以中国青藏高原为代表的高寒高烈度地区，由冻融循环作用导致的材料性能劣化和气候变暖导致的多年冻土退化问题日益严峻，给桥梁桩基础抗震性能评估带来巨大挑战。为系统研究多年冻土退化以及材料冻融劣化对桥梁桩基础抗震性能的影响，确保其合理的抗震设计，该文建立考虑多年冻土退化和材料冻融劣化的桩-冻土相互作用有限元模型，对比分析了不同因素对多年冻土区桥梁桩基础抗震性能的影响机制。研究结果表明：随着桥梁服役时间的增加，桩-冻土体系的水平承载力、等效刚度和耗能能力均呈下降趋势；多年冻土退化与材料冻融劣化的叠加效应对桩基础抗震性能的影响更显著，具体表现为在桥梁服役100年时，桩-冻土体系的水平承载力降至初始值的55%左右，但仅考虑多年冻土退化时，其水平承载力降至初始值的89%左右。因此，如果忽略材料冻融劣化的影响，会导致桥梁桩基础抗震性能评估结果偏不安全。在多年冻土区桥梁桩基础的抗震性能分析中，除了考虑多年冻土退化的影响，还必须充分考虑材料冻融劣化的影响。

为了维护冻土路基稳定性，提出了采用充填有相变材料的砌块铺设相变结构层抵抗下覆冻土融化变形的方法，通过数值模拟研究了相变结构层保护下覆冻土的效果。结果表明：相变结构层削弱了外部环境向冻土层中的传热，提高了0℃等温线位置，减小了冻土路基中的正温融化核，从而提升了冻土路基稳定性。

为解决松嫩平原碳酸盐渍土对工程的不利影响，且削弱季节冻土区冻融循环对碳酸盐渍土带来的损伤，采用无机材料石灰和粉煤灰对碳酸盐渍土进行改良。研究了不同改良方案下碳酸盐渍土抗剪强度的变化及其抵抗冻融循环的能力；通过熵权-TOPSIS模型对各改良方案进行评价。结果表明：石灰和粉煤灰均会提升碳酸盐渍土的抗剪强度，但是石灰的改良效果远胜于粉煤灰，石灰会使得碳酸盐渍土的应力-应变曲线变成应变软化型；粉煤灰在提升碳酸盐渍土抵抗冻融损伤能力上表现得比较突出；而双掺石灰和粉煤灰明显兼顾了强度和抵抗冻融损伤能力这2个指标；在考虑力学性能、抗冻融能力以及经济等因素时，石灰和粉煤灰的掺量均为12%的方案最优。

路基冻胀是冻土区铁路建设与运营的主要基础病害之一，保温是路基冻害防控的一种常用措施。在总结路基保温材料使用性能要求的基础上，综述目前无机类与有机类保温材料、超高性能绝热材料、相变材料、泡沫轻质土及泡沫混凝土等5大类19种保温材料的常规性能及改性或实用化工艺的发展现状。总结了目前我国铁路路基既有的保温方案及适用场景，提出了新建铁路与运营铁路保温方面存在的问题以及发展方向。最后，结合近年新型保温材料的技术优势及发展趋势，提出复合强化层等6种新型铁路路基保温方案，以期为铁路路基保温技术的创新和发展提供参考。

为研究给排水管道外加保温材料、内通热媒管道措施对防止管道冻结和减小多年冻土影响的效果。文中通过采用两种不同的保温材料进行试验,分析得出聚氨酯保温材料比岩棉更加适用于热媒给排水管道保温,防止管道冻结和维持周围多年冻土的状态。通过建立给排水系统仿真模型分析得出采用管道保温措施的情况下,在土体冻结期内管道内温度为负值;当采用热媒时管道内流体温度可维持正温,不发生冻结。

以中国一带一路重点项目西藏羊大公路(羊八井至大竹卡公路)改建工程为依托,研究了高原冻土地区公路路基施工优化设计,提出了拟采用的4种公路路基回填材料方案,分别为原土基层、天然级配砂砾+水泥稳定砂砾基层、粉质黏土+气泡混凝土基层、人工级配砂砾+宕渣基层,面层均采用中粒式沥青。利用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立路基模型,对比,分析了经历冻融循环前后4种路基回填材料方案内力变化、结构变化。研究及施工结果表明:采用天然级配沙砾底基层+水泥稳定砂砾基层+中粒式沥青混凝土面层的2号施工方案在模拟监测点处的竖向应力值变化率最小为6.04%、水平应力值变化率最小为4.23%,冻融循环后变化率不大,竖向沉降和水平位移更快趋于稳定,分别为30.10 mm和35.16 mm。结合现场施工条件进行2号方案施工优化,降低材料冻融循环对路基稳定性的影响,减少了土体结构变形。而且,将建模理论计算值与工程监测值进行对比,分析验证了该方法的正确性。

季节性冻土的融冻循环过程会导致土壤电阻率和冻土层分界面随季节变化,冬季输电线路杆塔地网接地电阻可能上升,甚至超过标准限定值,影响线路的安全稳定运行。为了研究季节性冻土因素对杆塔地网接地电阻的影响,仿真研究了冻土层结构及冻土层厚度对其接地电阻的影响,并采用柔性石墨和圆钢接地材料同沟敷设的方案对实际输电线路杆塔地网进行了改造,对比分析了接地电阻的差异。研究结果表明:在不同冻土层结构和冻土层厚度情况下,柔性石墨地网相比于圆钢地网,其接地电阻最大降阻率分别达到了18. 76%和23. 65%。研究成果可为季节性冻土环境下输电线路杆塔接地降阻提供参考。

冻土是高原交通工程不可回避的问题,冻土研究不仅涉及土体结构,还涉及温度和含水量对土体的影响,目前,冻土问题理论研究进展比较缓慢,是岩土领域研究的热点和难点.根据材料集合状态理论的思想和方法,建立了冻土材料的宏-微观模型.在宏观上建立了以冻土材料结构强度、刚度、塑性应变及孔隙比、饱和度、温度为参量的冻土材料结构状态集合函数的控制方程;在微观上建立了以土颗粒、冰、水为结构要素而形成的微结构元集合.通过以冻土材料的强度、刚度和结构应变为宏观约束条件,找到所有可能的微结构状态及其分布,以此为基础,建立冻土材料宏观参量与材料微观特征参数之间的关系.在一定的简化条件下,得到了冻土材料的状态集合函数的解析表达式,并由此形成冻土材料的强度准则、流动法则和应力-应变关系.

基于加格达奇地区实测气温以及典型点月平均出站油温监测资料,利用二维有限元模型对典型冻土工程地质地段运行50 a有无保温材料埋地热油管道周围土体的冻融过程以及融化圈发展过程进行数值计算。研究表明:管道中心剖面,春季管道附近存在双向融化,冬季地表向下单向冻结,管底土体始终处于融化状态;原天然地层土体春季单向融化,冬季双向冻结;管道周围土体融化圈和融化深度随着时间的推移逐渐变大,管道运行50 a后,无保温材料管道管底融深高达6.9 m;土壤融化速率在第1年达到最大,随后迅速减小,10 a后基本不变;保温材料对管道周围土体冻融过程、冻融圈、冻融深度的发展有明显的抑制作用,尤其在管道运营初期抬升了下部土体温度。