为了厘清盾构机在液氮冻结加固条件下进行刀具更换时的温度场演化特征，采用数值计算对液氮冻结加固全过程进行分析。计算结果表明换刀期间盾构机内部对流换热增强，使得冻结壁与盾构机壳之间接触区域会发生明显退化，在换刀开始后36小时，接触区域搭接长度下降至最大值的34%～40%。同时冻结壁的受力状态发生改变，工程风险性将会明显增高。针对这一问题，提出了盾构机内部整个操作空间进行保温的处置措施。分析显示采用保温处理措施后冻结壁不会退化且进一步发育，冻结第15天时冻结壁搭接长度相较盾构换刀前增长34%。相关研究成果对类似工程研究具有指导作用。

在季节性冻土区，气候因素引起的土体季节性冻融对桩基础的水平承载影响显著，在地震等水平荷载作用下桩基础极易发生断桩等脆性破坏。为消除或减弱季节性冻融对桩基的影响，文中采用抗冻融且高阻尼的橡胶-砂胶结材料置换桩周表层土体，改善桩基的水平承载特性；结合美国阿拉斯加地区某实际工程桩，对季节性冻土区进行温度场模拟，建立桩-土相互作用有限元模型，对比分析置换前后桩基础的受力与变形，并对置换范围进行优化，得到最佳置换宽度和置换深度分别为1.0d、6.0d(d为桩基直径)。

为研究埋地二氧化碳管道周围土壤温度场的分布规律，基于齐鲁石化-胜利油田百万吨级CCUS示范项目二氧化碳输送管道，建立管道周围土壤温度场数值模型，采用Fluent软件对二氧化碳三种输送相态（低压液相、高压液相、超临界）下的典型工况土壤温度场进行计算。在低压液相输送的基础上分析管道周围土壤冻结范围的季节变化规律及不同埋深、不同运行温度对管道周围土壤冻结范围的影响，研究结果表明：随着埋深增大，管道周围多年冻土范围增大，季节性冻土范围受影响较小；而随着起点温度的升高，管道周围多年冻土和季节性冻土范围都减小，当温度升高至0℃时将不再形成冻土。在高压液相输送和超临界输送的基础上，以小麦为例分析管道运行温度变化对地表植被的影响，研究结果表明：为使土壤温度能满足沿线农作物生长需求，二氧化碳高压液相输送时，其管输介质温度不宜低于5℃，超临界输送时不宜高于50℃。

结合台北市地铁某联络通道冻结工程，运用COMSOL有限元软件建立三维数值瞬变模型，针对该工程冻土帷幕和温度场的发展规律展开深入的研究，并对温度场的变化过程进行动态模拟。仿真模拟结果表明，当冻结管呈放射状排列时，冻结管的密度对冻结效果的影响非常显著，冻结管越密集的地方其冻结效果越出色；冻结壁的交圈时间成为冻胀变形迅速增加的决定性时刻，在设计冻结方案下，冻结壁交圈时间是第15天左右；通过模拟冻土帷幕的发育过程，整个冻土帷幕发展最薄弱的区域是逃生井右侧的冻结区域，建议增加冻结管的数量来加强该区域的冻结效果；3条路径测温点（DJ-1、DJ-2、DJ-3，路径DJ-1位于冻结区域之外，路径DJ-2位于冻结管附近，DJ-3位于冻结帷幕区域内部）的降温曲线表明，离冻结管距离越远冻结效果越差，温度下降速度越慢。整个冻土帷幕的平均厚度和平均温度满足冻结设计要求，验证采用联络通道冻结法是合理的。

针对寒区铁路路基冻胀整治难题，以我国一寒区铁路路桥过渡段冻害整治工点为依托，介绍了一种可在运营条件下实施的路基微型盾构置换方法。基于数值计算软件建立了环境-路基-盾构置换层-地基的多层结构水热力耦合模型，采用数值计算方法分析路基内部水分场、温度场、冻胀变形场的影响机理及演化规律，验证了盾构置换层所起冷屏障层、水分阻滞层、零冻胀填料夹层等预期效应。综合现场测试和计算结果分析，论证了微型盾构置换方法用于路基冻害整治的有效性与实用性。

公路盾构隧道联络通道建设面临较大的不确定性和风险，通常采用人工地层冻结法进行施工。以孟加拉吉大港卡纳普里河底盾构隧道联络通道为研究对象，分析联络通道施工过程中冻土帷幕和结构衬砌受力情况，研究采用双圈管冻结施工过程中冻土帷幕发展规律。针对施工期和运营期衬砌受力的最不利工况进行验算，分析积极冻结和维护冻结阶段温度场的变化，并研究部分不确定参数的敏感性。分析结果表明，该联络通道设计施工方案合理可行。

寒区铁路隧道冻害问题不仅威胁到隧道结构的稳定,同时给铁路安全运营带来巨大的安全隐患,其一直是寒区隧道工程的难点和研究热点,工程界迫切需要可靠、高效的防寒抗冻工程技术措施。首先,调研了我国寒区铁路隧道的建设及运营情况,总结分析了常见的隧道冻害现象,包括衬砌开裂掉块、拱顶挂冰、道床积冰、排水系统冻结等。然后,针对当前寒区隧道缺乏隧道温度场时空分布预测方法、隧道冻害机制和演化规律不清晰、防寒抗冻设计方法与治理技术不成熟这3个技术难点,对已取得的研究成果进行总结和讨论,相关成果如下:1)研发了寒区隧道室内试验系统,结合大量的温度场相关实测数据,探明了温度场时空分布规律,建立了温度场预测方法; 2)研发了渗流试验设备,揭示了冻害产生的链发式机制,查明了排水系统冻结规律与冻融响应机制;3)建立了寒区铁路隧道抗冻防寒设计标准,形成了隧道冻害综合防控体系。最后,展望了我国寒区铁路隧道防寒抗冻研究在防寒保温材料、主动保温系统、温度场规律预测等方面进一步深化研究的方向。

为深入了解水泥改良粉质黏土的冻胀融沉特性，以福州地区四号线地铁所穿典型土层粉质黏土为例，分析了水泥浆掺量、养护龄期、冻结温度和水灰比4个因素对水泥改良粉质黏土的影响，获得单因素作用下改良土的冻胀融沉规律，确定了改良土的最佳水泥浆掺量为20%,最佳水灰比为0.8,并通过温度监测得出冻胀融沉试验过程中温度场的发展规律。通过SPSS Statistics建立多元线性回归方程，预测水泥改良粉质黏土在多因素综合作用下的冻胀率，分析得出对冻胀率影响程度大小为水泥浆渗入量>养护龄期>冷端温度>水灰比。

温度场是人工冻结理论的重要研究方向，也是评估冻结壁力学状态和封水性能的基础。对于周圈封闭布管形式的温度场，目前仅有规则环形条件下的解析解，包括单圈布置和双圈布置。但实际冻结工程中冻结管矩形布置也十分常见，特别是地铁车站冻结暗挖工程，其温度场尚无解答。根据冻结管矩形和环形布置的几何一致性，基于4根冻结管模型首先提出了矩形布管问题的“以圆代方”求解方法。进而结合稳态导热控制方程的边界可分离特性和势函数叠加原理，求解了8根管矩形布置和多根管广义矩形布置的温度场解析解。通过对比瞬态数值计算结果和模型试验结果，验证了解析求解方法的正确性和解析解的适用性。结果表明，矩形布管的温度场等值线在靠近冻结管圈径处显示出高度的矩形分布特征，随着计算点远离冻结圈，等温线逐渐向圆形转化。矩形冻结壁内侧发展速度大于外侧，内外0℃线内温度场受矩形布管影响显著，在冻结设计时应合理考虑冻结管布置形状对冻结壁几何特征的影响。

为了研究新疆阿勒泰地区的附面层参数，基于第二类和第三类混合边界条件，综合考虑太阳辐射、路面辐射、对流换热和蒸发耗热等因素的影响，运用数值模拟软件建立该地区季节冻土路基温度场模型，研究了新疆阿勒泰地区季节冻土路基温度场附面层参数及温度函数。研究结果表明：新疆阿勒泰地区天然地面的附面层厚度为0.4m,附面层底温度初始值为9.61℃,振幅为14.56℃;沥青面层附面层厚度为0.45m,附面层底温度初始值为10.85℃,振幅为16.43℃;混凝土面层附面层厚度为0.45m,附面层底温度初始值为9.46℃,振幅为16.39℃。