在既定负温下冻土中未冻水和固相冰的动态关系与其初始含水率密切相关，冻土中未冻水含量的改变直接影响了其微观结构的变化，加强不同初始含水率下冻土的未冻水含量与微观结构的定量关系研究对于揭示冻土特殊的物理力学性质具有重要的意义。本文利用新型冷冻扫描电镜对既定负温不同初始含水率（11.8%、23.1%、32.2%、42.2%、54.1%、64.2%、74.8%）下的冻结黏土进行微观结构测试，揭示了不同初始含水率下冻土微观结构的演化特征。同时，利用核磁共振技术测试不同初始含水率和不同温度下冻土的未冻水含量变化过程，探讨了既定负温下初始含水率对冻土未冻水含量与其微结构之间的定量关系。研究结果表明：冻结黏土含水率在液限范围内，随着初始含水率的增加，孔隙结构由集合物间孔隙向粒间孔隙发育，含水率超过液限后，随着初始含水率增加，超集合物间孔隙开始发育，并且在同一负温条件下，随着初始含水率的增加，孔隙分形维数和孔隙面积随之增大；对于高温冻土，随着初始含水率的增加，孔隙分形维数随未冻水含量的增加而增加，对于低温冻土，孔隙分形维数随未冻水含量的减少而增加；最后，建立了不同试验条件下冻土微观结构与其未冻水含量的经...

为预测非饱和冻土的导热性能，基于土体微观结构，提出了非饱和冻土特征结构识别算法和多元素生成算法，并将该算法与传统有限单元法组合，建立非饱和冻土导热系数蒙特卡洛预测模型。通过土体SEM电镜图像，采用逆向四参数增长识别法识别土体中各组分含量、大小以及各方向分布概率；改进传统的四参数随机增长法，提出了考虑土、水、冰和气的多元素生成算法；基于生成的非饱和冻土模型，通过蒙特卡洛方法获得非饱和冻土导热系数，并与规范中冻土导热系数进行对比，验证了蒙特卡洛法预测模型的合理性（平均误差饱和度>孔隙率>土颗粒大小>结冰率。各影响因素对非饱和冻土导热系数影响可以归纳为对热通量形成“热链”密度、宽度、连通性、热流承载力以及对“热桥”通量的影响。

湿土冻结过程中,生长发育于冰透镜体与冻结锋面之间特殊的区间带称为冻结缘带。冻结缘作为温度场、水分场和应力场三场耦合作用的结果,是冰分凝的水源补给站,冰水相变发生的剧烈区域以及水分迁移的必经之路,具有重要的研究意义,也是深入认识冻胀机理的基础。通过系统地阐述冻结缘的形成过程、相关理论与试验、微结构特征、参数特征及冻结缘的模型构建等5个方面的研究进展及成果,结合各个方向的发展趋势提出了冻结缘研究的重点,即对冻结缘的研究应回归到试验研究,利用新型测试技术深入对冻结缘微结构的观测,结合物理参数及结构性参数变化构建耦合的冻结缘模型,从而揭示其热力学机理,为冻胀机制分析、冻土精确预报提供理论支撑。

讨论了冻土试样的制作过程。采用计算机层析扫描技术(CT)对未饱水和饱水冻土试样单轴压缩过程进行了动态测试,给出了冻土单轴压缩各承载阶段内部微结构变化特征,基于CT测试对加载过程进行了分析,讨论了饱水冻土和未饱水冻土试样的破坏形式,并对空隙损伤阶段损伤进行了计算。

利用扫描电子显微镜研究不同温度和压力条件下正冻、正融和已冻土微结构的形成及发育过程，揭示冻结过程中土颗粒位移、团聚和分异，未冻水膜形态和冷生组构的形成机理，及不同受力状态下冻土颗粒位错、破碎、微裂隙发育和破坏机理