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...

生活垃圾焚烧炉渣是由生活垃圾焚烧产生的副产物，试验以生活垃圾焚烧炉渣、水泥、石子等为原材料，采用正交试验法分析炉渣混凝土的抗压强度和弹性模量，并探讨加入生活垃圾焚烧炉渣后混凝土的微观形貌变化。通过对比冻融作用下混凝土性能的变化，分析炉渣混凝土用于寒区道路工程的可行性。研究结果表明：养护时间和生活垃圾焚烧炉渣的掺量是影响混凝土力学性能的主要因素。当掺入微量炉渣时，混凝土抗压强度降低，当掺量增加，混凝土的抗压强度随之增加，但当掺量增加到一定阈值时，混凝土的抗压强度又随之下降。总的来说，在混凝土中加入适量的生活垃圾焚烧炉渣可以在保证混凝土最终强度的前提下利于混凝土早期强度的形成，最优替代率范围为33.0%～49.5%。此外，在冻融循环作用下，炉渣掺量适当的混凝土，其抗冻融耐久性明显优于普通混凝土，最优替代率范围为24.8%～41.3%。综上，生活垃圾焚烧炉渣可用作寒区道路工程混凝土骨料。

为了研究冻结过程中，初始干密度、初始含水率对冻土强度和刚度的影响，在-10℃的条件下，对不同初始干密度、初始含水率的冻土试样进行声波测试，观察冻结过程中纵波波速的变化。试验结果表明，黏质粉土在冻结过程分为三个阶段，分别为缓慢上升阶段、快速爬升阶段以及稳定阶段，冻结能显著提高试样的纵波波速；随着初始含水率的增加，试样的峰值波速逐渐增加，冻结过程中波速上升速度逐渐加快；初始干密度越大，试样的密实程度越高，冻结时的峰值波速也越大，但波速上升速度几乎相同。

针对中国寒区气候寒冷、全年平均气温低的气候特点，采用5℃、10℃、20℃、30℃分别模拟低温、室温和中温养生条件下水泥改良湿陷性黄土的现场养生条件，基于室内试验分析养生环境温度、水泥掺量、养生龄期对水泥改良黄土RCBR（加州承载比）、无侧限抗压强度、动态回弹模量的影响规律；进而采用冻融循环试验和动水冲刷试验研究水泥掺量和养生温度对水泥改良黄土抗冻融耐久性和抗冲刷性能的影响。结合室内试验成果，将4%和5%水泥改良黄土应用于填筑高速公路上路床和下路床，并测试试验段水泥改良黄土路床顶面的回弹模量、FWD动态回弹弯沉和贝克曼梁静态回弹弯沉，最终建立路床顶面回弹模量与实测弯沉以及动、静弯沉之间的拟合关系。结果表明：水泥改良黄土的RCBR、无侧限抗压强度和动态回弹模量等力学指标均随养生温度的增加和水泥掺量的增大而持续增大；经历9次冻融循环后水泥改良土的动态回弹模量趋于稳定，综合考虑水泥改良黄土的抗冻性、抗冻融耐久性和经济性，推荐适宜的水泥掺量为4%～5%，寒区5℃、10℃环境温度施工的水泥改良土动态回弹模量折减系数可取0.80～0.85、0.90～0.9...

北极气候研究多学科漂流观测计划（Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate, MOSAiC）于2019年10月至2020年9月开展，期间获得了变量完整的大气、海洋、海冰厚度及积雪厚度观测，为海冰模式的发展提供了新的契机。本研究利用两个完整观测时段（2019年11月1日至2020年5月7日、2020年6月26日至7月27日）的大气和海洋强迫场，驱动一维海冰柱模式ICEPACK，模拟了MOSAiC期间海冰厚度的季节演变，同海冰厚度观测进行了对比，并诊断分析了海冰厚度模拟误差的原因。结果表明，在冬春季节，模式可以再现海冰厚度增长过程，但由于模式在春季高估了积雪向海冰的转化及对海冰物质平衡的贡献，模拟的春季海冰厚度偏厚。在夏季期间，2种热力学方案及3种融池方案的组合都表明模式高估了海冰表层的消融过程，导致模拟结束阶段的海冰厚度偏薄。我们的研究表明，使用变量完整的MOSAiC大气和海洋强迫场可以诊断目前海冰模式中的问题，为海冰模式的改进奠定基础。

为明确大空隙沥青混合料在寒区服役环境下的损伤规律，研究采用宏观损伤试验和细观定量分析技术[无损CT扫描和Image-Pro Plus(IPP)图像处理技术]相结合的方法，对寒区冲刷、堵塞和冻融作用下OGFC-13和OGFC-16的性能和细观空隙结构特性进行了分析。结果表明：在动态水压冲刷作用下，空隙率为25%的试件强度降幅明显，最大降幅达到30%以上；在极端堵塞试验中，堵塞物最大堵塞深度达到20 mm左右，堵塞后的渗透系数均小于0.06 cm/s;冻融作用下，混合料的损伤度随循环次数而升高，而OGFC-13损伤度低于OGFC-16,且在23%的孔隙率下损伤度最低；细观空隙结构定量分析显示，混合料空隙率在冻融和冲刷作用下会略微升高，在堵塞状态下会大幅降低；孔隙数量变化趋势与孔隙率相反，孔隙特征表现为其等效直径均以1.18～4.75 mm为主，约占空隙数量的50%。本项研究得出了寒区大空隙沥青混合料宏观性能和细观空隙结构衍化规律，可为寒冷地区大空隙混合料设计提供技术支撑。

相比常规岩体，高寒区冻融环境下岩体的力学参数及破碎特征均存在显著变化，其矿岩爆破开挖也难以直接应用传统设计参数，开展冻融环境下的爆破工艺参数研究具有重要意义。研究以巨龙铜矿为依托，在分析冻融循环对岩石力学特性影响的基础上，开展了冻融环境下矿岩的单孔和双孔同段爆破漏斗试验，测定了爆破漏斗几何参数和块度分布，采用拟合方法确定了爆破设计的合理参数，并对比分析了该矿山四种不同岩性条件下的爆破漏斗参数变化。结果表明：冻融循环作用下岩体力学特性显著衰减，单轴抗压强度和弹性模量下降幅度可达40.6%、54.0%;不同岩性条件下冻融矿岩的单孔爆破最佳埋深比为0.678～0.789,最佳药包埋深与漏斗半径比值分布在0.875～1.076范围内。针对知不拉矿区炮孔孔径152 mm,矽卡岩孔网参数为4.5 m×3 m,炸药单耗0.56 kg/m3;凝灰岩孔网参数为5 m×4 m,炸药单耗0.63 kg/m3;针对巨龙矿区孔径310 mm,凝灰岩爆破孔网参数为7 m×5 m,炸药单耗0.61 kg/m3;花岗斑岩孔网参数为8 m×5 m,炸药单...

为了探究不同低温不利条件下再生微粉ECC材料力学性能的影响,本文采用控制变量法,以再生微粉种类和取代率为研究变量,探究了再生微粉ECC在冻融循环和恒低温两种低温不利条件下的抗压和抗折强度试验。分析了再生微粉种类、再生微粉取代率、冻融循环次数、恒低温温度对再生微粉ECC力学性能的影响。最后基于BP神经网络,建立了3-6-1的冻融循环和3-3-1的恒低温BP神经网络结构抗压强度预测模型。研究结果表明:在相同的冻融循环条件下,再生混凝土微粉ECC的力学性能要高于再生砖粉ECC,且均随再生微粉取代率的增加先小幅度下降后剧烈下降,在经历150冻融循环后力学性能损失20%左右。而经历恒低温保温后的再生微粉ECC力学性能呈现出相反的变化趋势,随着低温保温温度的降低再生微粉ECC的力学强度反而呈现上升趋势,从常温到-40℃恒低温状态下力学性能提高22%左右。建立的两个低温不利条件下BP神经网络预测模型,平均相对误差分别为1.43%、1.28%,并以质量损失率和相对动弹模量为评判标准,预测试验范围内不同配合比的再生微粉ECC可经受的最大冻融循环次数。

为评估分布黄土改良治理效果，以黄土渠基为试验对象，设计了木质素改良下黄土力学试验，并基于此开展黄土干渠衬砌结构冻胀仿真计算。由试验结果得知，木质素成分含量高或低，均不会改变改良土试样应变破坏特点，但木质素含量提高，改良土应力水平会增大，但在掺量3%后提高效果会减弱。相比之下，含水率因素会改变改良土试样应力应变曲线特征，在含水率14%～18%与20%～22%下分别为应变软化、应变硬化特点；含水率提高，峰值应力降低，而围压增大，可减弱含水率对改良土承载应力的负面作用。基于冻胀仿真计算，获得了原状渠基土与改良黄土衬砌结构冻胀位移在断面上均为对称分布，峰值冻胀位移处于断面1 m处，且改良黄土衬砌结构冻胀位移值低于原状渠基土，经改良后渠基土受含水率影响冻胀危害弱于后者。本研究可为输水灌渠土体物化治理设计及冻胀仿真计算提供参考。

冰力学性质的研究在冻土工程、冰工程中都占据极其重要的地位，冰中未冻水含量的变化会导致冰整体性质随之改变。目前，在微观分子尺度上针对冰中未冻水含量控制因素方面的研究尚不充分。本研究通过分子动力学方法模拟了5种温度、3种应变速率、4种晶粒尺寸、3种升温速率下单晶冰与多晶冰的单轴拉伸与压缩试验，研究了不同影响因素下冰晶体力学性质及内部的微观结构变化，揭示了分子尺度上未冻水在冰晶体变形过程中的产生过程与变化规律，以及未冻水比例对冰晶体力学性质影响的内在机理。模拟结果显示，单晶冰力学性质与未冻水比例间的关系不显著，与冰晶体六元环结构的破损程度直接相关。此外，力学性质受温度、应变量、应变速率等多因素影响，且在拉伸和压缩过程中单晶冰均表现出明显脆性破坏，其强度随温度降低和应变速率加快而增强。相比之下，多晶冰力学性质与未冻水比例变化密切相关，且未冻水比例主要受温度、晶粒大小及其界面状态控制。而且，多晶冰对温度和应变速率更敏感，说明晶界处的结构变化对其力学性能起重要作用。与弹性变形不同，晶界滑移、晶粒旋转、非晶化和再结晶等过程主导多晶冰的塑性变形。