冻胀是影响冻土力学性质变化的主要因素，将导致冻土在受剪过程中产生更为显著的应变软化和剪胀特征。为了准确描述冻土的力学特征，引入相变状态概念对冻土的剪胀性进行描述，解决了仅采用临界状态理论难以统一软化和剪胀特征点非同步关系的问题，进一步结合分数阶塑性力学理论对冻土应力–应变的非关联塑性流动规律进行描述，避免了塑性势面的额外构建，并通过引入考虑温度影响的屈服函数描述冻土在不同温度下的力学响应。基于考虑相变的硬化法则和考虑温度影响的屈服条件，提出一种改进的弹塑性本构模型，并用于评价冻结砂土的力学特性，所建立模型将温度效应、相变状态、临界状态以及非关联塑性流动统一在弹塑性力学理论框架中，所有模型参数物理意义明确。最后，通过模拟冻结砂土的应力–应变行为，并与试验数据进行对比验证，结果表明本构模型能够有效捕捉不同温度和围压下冻结砂土的相变特征和应变软化规律。
冻胀是影响冻土力学性质变化的主要因素，将导致冻土在受剪过程中产生更为显著的应变软化和剪胀特征。为了准确描述冻土的力学特征，引入相变状态概念对冻土的剪胀性进行描述，解决了仅采用临界状态理论难以统一软化和剪胀特征点非同步关系的问题，进一步结合分数阶塑性力学理论对冻土应力–应变的非关联塑性流动规律进行描述，避免了塑性势面的额外构建，并通过引入考虑温度影响的屈服函数描述冻土在不同温度下的力学响应。基于考虑相变的硬化法则和考虑温度影响的屈服条件，提出一种改进的弹塑性本构模型，并用于评价冻结砂土的力学特性，所建立模型将温度效应、相变状态、临界状态以及非关联塑性流动统一在弹塑性力学理论框架中，所有模型参数物理意义明确。最后，通过模拟冻结砂土的应力–应变行为，并与试验数据进行对比验证，结果表明本构模型能够有效捕捉不同温度和围压下冻结砂土的相变特征和应变软化规律。
近年来，冻结多孔介质在地球物理勘探领域引起广泛关注，以往冻土介质中波的传播特性研究多集中在1种或2种介质分界面处，为更直观地反映SH波在冻土层中的传播规律，基于冻结饱和多孔介质的波动理论，建立平面SH波入射下基岩上覆饱和冻土层的自由场地模型。结合Helmholtz矢量分解定理，通过建立动力刚度矩阵，获得饱和冻土中SH波传播速度的解析表达式。分析入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、温度以及接触参数对SH波传播速度的影响规律。研究结果表明：SH波的传播速度随胶结参数和接触参数的增大而显著增大；整体上随孔隙率和温度的增大逐渐增大；SH波的入射角度对其传播速度影响显著，随入射角度的增大，传播速度呈非线性变化；不同入射角度随各参数变化下均有对应的速度峰值频率，动力响应变化加剧多集中在高频段。
近年来，冻结多孔介质在地球物理勘探领域引起广泛关注，以往冻土介质中波的传播特性研究多集中在1种或2种介质分界面处，为更直观地反映SH波在冻土层中的传播规律，基于冻结饱和多孔介质的波动理论，建立平面SH波入射下基岩上覆饱和冻土层的自由场地模型。结合Helmholtz矢量分解定理，通过建立动力刚度矩阵，获得饱和冻土中SH波传播速度的解析表达式。分析入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、温度以及接触参数对SH波传播速度的影响规律。研究结果表明：SH波的传播速度随胶结参数和接触参数的增大而显著增大；整体上随孔隙率和温度的增大逐渐增大；SH波的入射角度对其传播速度影响显著，随入射角度的增大，传播速度呈非线性变化；不同入射角度随各参数变化下均有对应的速度峰值频率，动力响应变化加剧多集中在高频段。
在拱北隧道施工中首次采用的管幕冻结法暴露了设计阶段未能预见的施工期长期稳定性问题，涉及管幕冻土复合结构中冻土与结构接触面的剪切蠕变特性。目前尚缺乏针对冻土与结构接触面的蠕变模型来准确描述接触面的剪切蠕变特性。基于分数阶导数推导建立能够同时描述冻土与结构接触面在衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段力学行为的理论模型，该模型将Maxwell模型中的黏弹性部分替换为Abel黏壶元件，并融合一个由剪应力控制的蠕变加速元件；通过自主改装仪器，得到冻土与钢材接触面剪切蠕变试验结果；基于Python语言开发含分数阶的多参数同步最小二乘拟合程序，拟合对比各因素条件下冻土与结构接触面剪切蠕变试验曲线；最后，分析模型中应力控制加速元件参数敏感性，揭示加速指数N和分数阶阶数λ对加速蠕变阶段的影响规律。研究结果表明：(1)分数阶Maxwell加速模型中分数阶导数明显改善蠕变曲线的非线性渐进过程，而剪应力控制加速元件准确地模拟加速蠕变阶段；(2)与传统模型相比，在不同试验条件下分数阶Maxwell加速模型均展现了更高的适用性和精准性；(3)蠕变模型中加速指数N越大，其加速效果越明显，速率也越快；随着分数阶阶数λ...
在拱北隧道施工中首次采用的管幕冻结法暴露了设计阶段未能预见的施工期长期稳定性问题，涉及管幕冻土复合结构中冻土与结构接触面的剪切蠕变特性。目前尚缺乏针对冻土与结构接触面的蠕变模型来准确描述接触面的剪切蠕变特性。基于分数阶导数推导建立能够同时描述冻土与结构接触面在衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段力学行为的理论模型，该模型将Maxwell模型中的黏弹性部分替换为Abel黏壶元件，并融合一个由剪应力控制的蠕变加速元件；通过自主改装仪器，得到冻土与钢材接触面剪切蠕变试验结果；基于Python语言开发含分数阶的多参数同步最小二乘拟合程序，拟合对比各因素条件下冻土与结构接触面剪切蠕变试验曲线；最后，分析模型中应力控制加速元件参数敏感性，揭示加速指数N和分数阶阶数λ对加速蠕变阶段的影响规律。研究结果表明：(1)分数阶Maxwell加速模型中分数阶导数明显改善蠕变曲线的非线性渐进过程，而剪应力控制加速元件准确地模拟加速蠕变阶段；(2)与传统模型相比，在不同试验条件下分数阶Maxwell加速模型均展现了更高的适用性和精准性；(3)蠕变模型中加速指数N越大，其加速效果越明显，速率也越快；随着分数阶阶数λ...
高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论，考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响，以整体变形εv-lnp曲线描述试样变形特征，采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量，建立了一个高温冻土双屈服面统一本构模型。结合弹塑性理论推导获得了应力应变关系的增量形式，给出了模型参数的含义与简便确定方法，定义了反映高温冻土当前状态的固结参数及潜在强度，剖析了其与硬化参量之间的相互依赖、相互制约动态循环关系，分析了整个应力路径中的模型状态演化过程，利用试验数据对构建的本构模型进行了验证，结果表明提出的本构模型能够很好地预测高温冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。
高温冻土本构模型是准确计算冻土体应力与变形的关键。基于修正剑桥模型及双屈服面理论，考虑高温冻土黏聚力及内摩擦角的影响，以整体变形εv-lnp曲线描述试样变形特征，采用应力路径相关因子修正当前屈服面及参考屈服面硬化参量，建立了一个高温冻土双屈服面统一本构模型。结合弹塑性理论推导获得了应力应变关系的增量形式，给出了模型参数的含义与简便确定方法，定义了反映高温冻土当前状态的固结参数及潜在强度，剖析了其与硬化参量之间的相互依赖、相互制约动态循环关系，分析了整个应力路径中的模型状态演化过程，利用试验数据对构建的本构模型进行了验证，结果表明提出的本构模型能够很好地预测高温冻土在常规三轴应力路径下的应力应变行为。
针对冻结法施工中的平面应变问题，利用改进的安徽理工大学冻土真三轴仪进行平面应变试验，分析冻结粉质黏土在不同小主应力和负温条件下的强度和变形特性，建立基于Weibull分布和Drucker-Prager强度准则的冻结粉质黏土损伤本构模型。理论和试验结果表明：同一温度下，不同小主应力下的应力–应变曲线呈现不同程度的硬化特征。破坏强度随小主应力的增加表现出先增后减的规律，随温度的降低呈线性增长的趋势。建立的非线性莫尔–库仑强度准则可以近似描述冻结粉质黏土的强度随小主应力增大而呈现出的非线性变化特征。不同试验条件下小主应力方向的应变均为膨胀变形，体应变均呈现剪缩的特性。随着小主应力的增大，试样的变形模量呈现先增后减的趋势；当小主应力相同时，其值随温度的降低而增大。当温度相同时，破坏时的中主应力随小主应力的增大同样表现出先增后减的趋势。建立的损伤本构模型可以较好地反映复杂应力路径下小主应力和温度对冻结粉质黏土强度和变形特性的影响。
针对冻结法施工中的平面应变问题，利用改进的安徽理工大学冻土真三轴仪进行平面应变试验，分析冻结粉质黏土在不同小主应力和负温条件下的强度和变形特性，建立基于Weibull分布和Drucker-Prager强度准则的冻结粉质黏土损伤本构模型。理论和试验结果表明：同一温度下，不同小主应力下的应力–应变曲线呈现不同程度的硬化特征。破坏强度随小主应力的增加表现出先增后减的规律，随温度的降低呈线性增长的趋势。建立的非线性莫尔–库仑强度准则可以近似描述冻结粉质黏土的强度随小主应力增大而呈现出的非线性变化特征。不同试验条件下小主应力方向的应变均为膨胀变形，体应变均呈现剪缩的特性。随着小主应力的增大，试样的变形模量呈现先增后减的趋势；当小主应力相同时，其值随温度的降低而增大。当温度相同时，破坏时的中主应力随小主应力的增大同样表现出先增后减的趋势。建立的损伤本构模型可以较好地反映复杂应力路径下小主应力和温度对冻结粉质黏土强度和变形特性的影响。