为表征冻土地层天然存在的三维空间变异性并阐明冻结帷幕温度特征值演化过程与统计规律，将冻土地层热学参数建模为三维空间随机场，提出用于不规则三维空间随机场离散的四面体单元局部平均法；引进体积坐标变换和高斯数值积分呈现了不规则三维四面体随机场单元协方差矩阵的解析计算方法和数值计算方法；构建考虑冻土地层三维空间变异性的冻结帷幕水热耦合随机分析模型，获得温度特征值动态演化过程与统计规律，讨论表征三维空间变异性的随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值的影响。结果表明：提出的三维随机场四面体单元离散法能与有限元四面体单元离散法完美结合，随机场网格与有限元网格的对应关系清晰，易于随机有限元程序的编制；冻土地层热学参数的空间变异性对冻结帷幕温度特征值有显著影响，其中导热系数空间变异性影响最为强烈；不同三维随机场相关结构模式对冻结帷幕温度特征值影响程度存在差异，其中三角型模式影响最大，高斯型为中间值，指数型影响最小。
结合东乘公麻金矿区地层特性和高原冻土环境实际,钻进过程中存在冻土地层融化、孔壁膨胀崩塌、钻孔越打越浅、岩心采取困难、钻孔冻结等技术难题。通过对钻探施工设备、施工工艺和施工管理进行研究和分析,重点研究了低温冲洗液性能对钻进过程的影响。通过正交试验对冲洗液配方在-5℃条件下对比,优选出抗低温、散热系数小、粘度适中、滤失量低的最佳配方,有效解决了高原冻土地层钻进技术难题。在CZK031和CZK4821两个钻孔进行现场应用,冲洗液对孔壁保护较好,未发生孔壁坍塌掉块和孔内冻结事故,取得了较好的施工效果。低温冲洗液配方的研究应用,对其他地区高原冻土地层施工具有参考意义。