等特点，利用支持向量机、随机森林和梯度提升3种算法构建基础模型，并采用Voting集成学习技术将它们组合，构建了4个多年冻土区路堑边坡安全系数预测模型。【数据】为了反映冻土区边坡的特殊性，引入了活动层厚度和冻融损伤系数，并结合了普通边坡稳定性影响中的4个关键指标(边坡坡度、土体重度、黏聚力和内摩擦角),确定了6个输入指标。利用25组数据对4个预测模型进行了训练和测试，并采用最小均方误差评价了模型预测效果。【结果】支持向量机模型的最大相对误差为9.61%,随机森林模型的最大相对误差为―6.23%,梯度提升模型的最大相对误差为4.44%,而Voting集成学习模型的预测值与实测值最大相对误差为―0.51%。相对于单一预测方法，Voting集成学习模型能够更加准确地预测边坡安全系数变化趋势。【应用】Voting集成模型可以更好地描述边坡稳定性与其影响因素之间的非线性关系，更适于实际工程应用。研究成果为多年冻土区路堑边坡稳定性评价提供了一...

对非饱和土体在冻结温度以下土中未冻水含量进行了理论分析，给出了一种简便的预测方法及其数学模型。基于非饱和土孔隙中气液两相的化学平衡和力学平衡关系，结合土-水特征曲线，给出了以Van Genuchten土-水特征曲线模型参数表示的土体孔隙体积分布密度函数，且水分冻结与土体孔径分布密切相关。根据初始有效饱和度对应的液态水填充的最大孔径和一定冻结温度对应的起始结晶孔径之间的关系，分析了土体孔隙中冰水相变的特征及其临界有效饱和度。当初始有效饱和度超过临界结晶饱和度后，冻结现象才会发生。给出了非饱和土体在冻结温度以下土中未冻水饱和度的预测公式，并通过已有的试验结果对其有效性进行了验证。

结合鞍山地区台安径流试验站土壤水试验数据，对双参数冻融模型进行东北冻土期土壤水预测的适用性。结果表明：双参数冻融模型土壤水预测值和实测值之间的误差总体低于10%,对于区域冻土期土壤水非线性预测具有较好的适用性。研究成果对于东北冻土期土壤含水量分布特征具有重要参考价值。

为了研究修筑公路对高海拔多年冻土层热状态的影响，开展了新藏公路多年冻土区路段沿线病害调查，在海拔5 400 m地带修筑了冻土地温监测断面与气象监测站点；对气温、地温、辐射强度进行了监测，依据监测结果计算了冻土上限处的热流通量，分析了多年冻土层地温变化特征；基于热传导和热扩散理论，建立了天然地基及普通路基下部多年冻土地温-深度理论预测模型。研究结果表明：多年冻土区公路病害主要由于沥青路面大量吸热导致，热棒、隔热层等主动、被动保护的手段虽有一定效果，但不能改变多年冻土的快速退化；研究区域天然地基与路基中心一天内温差最高达19.66℃,左、右路肩一天内温差最高为4.94℃,天然地基下深层多年冻土温度稳定在-6.0℃左右，路基中心下部深层多年冻土温度稳定在-5.6℃左右，路基下部相较天然地基温度变化更为剧烈，且等温层温度更高；研究区域的辐射强度在一天的10:00～18:00显著增强，在一年的3～6月为辐射强度的顶峰期，浅层地温主要受辐射强度的年周期变化影响；天然地基、路基中心、阴坡路肩与阳坡路肩下部多年冻土层年热流通量依次为-4 001、-14 649、-4 487与58 303 kJ·m

青藏冻土地段地质条件的复杂性和传热效果的差异性容易导致铁路路基产生沉降变形等问题，严重威胁机车的行车安全。建立能够准确预测路基沉降问题的模型对于预防灾害的发生至关重要。利用半参数模型对青藏铁路K1425+000～K1425+700冻土区段内15个测点的路基沉降数据进行分析，与较为常用的灰色预测模型GM(1,1)对比，结果表明，所提出的半参数模型预测精度较高，数据拟合的效果更优，可用于路基沉降预测。

为预测青藏高原多年冻土区露天煤矿边坡地温变化，揭示多年冻土分布规律，指导寒区露天矿安全生产，以木里煤田聚乎更矿区露天矿边坡2011—2014年地温监测数据为基础，通过数据的统计与拟合，依据传热学理论建立研究区多年冻土地温预测模型，并利用邻区露天矿冻土地温监测结果与数值模拟对预测模型精度进行验证。研究结果表明：木里煤田聚乎更矿区露天矿边坡季节活动层厚度普遍在5.75～6.59 m,多年冻土下限在63.85～64.35 m,地温年变化深度在11.65～12.25 m;采矿揭露后，边坡表层原生多年冻土演化为3.85～5.65 m季节活动层；坡面季节活动层厚度较原生季节活动层厚度略薄，随着冻融循环周期的递增，其厚度逐渐接近原生厚度；冻土地温变化曲线与简谐波波形线接近。本文所提出的冻土地温预测模型可用于预测青藏高原多年冻土区边坡地温变化，研究结果可为寒区露天矿边坡稳定性研究提供技术支撑。

评估当前和未来多年冻土空间分布和动态变化对全球碳循环模拟、气候变化预测以及工程风险评估至关重要。本文使用经广泛验证和应用的半经验模型Kudryavtsev方法，综合考虑温度、积雪、植被、土壤等因素对冻土的影响，以国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）模式模拟结果和SoilGrids2.0数据集等作为输入，计算了2015-2100年北半球冻土顶板温度与活动层厚度在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585四种不同情景下的逐年时间序列数据，并根据顶板温度计算了北半球冻土面积。该数据集填补了未来不同情境下冻土分布预测数据的空缺，为冻土退化、气候变化、北极生态等相关研究提供了数据参考。数据集包括2015-2100年逐年以下实验数据：（1）冻土顶板温度数据；（2）活动层厚度数据；（3）冻土面积数据。数据集存储为.tif和.xls格式，空间分辨率为0.625°×0.4712°，由690个数据文件组成，数据量为35.6 MB。

为了研究多年冻土区地温变化规律及评价L型和直式热棒的地温调控效果,以某一级公路采用的热棒群降温工程措施为研究对象,以现场实时监测数据为基础,评价了热棒有效影响半径、作用期限和影响深度等因素对多年冻土路基的降温冷却效果,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温预测模型。研究表明:在垂直于路基中心线的水平方向上,热棒作用下的路基地温变化呈"弯沉盆曲线"型,最小有效影响半径为2.0m。在近路中心侧最低地温在-0.5℃以下,L型热棒降温效果更佳;而在近路肩侧最低地温基本处于0℃以下,直式热棒冷却效能优势较大。多年冻土路基地温变化近似呈现正弦波形曲线分布,单位周期内地温振幅随深度增加不断衰减,且存在相位滞后效应和偏距差异,经历两个冻融循环冷却期后,两种热棒段的路基最低地温降幅分别达到51.5%、50%。浅层地温受大气温度和黑色沥青路面聚热效应的影响波动幅度较大,但随着路基埋深的不断增大,其周期性波动逐渐削弱并逼近年平均地温。多年冻土地温预测值与实测值相关系数均在0.97以上,预测效果良好。研究成果可为多年冻土路基设计、运营维护和变形监测提供新视野。

为了研究多年冻土区地温变化规律及L型热棒温度调控效能,以公路热棒群降温工程措施为研究对象,通过热传导理论和非线性分析方法,建立了不同监测时段的地温波动预测模型,评价了利用热棒工程措施处治试验段多年冻土路基的降温能效。研究结果表明:热棒作用范围较大,有效影响半径可达5.25m。不同监测时段的冻土地温变化规律略有区别,深度在6m范围内,各测孔地温变化最大降幅达82.1%,6m以下深度范围内,地温逐渐趋于0℃以下。热棒作用初期,多年冻土路基横向地温呈差异化分布,但随着热棒温控效应的增强,有效影响半径内温度调控效果明显,横向地温分布差异性减弱,逐渐趋于较稳定的年平均地温。多年冻土区地温预测值与实测值相关系数均在0.99以上,预测效果良好。研究成果可为冻土路基地温预测、变形监测和降温措施制定提供借鉴。