我国冻土面积占国土面积的一半以上，存在大量冻融土与雷暴共存区域，直接影响电力系统接地性能。首先，分析了冻融土的导电机理，构建了冻融土的导电模型；其次，设计并搭建了冻融土电阻率与电击穿特性试验平台；最后，对我国4种冻土区典型土壤和细砂进行试验，测量土壤电阻率、临界击穿场强随水热条件变化数据，并分析变化产生的本质原因。试验结果表明：水热条件对冻融土电阻率和临界击穿场强的影响可分为冻土段、冻融土混合段和融土段；电阻率ρ和临界击穿场强Ec都随着温度的升高而降低，但只在冻融土混合段发生跳变。

针对季节冻土区路基填土春融时常处于强度不稳定的状态,根据季节冻土特性选取冻结温度、融化温度、围压、含水率4种影响因素,对张家口季节冻土区粉质黏土进行了模拟正融土的常规三轴试验,采用灰色关联分析法对试验结果进行分析,给出了4种影响因素对强度的敏感性排序。结果表明:含水率、融化温度、冻结温度的敏感性超过60%,需要重点考虑。9%含水率时,土样强度较高,发生脆性破坏,随着含水率的增大,向延性破坏转变;融化温度主要影响土体剪切过程中融化速度和排水固结的速度,温度越低,土样强度越高;冻结温度通过改变土颗粒和冰晶体的胶结程度来影响强度,冻结温度越低,胶结作用越强,但低于-10℃后,强度增长缓慢;围压越大,土体强度越大,不同围压影响下,应力-应变曲线的形状和走势却大致相同,分析结果可为季节冻土区实际工程提供一定的参考。

为研究长春地区季节性冻土在冻融循环作用下土体力学参数的变化,通过对典型地层现场采取原状土样进行室内试验的方法,在试验室内完成原状土、一次冻融土、二次冻融土等三种不同状态下土样的物理力学参数测试,对三种不同状态下土样的主要物理力学参数进行对比分析,得到土体在二次冻融循环作用下力学参数的变化规律,同时对土样在二次冻融循环下的的冻胀及融沉性进行了试验,对影响地基土土体冻胀性及融沉性的主要因素进行了详细分析,并针对其影响因素提出相应的冻害防治措施建议。

在模型试验的基础上,利用Ansys有限元软件,对不同温度冻土和融土中单桩的竖向承载力进行了分析,得出了冻土温度对单桩承载力的影响,以及在冻融条件下单桩承载力的变化,为西部大开发中冻土地区桩基础的设计与施工提供了理论依据与方法指导.

以上海地区第④层淤泥质粘土冻融前后无侧限抗压强度为对象,展开实验研究,得到了5种温度(-5、-10、-15、-20、-30℃)下冻融前后无侧限抗压强度的变化关系,并对比分析;随温度的降低,融土无侧限抗压强度的变化速度小于人工冻土的无侧限抗压强度增加速度。运用损伤力学中损伤值的计算公式,计算出不同温度下冻融土的损失值,二者有较好的线性关系。

随着寒区经济的发展,冻土地区的矿山开采活动不断加剧,随之产生的重金属污染问题也越来越严重。冻土地区生态环境脆弱,一旦受到破坏就很难恢复。针对此问题,室内模拟了尾矿矿渣在冻土与融土中的填埋及其对填埋场周边土体的影响,通过检测填埋场各处土壤的温度、含水量以及重金属元素的含量,发现温度和水分对重金属元素的迁移影响很大。土壤温度越低,重金属元素的迁移越慢;在温度梯度的作用下,重金属元素均随着水分从土体的暖端向冷端迁徙并聚集于冻结锋面。重金属元素在冻土中的迁移比融土中慢,表明冻土环境不利于重金属元素的迁移。在土壤质地、温度和含水量等相同的情况下,Zn的迁移性较强,Pb和Cu的迁移性相对较弱。

试验模拟了冻土及融土中生活垃圾的填埋对于周边土体的影响,通过检测填埋场各点处土壤含水量、温度、含盐量和有机质的含量,认为水分运移是影响可溶盐离子迁移的主要因素,盐分与水分的分布具有很好的一致性;温度对盐离子的迁移及有机质的分解有很大影响,温度越高,盐离子的迁移及有机质的分解速率越快。冻土环境不利于可溶盐离子及有机质的迁移与分解,冻土中各点含盐量及有机质含量高于融土。

基于提出的正冻土三场耦合的理论框架以及所开发的全面考虑正冻土骨架、冰、水三相介质水、热、力与变形的真正耦合作用的分析系统3G2001,对214国道花石峡试验路基实测的地温变化和路基路面变形进行了对比分析验证;根据路面冻胀融沉过程曲线,将冻土路基的变形过程分为4个阶段,即剧烈冻胀阶段、冻胀持续稳定阶段、剧烈融沉阶段和融沉持续稳定阶段,揭示了冻土路基冻胀融沉的热力学内在机制。对比结果显示:分析所得的路基温度场与实测值变化规律一致,其量化相差在10%20%以内;分析所得耦合变形随时间的变化与实测值相一致,路中的分析变形值与实测值相差也在允许范围内。

从冻结土的宏观力学性质，正冻土中的水、热迁移理论，正冻土的水热力耦合模型四个方面分析综述了国内外冻土力学的发展历史、研究现状与我国冻土力学研究中存在的问题，指出：（１）当前冻土力学的研究内容应该从对冻结上的宏观强度与变形性质向更切合实际工程需要的正冻土、正融土微、细观热、力学耦合性质方面深化；（２）冻土力学的研究思路应该从对土样纯力学量的试验研究向土样组构、级配、含水量、饱和度等土性指标在不同负温下对土样颗粒排列与胶结特性的强度、变形影响机理方面转移；（３）冻土力学的研究对象也应该从室内冻结试验的研究向具有各种不同水热交换边界条件与水热迁移内在规律的冻土体发展。