为了研究季节性温度边界条件对冻土路基融化固结特性的影响，对三维非线性大变形融化固结理论进行修正，引入季节性温度边界条件，并采用摩尔库伦准则描述土体融化后进入塑性阶段的沉降变形，建立了能够考虑季节性温度边界条件影响的三维非线性塑性融化固结理论。在此基础上，采用FLAC3D软件对所建理论模型进行数值化，并以青藏公路某段高含冰量路基为例，分析了其在季节性温度边界条件下的融化固结规律，最后结合实测数据验证了所建理论模型的有效性。研究结果表明，冻土路基的沉降变形随着地表温度的季节性变化而呈现出周期性的变化规律，这是季节性温度边界条件下冻土路基融化固结规律的最显著特征。通过对固结过程中孔隙水压力分布的研究发现，路基浅层融化区域内的孔隙水在运营初期已经消散，而在之后长时间的运营过程中，冻土路基融沉的持续发展主要是由于融化锋面处新融化的孔隙水的消散。

以传热学为基础，结合川藏铁路沿线冻土区某桥梁工程实例，确定边界条件与模型计算热力学参数。通过有限元软件建立三维数值模型分析求解，绝热温升的数值模拟计算值与公式理论计算值相吻合，研究了低温环境下桩基浇筑完成后桩土温度场的演化规律，分析并探究了温度应力的成因及其控制措施，以改善桩基的工作性能。结果表明：在混凝土浇筑完成前期，受水泥水化热的影响，桩中心温度明显高于同一深度桩壁温度，桩内外温度差引起温度应力，即在桩表面出现拉应力、桩中心出现压应力；但地面以上桩基部分出现了拉应力大于混凝土允许抗拉强度的状况，为此在桩顶处设置5 d、1℃的保温措施，温度应力明显改善，有效防止了桩基冻裂发生。研究成果可为类似工程设计及施工提供借鉴。

为了实现冻土的应力-应变关系的准确预测，研究采用遗传算法（GA）、思维进化算法（MEA）和麻雀优化算法（SSA）对反向传播（BP）神经网络的初始权重和阈值进行优化。以温控三轴试验中冻土的温度、围压和轴向应变3个主要参数为输入，以其轴向应变所对应的偏应力为输出，建立了基于3种优化算法优化的BP神经网络预测模型。结果表明，MEA对于BP神经网络模型的优化性能最佳；MEA-BP均方根误差最小，预测值和实际值的拟合度（R2）接近于1,能够有效地对冻土的应力-应变关系进行预测。

我国西北地区被季节冻土全覆盖，且近年来该区域地震频发。为研究我国西北地区季节性冻土场地的地震反应特性，开展了季节性冻土场地振动台试验，并建立了不同冻结深度的三维实体有限差分模型，对比分析了不同地震激励作用下的季节性冻土场地的地震反应特征和土体的动剪应力—动剪应变规律。结果表明：在地震激励下，冻土层的存在虽然有效抑制了地震动能量，但冻结期场地的水平位移与非冻结期相比明显较大，且竖向位移呈显著的层状震陷特征；冻土场地的峰值放大系数呈先增大后减小然后再增大的规律，并且冻土层深度越大其峰值放大系数越小。此外，通过土体的动剪应力—动剪应变关系可以发现，冻土场地地震反应具有明显的非线性特征，且冻土层的存在对地震能量具有一定的削弱作用。

为了揭示多场耦合作用下多年冻土宽幅跑道温度应力的分布规律，首先，采用室内试验模拟了东北某地区冷季降温时多年冻土地温的变化过程，并与基于水热耦合理论建立的温度场模型进行对比；其次，依据东北地区多年冻土地质条件，并结合跑道结构力学参数随温度变化规律建立跑道水热力耦合的地基二维有限元模型；最后，分别计算了30年内1月、4月、7月和10月跑道道面结构和地基整体温度应力的分布规律。结果表明，基于水热耦合的有限元模拟计算冻土温度场的方法是有效的；跑道中间的水平温度应力影响深度约为5 m，一年中1月和7月温度应力变化较为显著，冻土地基大范围内以温度压应力为主，且逐年增大；道面结构层内的最大温度拉应力在1月出现在跑道中心面层，约占面层材料劈裂强度的30%，在7月出现在跑道基层，约占基层材料劈裂强度的28%，因而多年冻土区跑道地基温度应力在夏季和冬季需要引起重视。上述成果可为在多年冻土环境开展机场跑道设计提供参考。

人工冻土应力-应变曲线形态通常呈现软化型，传统的指数模型、双曲线模型不能描述软化型曲线，而复合幂-指数非线性模型(CPE模型)可以更好地反映人工冻土的单轴抗压强度的软化力学特性。以山东某矿区黏土为例，在-10℃、-15℃、-20℃3种温度下进行冻结黏土单轴压缩试验，得到其软化型应力-应变曲线，通过分析温度对曲线软化规律的影响，建立人工冻土CPE模型，并通过拟合的方法求得参数最优解，发现各模型参数与温度呈线性关系，根据温度对模型各个参数的影响规律，得到了考虑温度影响的应变软化型应力-应变曲线CPE模型。将建立的人工冻土CPE模型的计算结果与试验结果进行比较，结果表明：计算结果与试验结果吻合度较高，能准确地预测单轴压缩软化型应力-应变曲线的变化趋势。建立的人工冻土CPE模型参数较少，参数容易求解且具有明确物理意义，便于工程应用。

寒区多年冻土斜坡内部存在的下卧冰层对多年冻土斜坡稳定有着重要影响。为探究冰-冻土界面力学特性对斜坡稳定的影响，该研究以冰-冻土界面为研究对象，在低温环境（-3℃）下开展了不同冻土初始孔隙比和含水率下的冰-冻土界面及对应的冰-土颗粒界面直接剪切试验，建立了考虑冰晶胶结特性的冰-冻土界面非线性弹性损伤模型，结合试验结果对模型进行了验证，并分析了界面在剪切过程中切线刚度的变化规律。结果表明：冰-土颗粒界面的剪切应力表现为应变硬化特性，而冰-冻土界面的剪应力在峰值强度之后迅速下降，表现为应变软化特性。冰-冻土界面结构系数峰值点对应的剪切位移随着含水率的增大而增大，当冻土初始孔隙比为1.0、0.8和0.6，冻土初始含水率从14%增大至18%时剪切位移分别增大了32.7%、41.3%和52.1%。在-3℃下，冻土的初始含水率越大，则界面处的胶结冰越多，黏聚强度对界面的抗剪强度贡献也就越大。当结构系数达峰值点后，界面开始产生损伤，并随着剪切位移的增加进入加速损伤阶段。剪切过程中界面的切线刚度呈先增大后减小的趋势，在结构系数峰值点处为0，之后切线刚度随着剪切位移的增加逐渐减小。此外，界面的峰值切线刚度...

为了更合理地评价新型热锚管框架冻土边坡体系在地震和冻融双重作用下的稳定性，首先推导了基于融土层弹性放大效应的加速度表达式；其次根据热量收支平衡原理给出热锚管作用下冻土边坡滑移面的位置；然后提出了基于热锚管锚固力应力扩散效应的双层介质附加应力等效模型；最后给出该冻土边坡体系稳定性的计算方法，并结合工程算例，将该方法与传统拟动力法、拟静力法对比分析，证明了改进拟动力法能够刻画热锚管框架冻土边坡体系的稳定性.结果表明，热锚管支护技术与热棒、锚杆技术相比，其防治冻土边坡的效果更好，且热锚管的锚固力越大，换热能力越强，冻土边坡体系的稳定性越好；由于波动效应的存在，抗震设计时须充分校核不同地震波振动频率的影响，尤其是与融化层自振频率相近的情况；采用该方法得到的沿坡高放大系数为非线性的，而采用传统拟动力法其结果是线性的，导致安全系数被高估，但采用改进传统拟动力法的放大系数后，也能取得与改进拟动力法相近的结果.该研究可为热锚管框架支护冻土边坡的抗震设计提供理论依据和新思路.

人工冻土可看成是理想固体和理想流体以某种比例进行的勾兑，其力学特性既不符合胡克定律，也不遵守牛顿黏性定律，而是遵守介于它们之间的某种关系，分数阶导数能够很好地描述这种勾兑效应。对合肥膨胀土在不同冻结温度下进行单轴压缩试验，得到冻结温度对应力-应变的影响规律。将分数阶导数引入指数模型，将它改进为人工冻土单轴压缩下应力-应变分数阶指数模型。通过对建立的模型两边取自然对数，得到不同温度下应力-应变线性方程组，求解建立方程组确定出分数阶导数模型参数。为进一步验证所建立模型的适用性，引用一组南京冻结粉质黏土三轴剪切试验，在分数阶系数中考虑围压的影响，将它改进为能考虑围压影响的应力-应变分数阶指数模型。将改进的人工冻土应力-应变分数阶指数模型的计算结果与试验结果进行比较，结果表明：计算结果与试验结果吻合度较高，能准确地预测单轴压缩、三轴压缩剪切应力-应变曲线的变化趋势。改进后的分数阶导数模型参数较少且有明确的物理意义，便于工程应用。当前的模型仅仅适用于应变硬化型，为了能进一步描述应变软化型的力学特性，下一步将在模型中考虑损伤进而建立应变软化型分数阶指数模型。同时，如何在模型中反映冻土的结构性与各向...

高原冻土区铺设的油气管线易受冻胀融沉影响而发生管道变形和失效。采用基于声弹性理论的超声波应力测试方法，对某输气管道褶皱缺陷和变形处进行了轴向应力测试。结果表明：超声波应力检测技术是针对变形管线在线应力测量的一种有效手段，可为变形管道的维修维护提供数据参考。建议对类似冻土区域的管线开展应力应变监测和防控治理。此外，进一步开展管线屈曲变形的临界应力值研究对后期预防管道发生屈曲变形有重要意义。