在寒区工程施工中，冻土不可避免地会承受压-剪耦合荷载的作用。为了研究冻土在压-剪耦合冲击加载下的力学性能及其能量演化规律，设计了4种不同倾角（0°、3°、5°和7°）的冻土试样，并利用分离式霍普金森压杆在3组不同冻结温度（-23、-15、-7℃）下对其进行冲击实验。结果表明：压-剪耦合冲击加载下冻土的破坏过程可以分为弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段；随着温度由-23℃升至-7℃，0°倾角下冻土的抗压强度下降了41.4%，表现出明显的温度敏感性，而当倾角由0°增加至7°时，-23℃下冻土的抗压强度降低了21.0%，表现出一定的加载路径依赖性；冻土的破坏面随着温度降低不断向外扩展；冻土的破坏过程伴随着能量积累、耗散和释放，且能量耗散密度随着温度的升高和倾角的增加而降低。

针对水冰探测过程中需要改变其物态以便于质谱分析的问题，提出了侵彻体撞击目标接触头处摩擦升温的计算方法。将侵彻体撞击冻土划分为“冻土”和“融土”阶段，高速移动热源摩擦升温法和侵彻体撞击冻土阻力法结合，提出了侵彻体撞击“冻土”阶段弹头处摩擦升温计算方法。利用仿真软件，得到了侵彻体以低于400 m/s的速度撞击时头部的升温曲线，与理论计算曲线基本一致，验证了摩擦升温函数的正确性。根据传热学理论，得到了系列速度下侵彻体撞击“冻土”阶段物态体积的改变量。

西藏地区由于独特的气候与地理环境，在其冻土地区存在雷电与低温共存现象。低温下冻土作为含冰复杂体系，其在雷击下的冲击散流性能仍不明晰，因此该文就冻土电阻率的负温特性以及接地极的冲击特性开展研究。首先研究了不同含水量、含盐量的土壤电阻率随温度的变化规律；然后在冲击电流作用下，以永冻土试品的表层土壤融化厚度和季节性冻土试品的表层土壤冻结厚度为变量，探究了其对相应冻土中垂直接地极暂态电位的影响规律；最后结合冻结条件下土壤冲击放电的形貌特征与地中电场强度和电流密度的分布特性，探讨了负温下接地极暂态电位变化的本质原因。试验研究表明：考虑盐分对土壤的影响，当其温度在一次冻结温度T_f与二次冻结温度Ts之间时，电阻率随温度下降缓慢上升，只有当温度降至二次冻结温度时，才存在突增现象；在永冻土中，当冻土温度高于Ts时，接地极仍具有较好的散流性能。由此可知降低Ts可以减小水分冻结对土壤电阻率的影响，为避免极寒地区接地极失效提供了新思路。

高原(海拔3 800～5 500 m)高寒(-40℃)地区冬季漫长而寒冷，年均无霜期仅3个月左右，高寒缺氧且降水量少，冻土区分布广泛，高原寒区供水工程建设存在冻土层井水和供水管路极易冻结、表层冻土层开挖施工极为困难等一系列难题。结合工程建设实践经验，研究建立“注气扰动”井水防冻、“管路排空”供水管路不冻和冻土层开挖“冲击破碎抓斗”等3项关键技术。

利用霍普金森压杆装置进行动态冲击试验,研究了冻土材料在温度为-10℃、-20℃和-30℃,应变率为250 s-1、450 s-1和600 s-1时的力学性能,分析了冻土材料在此条件下的应力-应变曲线。研究发现,冻土材料有显著的应变率效应和温度效应,冻土强度不但随应变率提高而提高,而且随温度降低而提高;同时冻土材料有屈服现象,在加载后仍有一定的承载能力。

以典型冻土为研究对象，通过不同冻融循环次数的冻融循环实验、不同温度的冻结实验以及不同应变率的冲击动态实验，综合研究了冻融循环冻土的冲击动态力学性能。结果表明，冻土存在冻融循环效应，随着冻融循环次数的增加，冻土的峰值应力有一定程度的降低，但在达到临界冻融循环次数后，峰值应力将维持稳定；同时，冻土表现出明显的应变率效应和温度效应，其峰值应力随应变率的增加或温度的降低而增加。通过定义冻融损伤因子，推导满足Weibull分布的冲击损伤，提出了一个基于Z-W-T方程的损伤黏弹性本构模型。该模型可较好地描述冻融循环后冻土的冲击动态力学行为，为研究季节性冻土区冻土的冲击动态破坏提供参考。

为研究冲击荷载作用下冻土区埋地管道动力响应,设计了土箱-管道缩尺试验模型,开展了冲击荷载作用下冻土区埋地管道动力响应的缩尺试验,研究了冻土区埋地管道在不同条件下受到冲击荷载作用时,管道的应变分布情况。结果表明:冻土区埋地管道在冲击荷载作用下,采用相同形状的落体时,管道应变的峰值随着初始高度的增高而增大;初始冲击高度一定时,正方体状落体较球体状落体使管道产生的应变更大,且管道上、下表面的应变呈反对称。实验方法和结论对冻土区埋地管道抗冲击的研究有参考意义。

为了直观地描述冻土在冲击加载下的动态力学性能和应力-应变关系,从细观出发,将冻土视为冰颗粒增强的复合材料,建立了基于冰颗粒增强的冻土细观动态本构模型。根据土相在冲击作用下层层破坏的特点,假定冲击层的动模量因冲击损伤而发生变化,在模型中引入了应变率项。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对冻土进行冲击加载实验,通过改变温度和应变率,获得了冻土在不同实验条件下的动态冲击应力-应变曲线。实验结果表明,冻土具有明显的温度效应和应变率效应。模型计算结果与实验结果符合良好,验证了所建立的动态本构模型的合理性和适用性,具有很强的工程应用价值。

通过对冻、融土强度性能的对比分析,发现冻土强度远大于融土,导致冻土开挖困难,是困扰寒区工程作业的一项技术难题.作者首先介绍了几种开挖冻土的方法,并对不同开挖法的实用性和可行性做了阐述,指出机械法开挖破碎冻土是十分重要和有效的措施.冻土开挖破碎的难易程度取决于冻土动力学性质及其与开挖机械的作用关系,本文对冻土动力学方面的研究做了简要概述,旨在指出影响冻土动力学性质的主要因素及其破坏损伤特征,为冻土开挖方式优化、改进开挖机械性能提供参考.最后结合以往的冻土切削和冲击试验,对进一步开展冻土开挖和开挖机械优化研究提出了几点建议,希望对改良寒区工程施工技术、提高作业效率起到指引作用.

为了更好地描述冻土在冲击加载下的动态力学性能及其应力应变关系,将冻土看成是胡克弹簧和Maxwell体的并联组合体,并且引入符合双参数的Weibull分布损伤和Johnson-Cook模型的温度项对所研究的线性黏弹性模型进行了改进。利用分离式霍普金森杆(SHPB)对冻土进行了冲击加载实验,获得了冻土分别在不同温度、相同高应变率以及相同温度、不同高应变率冲击加载下的应力应变曲线,实验表明冻土具有明显的温度效应和应变率效应。对比实验曲线和理论曲线可以看出模型计算结果和实验结果具有很强的一致性,拟合良好,具有较高的工程应用价值。