多年冻土与路基工程之间复杂的水热力相互作用表现出显著的尺度效应，空间尺度、时间尺度和结构性态等都会对其产生影响。对冻土路基尺度效应的深入认识是揭示大尺度冻土路基热融风险机理、融沉防控的重要理论基础。近几十年来，基于室内外试验和数值分析等方法，冻土路基尺度效应研究从现象到机理，最终形成了理论体系，取得充分发展。文章总结了冻土路基尺度效应理论体系、研究方法，梳理了近年来在上边界条件、空间效应、时间效应和结构效应等方面的研究进展，并在此基础上对今后的研究重点提出了一些构想。

冻害是多种因素综合作用结果,开展冻土多物理场耦合研究对解决冻害问题具有重要意义。通过归纳冻土多物理场耦合理论,指出毛细理论和冻结缘理论均忽略各向异性冰应力,冻结缘是否存在以及冰透镜体生长机制仍有争议。讨论水热盐力耦合关系,认为应进一步研究力对温度的影响及冻土压融问题。归纳常见未冻水含量模型,指出基于未冻水含量与温度关系的预测模型形式简单,但质量未冻水含量难以直接测量;三参数模型和五参数模型考虑土壤物理性质影响,但参数较多。总结和评价冻土多物理场耦合模型,认为一些经验表达式无法体现参数动态变化的特点,模型边界条件设置与实际情况不符。基于研究现状及存在问题,今后应探索更准确描述参数变化的数学表达式,将气候条件纳入模型考虑范围,设置更接近实际情况的边界条件,同时,加强冻土受力变形行为本构模型研究。

全球气候变化背景下,冻土将会发生显著变化,进而影响寒区生态和水文系统的物理、化学和生物过程,并诱发区域水资源恶化与生态功能退化,其中坡面冻土水文过程是物质和能量在寒区地表各圈层迁移转化的重要载体与基本单元。为此,基于"驱动-过程-机制"这一研究视角,从冻土退化及其水文过程响应、冻土水文过程及其局地因素影响、冻土水文过程机制及其影响模拟等三个方面,综述了国内外有关冻土退化影响下坡面水文过程研究方面的最新进展;同时,在总结了当前冻土水文过程研究不足的基础上,提出了如下建议:(1)更加注重坡面冻土水文过程要素观测与方法集成研究;(2)更加注重坡面冻土水文过程变化机理与耦合机制研究;(3)更加注重坡面冻土水文过程时空演化与效应评估研究。以期提升寒区流域径流形成演化的认知能力与径流变化的预测能力,并为寒区流域水资源稳定和适应性利用提供理论基础与科学对策。

冻土的有效孔隙度直接影响了土体的渗透性,寒区占我国国土面积比例较大,由于寒区特殊的低温环境,使得在寒区开展非饱和冻土有效孔隙度研究的过程中,比较倚重于试验基础。本文主要对有关冻土的水理性质进行研究,尤其是有关非饱和冻土有效孔隙度测定试验的研究进展进行整理。分析得出非饱和冻土有效孔隙度测定试验的试验装置有待改进,试验条件有待完善。

随着我国高速铁路建设的快速发展,穿越广阔季节冻土区的高速铁路越来越多,工程面临的冻胀问题已成为研究和工程人员关注的焦点,并取得了许多研究成果。基于前人研究,总结了我国季节冻土区高速铁路路基冻胀特点和分布规律,探讨了高铁路基粗颗粒填料的冻胀特性及其影响因素,分析了路基在冻融过程中水热变化情况,讨论了现有高铁路基防冻害措施以及其适用性。在此基础上,提出季节冻土区高铁路基冻胀研究面临的主要问题及展望,为季节冻土区高铁路基冻胀及其防治工作研究提供新思路。

为梳理冻土理论在工程领域的研究进展,在总结前人研究成果的基础上,系统地总结了冻土理论下的冻土力学研究进展,冻土在动力作用下性状的研究进展,冻土的冻融研究进展,冻土水、热、力耦合机理研究;其中冻土的冻融研究进展中着重总结梳理了土体冻胀、融沉以及冻融循环对土体物理力学性质影响的研究思路。针对冻土水、热、力耦合机理研究,深入探讨了冻土水迁移理论、冻土温度场以及冻土三场耦合研究现状。最后,结合前人的研究成果,给出了进一步研究的方向:将理论研究和试验研究相结合,反复模拟出最贴近真实情况的冻土破坏机理;研究冻融或反复冻融条件下工程地质灾害情况,考虑运用三场或多场耦合原理模拟地质灾害最不利工况,用以指导实践。研究所得结果为冻土理论的继续研究提供思路,为寒区工程设计和施工提供参考经验。

冻土地下水系统不仅在寒区水文循环中扮演着重要的角色,同时也在寒区水文过程和地表过程及其科学研究中起到了集蓄、融冻和泄流等至关重要的作用。近几十年随着全球气候变暖及人类活动(寒区工程量)的增加,冻土退化趋势显著,这一过程改变了寒区的水文地质条件,导致地下水动态特征发生显著变化,从而引起一系列的生态环境变化。近些年,诸多学者通过构建水热耦合模型来研究冻土地下水的运动机理、分布状况和季节动态,促进了寒区地下水理论知识的发展,推动了寒区水文地质知识体系的进步。本文主要针对目前我国多年冻土区地下水的研究现状进行了分析、整理、归纳,为进一步研究气候变化下地下水系统的发展与演变,以及对生态环境的影响提供参考依据。

祁连山冻土区是我国陆域天然气水合物调查研究的重点地区之一,也是我国目前在陆域冻土区唯一一处取得天然气水合物找矿发现的地区.自2008年首次钻获天然气水合物实物样品以来,调查研究工作逐步向广度和深度迈进,取得了由点到面的扩边勘查进展、油气等多种能源的发现以及试采试验成功等系列成果,同时基础理论认识水平得到了显著提升.在水合物地质特征和成藏系统研究方面,各要素描述得更加全面和深入,尤其是对气源和构造条件的深入分析,进一步丰富了水合物含油气系统的内涵.在调查技术方法研究方面,通过开展试验性实验,初步形成了从点上钻探调查技术到面上地球物理-地球化学调查综合性的技术方法体系,在勘探实践中发挥了重要的作用.在水合物试采试验方面,证实了降压试采工艺、控制监测等关键技术在成岩储层中应用的可行性,提出水平井试采工艺结合储层压裂改造技术将是未来提高产气量重要的科技攻关方向之一.在环境效应研究方面,发现了可以证实水合物稳态发生过变化或正处于变化之中的矿物学证据,提出了气候变暖引起水合物系统的演变模式,环境影响作用已逐步显现.由此可见,在祁连山冻土区,天然气水合物具有资源与环境并重的双重意义,不仅作为一种新型...

冻土力学是冻土工程学的理论基础,以解决冻土工程问题为归宿。冻土力学分为冻土静力学和冻土动力学两个方面,而冻土静力学是冻土力学的重要部分。为此,对常规冻土静力学室内试验的研究进展进行了总结,系统地阐述了其在冻土的强度特性、变形特性及理论模型等方面所取得的重要研究成果,并指出研究中存在的一些不足之处。最后结合冻土静力学研究的特点及实际冻土工程建设的需要,对冻土静力学研究的未来发展进行了展望。

基于国内外近些年对土体随机性问题所取得的研究成果,分别从影响冻土随机性的内外因素、冻土参数的概率分布规律和随机场计算模型等几个方面总结了随机性的研究现状及进展,取得了如下认识:(1)由于内外因素的影响,冻土物理力学参数、水分场参数等均存在很强的变异性;(2)分析总结了随机变量的概率函数推断方法,相比而言,正态信息扩散法能够有效地描述随机变量的波动性;(3)总结了随机性描述方法,发现随机场方法不仅能考虑随机变量的空间性,而且具有较好的应用前景;(4)总结分析了冻土随机场的计算方法,其中,随机有限元法能够充分考虑材料参数的随机性,具有较好的应用前景。基于以上对冻土中随机性研究现状的认识,笔者认为今后还需展开更深入的研究:对冻土中涉及的参数分布规律进行充分的研究;对冻土冰水相变过程中的随机过程进行深入分析;开展冻土水、热、力及水、热、力、盐等多耦合场、多尺度随机场的研究。