为深入了解高原冻融区填石通风路基热量传递规律及沉降变形特征，依托新疆喀喇昆仑山区G219线冻融区新建公路工程，通过现场布设温度传感器和沉降监测点，对填石通风路基的温度变化和沉降变形进行实时监测。监测数据分析表明，填石通风路基对道路内部热量传入起到阻碍作用，并且随填土高度增加，通风路基底部出现明显的温度滞后现象，降低路基的整体沉降变形，减缓阴阳坡效应。

利用近10 a G6京藏高速沿线自动气象站与交通气象站逐时观测资料，分析G6呼和浩特—卓资县—集宁区段(简称G6呼集段)道路结冰的时空特征及影响因子的变化规律。结果表明：10—次年4月为G6呼集段道路结冰易发期，通过分析“冰点”温度变化，G6呼集段呼和浩特至集宁方向路面温度(简称路温)和气温呈先陡降再缓升的U型特征，卓资段为U型底部，呼市至卓资、集宁段结冰日数呈现“少、多、少”分布，卓资段最先达到结冰气象条件。降雪、积雪是引发该路段道路结冰的主要诱因，年均40次，占比89%,降雪结冰主要发生于11至次年3月，傍晚至凌晨为结冰高发时段，结冰过程持续5～30 h;积雪结冰的特点是时间短，冰面浅薄。降水和高湿引起的道路结冰年均不到5 d,占比11%,主要发生于秋冬、冬春交替夜晚。日最低气温主要集中于06—07时，白天路温高于气温，两者变化趋势一致，其温差从日出至日落呈先增后减，夜晚气温略高于路温，温差稳定。通过路温和气温的变化关系总结出不同区段、时期的温差公式，利用高分辨率气温数据实现路温精准监测，达到及时预警的目的。

针对路基的季节冻土冻胀与多年冻土热融变形病害问题，研发基于多源热泵原理的主动温度控制技术。硬件方面，设计面向交通结构场景的异型热泵系统，构建热泵机组的热能转化、运行状态监测、过载过热保护、机电一体控制等各项功能的组件模块，提出传热强化的换热器类型及多源驱动方案。软件方面，构建路基热负荷预测模型、多源储量评估模型、热泵系统稳态热力计算模型、离网式光储供电系统设计模型、热泵系统动态运行控制模型。该技术应用于准池铁路、沈白高速铁路、河北省秦唐高速公路、青海省道S224公路等多条铁路、公路，路基温度控制效果良好。

冻土作为冰冻圈重要的组成部分，其存在分布及水热状态受到多种因素的影响。除了纬度、海拔等，局地因素如植被类型、积雪、土壤水分等也在很大程度上影响冻土的变化。特别是位于欧亚大陆多年冻土南缘的兴安-贝加尔型多年冻土，其发育、保存和分布等状态特征与局地因素密不可分。本文结合40多个钻孔资料和现有研究成果，分析得出目前大兴安岭多年冻土温度和厚度总体上受纬度影响，由南往北随年平均气温降低，冻土温度由0℃降到-2.83℃，但局地因素的影响可使地温最低达-3.6℃；厚度范围为29～130 m，其中地温低、厚度大的多年冻土主要发育在谷底的塔头灌丛湿地区域。满归、根河、伊图里河、新林等地的监测数据表明，自2009年开始，大部分钻孔温度显示该区活动层减薄，浅层多年冻土地温降低，融区最大冻结深度加深，而深层多年冻土却呈升温趋势，零地温变化率位置则各不相同，推测这种情况与全球变暖间隙以及植被、积雪和人类活动等局地因素有关。本研究对理解高纬度多年冻土区的地温变化过程以及这些变化的驱动因素具有重要的科学价值，也会对区域经济可持续发展及应对冻土退化带来的问题起到积极作用。

正冻土冻胀是寒区工程产生冻害的关键因素，其冻胀过程是水热力相互耦合的动态作用结果，在开放系统中，温度、温度梯度、含水率、水分补给强度等都是影响正冻土冻胀变形的重要因素。冻土冻胀是水分迁移产生的竖直方向分凝冻胀和原位冻胀的共同作用，其冻胀力学特性属于各向异性。本研究参考规范内土体含冰量随冻结的变化过程，考虑泊松比、地下水位深度、降温速率等因素，得到正冻土的在冻结过程中水平与竖直方向的冻胀系数的计算方法，通过对比粉土和粉质黏土的冻胀系数，与试验结果吻合较好。案例中粉土在-0.2～-3 ℃、0.2～1 m范围内竖向冻胀系数为-1.37×10-3～-7.67×10-3，水平向冻胀系数为-0.81×10-3～-4.85×10-3，差值百分比为10.4%～77.7%，说明考虑分凝冻胀产生的各向异性是必要的。本研究提出的水平与竖直方向的冻胀系数计算方法，可以为科研和设计工作提供参考依据。

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。

黄土地区受季节性气候变化和昼夜交替引起冻融循环效应，导致黄土的结构和物理性质发生变化，从而影响黄土的湿陷变形特性。通过室内湿陷试验和微观结构试验，分析了冻结温度对微观结构损伤规律与宏观湿陷变形的响应是否一致。研究结果表明：控制水分场不变情况下，发现不同冻结温度在相同冻融次数条件下，湿陷变形量随冻结温度的降低逐渐减小，说明冻结温度决定冻结速率，冻结速率的快慢变化影响黄土湿陷量的大小；通过对冻融循环10次黄土进行微观结构试验，定性分析发现随冻结温度的降低，土体内部水分发生水-冰循环相变及冷生结构的生成，使土团粒之间胶结力弱化，骨架颗粒发生偏转、滑移，土体内部的颗粒形态、连接方式及分布排列方式均发生变化并形成新的稳定结构；定量分析发现概率熵、平均形状系数、分布分维、孔隙面积比例及孔径变化范围均呈现出规律性变化与定性分析结果一致。由此表明土体内部团粒、孔隙结构的变化规律印证了冻结温度的降低与黄土表现的宏观湿陷变形量逐渐减小的变化规律具有相关性。

基于静钻根植桩结构特点，利用ABAQUS建立三维有限元模型，开展静钻根植桩在冻土区的桩基承载特性数值模拟研究，分析竖向荷载下桩基荷载传递机理，讨论桩周冻土温度、桩周水泥土厚度和水泥土黏聚力对竖向承载特性的影响。结果表明，水泥土外壳是桩基承载力的关键，其竖向应力变化复杂；水泥土扩大头底部竖向应力较顶部增大了43%左右；竹节上下部位会发生应力突变，水泥土外壳竹节凹陷处下部较上部应力平均增大27.5%。桩周冻土常温与负温条件下桩基承载特性具有一定差异；桩周水泥土厚度应介于100 mm到0.5倍预制芯桩桩径之间；水泥土黏聚力在300 MPa左右对桩基承载力最有利。

中高纬度地区是全球气候变化的敏感区域，近几十年来，该区年平均气温的增幅远高于全球平均增温幅度。中国东北地区地处中高纬度，是中国湿地的集中分布区之一，区域内湿地碳氮循过程对气候变化极为敏感。基于文献分析，归纳总结了温度升高对中国东北地区湿地温室气体通量的影响及其作用机制，梳理了湿地温室气体源汇功能的变化，在此基础上提出了当前研究中存在的问题并对未来研究进行了展望。总体来说，气温升高引起土壤温度升高、植物生长加快、微生物活性增强以及土壤理化性质的改变，从而影响湿地温室气体的吸收或排放。此外，气温升高可促使东北地区湿地由CH4的弱源向强源以及CO2由汇向源逐渐转变，但对N2O源汇变化的研究还存在较多不确定性。现有研究对东北地区湿地的覆盖还不够全面，缺少长时高频的监测以及多梯度、多因子交互作用的研究。未来应针对上述问题开展综合研究与分析，并进一步探究不同温室气体通量变化的相互影响机制。

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)。