采用随机介质理论和模型试验方法，基于现场测试数据和文献发表数据，分析了人工冻土冻胀引发地面变形规律和冻胀影响范围。结果表明：(1)随机介质理论计算结果表明人工冻土冻胀引发地面变形曲线是一条高斯型二重积分曲线；(2)物理模型试验得出地面抬升曲线规律与高斯分布拟合度较高，试验地面抬升曲线的高斯分布拟合系数为0.977 47,工程实测数据的高斯分布拟合系数为0.949 32～0.995 53,对文献数据拟合得出拟合系数位于0.954 41～0.983 44;(3)冻结引发地面变形范围为8～10倍冻胀丘宽度。冻结壁为对称结构或拟对称结构时，冻胀引发地面变形曲线可以采用高斯分布进行拟合。该结论可以为人工冻土冻胀引发上部地面变形量计算及影响范围提供设计参考。

针对多年冻土区广泛面临的冻土退化和路基融沉问题，基于制冷技术提出一种新的多年冻土保护方法。首先，从传热学角度分析多年冻土退化原因和现有冻土保护措施的局限性。然后，结合中国多年冻土区新能源分布条件，分析各类制冷方法面向路基工程的适用性。基于压缩式制冷原理，设计制作一款路基专用制冷装置，通过模型试验和数值计算研究其制冷性能和多年冻土地基降温效果。结果表明：太阳能光伏压缩式制冷方法在多年冻土区具有良好的技术性和资源性条件。装置制冷温度可达-20℃以下，可以有效保护多年冻土，土体降温幅度随着与装置距离的增大而减小。装置制冷系数(COP)随运行时间呈逐渐减小的规律，试验期间平均COP为0.41。面向单线铁路路基快速降温抢险时，建议装置布置间距取2.0～4.0 m,制冷容量宜设计为0.1～0.2 kW。

为了确定青藏高原多年冻土地区新建道路设计时工程热影响的范围,以青藏公路为例,应用有限元与无限元耦合的数值计算方法,以土体温差ΔT为评价指标,分析了公路路基热影响的范围及变化规律。研究结果表明:温差ΔT在横向上表现出随横向距离增加而呈抛物线衰减的规律;在垂向深度上以冻土天然上限深度和人为上限深度为界,划分为天然冻土活动层、公路路基影响层以及下伏多年冻土层等3个主要区域;在天然冻土上限深度以上,温差ΔT随深度增加呈对数减小趋势,在天然冻土上限深度与人为上限深度之间,ΔT随深度增加而呈三次方增加,在冻土人为上限趋势深度以下,ΔT随深度增加而呈对数减小趋势。

在大气-地面-冻土之间存在复杂的水热变化过程,降水是青藏高原地区主要的水分补给来源,在浅层形成水热变化的不连续层。通过对北麓河地区降水和工程路面(沥青路面、砂砾路面)、天然地面(高寒草原、高寒草甸)浅层(0～80cm)温度数据的原位监测,分析在不同降水量和不同时段浅层的温度变化,结果表明:北麓河地区年降水量逐年增加,增加速率为22.9mm·a-1。降雨主要集中在5～9月。白天地温对降水的响应比夜间强烈。工程路面夜间的温度变化大于天然地面。在相同降水条件下,10:00～15:30时段的温度变化量大于16:00～18:00时段。随着降雨量的增加,温度下降幅度增大。砂砾、高寒草原、高寒草甸地面地温对降水的响应深度范围为0～30cm。受路面结构中隔水层的影响,沥青路面为0～20cm,且5cm深度温度的变化幅度大于地表。为进一步研究不同地面类型不同水热传输模式层结的划分提供数据基础。

研究目的:热棒作为一种主动保护多年冻土的措施,已在青藏铁路多年冻土区路基工程中得到广泛应用。但是,由于缺乏现场测试资料,多年冻土区热棒路基的设计计算始终是一个难题。研究方法:根据青藏铁路多年冻土区清水河试验段热棒路基的现场观测资料,计算了2002—2003年寒季热棒的有效传热影响范围、最大传热影响范围和热棒的产冷量以及传热影响范围内热棒蒸发段土体温度的降低值,并根据计算结果提出了热棒设计所应采用的纵向间距。研究结果:(1)清水河试验段天然地面热棒的有效传热影响范围为1.50 m,最大传热影响范围为2.16 m;(2)寒季热棒工作期间的总产冷量为1 149 MJ;(3)寒季最大传热影响范围内热棒蒸发段对应土体温度的平均降低值为0.95℃。研究结论:为保证热棒传热影响范围内土体温度有较大的降低值,工程设计时热棒的纵向间距以3.0 m为宜。