为探究冻土热-力耦合效应对铁路重力式桥墩抗震性能的影响规律，采用热-力耦合方式建立了土-桩基础-桥墩相互作用下三维实体有限元模型，并利用拟静力模型试验结果对其进行验证。在此基础上，探讨了地表温度和融化层厚度变化对桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响规律。研究结果表明：采用热-力耦合方式建立的土-桩基础-桥墩有限元模型预测结果与拟静力试验结果吻合较好，能够有效模拟其水平地震荷载作用下的非线性响应；随着地表温度的降低，土-桩基础-桥墩体系的极限水平承载能力、初始刚度和累计耗能均会增大，但桩基础桥墩的侧向位移能力会出现一定程度的降低；随着季节冻土层融化深度的增加，土-桩-桥墩体系的极限水平承载能力、整体刚度退化和累计耗能曲线均出现大幅下降趋势，其中表层冻土融化深度从0cm增加到5cm时桩基础桥墩的抗震性能减弱幅度较为严重。

为进一步研究多年冻土边坡在冻融作用下的局部稳定性,针对多年冻土边坡局部冻融的特殊性,考虑冻融循环对边坡土体的损伤作用,基于有限元建立温度场、应力场耦合的多年冻土边坡稳定性分析方法,以东北大兴安岭多年冻土地区某路堑边坡为研究对象,对边坡的冻融过程以及稳定性进行分析。结果表明:在冻融作用下,边坡季节活动层融化深度与环境温度有较强的相关性;坡顶特征点位移随时间变化趋势呈"台阶"状,可分为快速发展阶段和稳定发展阶段;比较有限元方法与极限平衡法计算结果的差异,证明了有限元方法的合理性,对多年冻土边坡防护治理有很好的指导意义。

基于冻土路基温度场数值模型,结合室内模型试验,对保温隔水路基进行热-应力耦合计算,并用试验结果验证计算模型,旨在研究普通路基与保温隔水路基在环境温度变化时路基温度场和位移场的变化规律,对比评价保温隔水路基防冻胀效果。结果表明:相比普通路基,保温隔水路基保温效果明显,其冻结时间推迟约22%,冻胀速率减小60%,冻胀量减小35%60%。此外,保温隔水路基竖向变形相对较小,变形过渡平缓,横向变形显著减小,由变形引起的破坏作用减弱,说明保温隔水路基是一种较好的防冻胀路基结构。

通过建立热-力耦合模型就阴阳坡热不对称这一因素来探讨高温不稳定冻土区纵向裂缝形成机理,得到和野外观测结果较为一致的结论:阴阳坡路肩不均匀沉降导致路基本体整体向阳坡一侧倾斜,加上阳坡土体受其下方融化盘的影响,其垂直沉降量大于阴坡一侧土体;纵向裂缝的发育是路基水平位移和竖直位移综合作用的结果,因而纵向裂缝以倾斜的形式贯穿于整个路基.纵向裂缝的发育由多年冻土这种特殊的地基土材料的强度破坏而引起;阳坡路基下方的多年冻土融化为软弱地基土,在其上土压力的作用下使路基填土中出现拉应力.提出0位移线的概念,以路基基底出现最大拉应力(或最小压应力)时路基基底是否出现0位移线作为路基是否出现纵向裂缝的判断标准,以其出现的位置作为纵向裂缝发育的位置.

土体在冻结过程中 ,不论是融土区、过渡区 (指正在形成的分凝冰及冻结缘区 )还是冻土区所涉及的问题不仅是温度场、水分场问题 ,而且涉及到力学场问题 ,并且力学场对土体的变形过程 (冻胀、压密 )及分凝冰的形成起着重要的作用 .依据连续介质力学、热力学原理 ,提出了土体冻结过程中的三场耦合方程 .并指出 ,土体冻结过程中的体积变化与应力状态、补 -排水条件、冻结条件密切相关 ;体变包含弹性部分、孔隙水变化引起的固结或膨胀部分、相变引起的体变及冻土区粘塑变形部分 ;水分驱动力控制着水分迁移量 ,它是由土基质势、溶质势、冰基质势、孔隙水压力及重力势组成 ;冻结缘现象是由于该区各点处的水分驱动力与相变温度同时满足相变条件而形成 ,冻结缘区含冰量的多少取决于冷能供给情况 ;分凝冰的形成及发展是引起较大冻胀的主要来源 ;分凝冰的形成条件由温度场及力学场统一控制 .即温度要达到相平衡条件 ;孔隙水应力除用于抵抗土骨架有效应力外 ,还需克服土颗粒间的粘聚力