本研究旨在推进冻土观测自动化进程，提升监测精度，弥补传统人工观测方法操作繁琐、主观误差大且无法实现连续观测等不足。通过对比五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的观测数据，全面评估其数据质量，为气象业务化运行提供科学依据。利用2022—2024年全国24个省区1 172个气象观测站安装的DTD1、DTD2、DTD3、DTD4、DTD5五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的平行观测数据，从数据完整性（完整率≥98%）、准确性（标准偏差≤2 cm）、一致率（≥80%）、误判均值（≤6 cm）和冻融趋势（最大冻土深度数据相关性≥0.8）五个方面进行检验评估。截至2024年冬季，第一阶段运行设备349套，第二阶段运行设备364套，单轨业务化运行设备459套。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪在数据完整率、准确性、一致率、误判均值和冻融趋势等指标上表现优异，其单轨业务化运行通过率分别为88.73%和88.24%，远高于其他型号设备。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪数据质量高，能够满足气象业务化需求，建议在今后的业务运行中优先推广使用。

针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题，开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验，在试验中引入了地下水补给/排泄通道，明确了2类脱空积水冻胀机制；使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型，揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响；通过在虎峰岭隧道进行温度监测，得到了纵向温度分布，建立了衬背脱空底部温度求解模型，分析了衬砌表面温度与脱空底部温度的对应关系，并提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明：水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力，通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力，当冻胀力大于围岩压力时，冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放，向压力较小的地方消散；无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小，冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响；在隧道横断面上，距脱空中线部位越远，冻胀力引起的位移越小，在隧道纵向上则无明显差异；随着脱空内冻胀力的增加，隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态，脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉；当脱空底部日周期温度波动幅度在1℃以上，且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空...

为探究盾构隧道长联络通道冻结施工冻结技术效果，以郑州市8号线1期工程3号联络通道人工冻结施工为背景，探究了拱顶冻结管不同排布情况下冻结效果，采用ABAQUS建立三维实体数值模型计算土体温度场，并提取冻结壁发展情况与冻土平均温度。结果表明：传统双排冻结管在长距离联络通道冻结施工中可能存在冻土平均温度不足的情况；增设为三排冻结管可以有效增强喇叭口拱顶冻结壁，降低侧墙冻结壁平均温度；建议在三排冻结管布置情况可将积极冻结时间降至47 d。

为研究机器学习（Machine Learning,ML）方法在冻土力学参数预测中的性能及其应用，本文采用4种ML算法（DT、MLP、SVM以及GP），基于116组冻结黏土定向剪切试验数据，以中主应力系数b、主应力轴方向角α、平均主应力p和温度T为输入，以冻结黏土的力学参数(应力应变曲线（Stress-Strain Curve,SSC）模式和破坏强度qd)为输出，建立预测模型。通过交叉验证以及与补充试验数据的对比，评估了ML模型的预测性能。并基于最优ML模型分析在多输入参数空间下冻结黏土力学参数的分布，最后结合模型的可解释性（SHAP方法）进行参数敏感性分析。结果表明，基于ML方法可准确预测出冻结黏土的SSC模式和qd，其中MLP模型的预测表现最优；ML预测模型可以在多参数空间下模拟出冻结黏土SSC模式和qd与各输入参数之间的复杂非线性关系；通过SHAP方法有效量化了四种输入参数对于冻结黏土力学参数的影响程度：对于SSC模式的影响程度从大到小为α、p、T和b，对于qd的影响程度从大到小为T、b、α和p...

为了合理分析多冷媒非均质人工冻结壁的力学特性，将冻结壁视为弹性模量和粘聚力随半径呈线性变化的功能梯度材料，并通过引入冻胀系数n来反映冻结壁的冻胀特性，基于不同屈服准则分别推导得出考虑冻胀特性的多冷媒非均质人工冻结壁弹塑性状态下的应力、位移以及塑性区相对半径的隐式方程。计算结果表明：在考虑非均质特性后，基于M-C、D-P、广义Tresca以及双剪统一强度准则计算得出冻结壁的弹性极限承载力分别降低4.01%、4.02%、3.19%、2.57%，而塑性极限承载力分别提高8.13%、8.13%、8.04%、7.95%；进一步考虑冻胀特性后，基于四种屈服准则计算得出非均质冻结壁的弹性极限承载力分别提高6.91%、6.92%、5.93%、5.19%。以M-C准则为例，考虑冻胀特性后，当冻结壁处于弹性极限状态(rc＝1)时，非均质冻结壁内、外缘位移分别增加3.850 cm和17.159 cm；当冻结壁处于弹塑性状态(rc＝1.2)时，非均质冻结壁内、外缘位移分别增加5.544 cm和16.024 cm；当塑性区相对半径1≤rc≤1.2...

为了掌握大直径盾构始发段地层冻结过程中的冻胀变形规律及其对周围环境的影响特征，对上海上中路越江隧道盾构始发冻结工程地层温度、冻胀力及冻胀变形进行现场监测，获得了冻结施工过程中地层内部温度和冻胀力的演变特征，分析了地层及结构物的冻胀变形影响规律。研究结果表明：冻结范围地层全部形成冻土后才会引起地层出现明显变形，积极冻结期间以地层水平方向变形为主，而稳定冻结阶段主要表现为竖向变形；地层内部竖向变形随着埋深增加而线性增大，冻结45 d时深度为16 m处地层竖向最大变形达到88.2 mm，而对应位置地表抬升位移仅为55.4 mm；地层水平变形沿深度方向呈拱形分布，埋深为8 m位置的水平变形最大，冻结45 d时最大变形量为88.3 mm；在冻结过程中，冻结范围两侧最大地表位移达到102.6 mm，而对应位置行车轨道基础位移仅为25.9 mm，约是相应位置地表位移的1/4。地层温度变化及压缩作用会明显影响地层内部冻胀变形过程，而地层变形也会抑制冻结帷幕内部冻胀力的增长幅度。

为了厘清盾构机在液氮冻结加固条件下进行刀具更换时的温度场演化特征，采用数值计算对液氮冻结加固全过程进行分析。计算结果表明换刀期间盾构机内部对流换热增强，使得冻结壁与盾构机壳之间接触区域会发生明显退化，在换刀开始后36小时，接触区域搭接长度下降至最大值的34%～40%。同时冻结壁的受力状态发生改变，工程风险性将会明显增高。针对这一问题，提出了盾构机内部整个操作空间进行保温的处置措施。分析显示采用保温处理措施后冻结壁不会退化且进一步发育，冻结第15天时冻结壁搭接长度相较盾构换刀前增长34%。相关研究成果对类似工程研究具有指导作用。

黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应，导致黄土的结构和物理性质发生变化，从而影响黄土的湿陷变形特性。通过室内湿陷试验和微观结构试验，分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致。研究结果表明：控制水分场不变情况下，发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下，湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小，说明冻结温度决定冻结速率，冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小；通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验，定性分析发现随冻结温度的降低，土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成，使土团粒之间胶结力弱化，骨架颗粒发生偏转、滑移，土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构；定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致。由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性。

结合台北市地铁某联络通道冻结工程，运用COMSOL有限元软件建立三维数值瞬变模型，针对该工程冻土帷幕和温度场的发展规律展开深入的研究，并对温度场的变化过程进行动态模拟。仿真模拟结果表明，当冻结管呈放射状排列时，冻结管的密度对冻结效果的影响非常显著，冻结管越密集的地方其冻结效果越出色；冻结壁的交圈时间成为冻胀变形迅速增加的决定性时刻，在设计冻结方案下，冻结壁交圈时间是第15天左右；通过模拟冻土帷幕的发育过程，整个冻土帷幕发展最薄弱的区域是逃生井右侧的冻结区域，建议增加冻结管的数量来加强该区域的冻结效果；3条路径测温点（DJ-1、DJ-2、DJ-3，路径DJ-1位于冻结区域之外，路径DJ-2位于冻结管附近，DJ-3位于冻结帷幕区域内部）的降温曲线表明，离冻结管距离越远冻结效果越差，温度下降速度越慢。整个冻土帷幕的平均厚度和平均温度满足冻结设计要求，验证采用联络通道冻结法是合理的。

为了研究东北高寒冻土地区灌溉渠道季节性的冻胀问题，通过模拟渠道冻胀试验，分析冻结过程中水和热的迁移规律以及混凝土渠道衬砌中的不均匀冻胀特征。结果表明，渠道开口处和底部的冻结深度基本相同，由于地面温度的重叠效应，渠底土壤含水量最大，冻结过程中产生大的冻胀力。渠道防冻工程中，从工程成本考虑，建议渠道底部保温板厚度小于开口处，坡面保温板厚度小于底部。