针对寒区隧道衬背脱空积水冻胀可能严重危害行车安全的问题，开展了考虑排泄条件的隧道衬背脱空积水冻结模拟试验，在试验中引入了地下水补给/排泄通道，明确了2类脱空积水冻胀机制；使用数值模拟软件ANSYS建立了衬背脱空积水冻胀数值模型，揭示了脱空处冻胀力对衬砌结构承载特性的影响；通过在虎峰岭隧道进行温度监测，得到了纵向温度分布，建立了衬背脱空底部温度求解模型，分析了衬砌表面温度与脱空底部温度的对应关系，并提出了衬背脱空积水冻胀高发段落预测方法。研究结果表明：水的补给/排泄通道不冻结的脱空处不会产生冻胀力，通道先冻结的脱空处会产生较大冻胀力，当冻胀力大于围岩压力时，冻胀力会沿初期支护与二次衬砌的接触面释放，向压力较小的地方消散；无冻胀力时隧道衬砌结构拱顶脱空中线部位的沉降最小，冻胀力对脱空部位的沉降有显著影响；在隧道横断面上，距脱空中线部位越远，冻胀力引起的位移越小，在隧道纵向上则无明显差异；随着脱空内冻胀力的增加，隧道衬砌结构会出现相对隆起以及与衬砌结构整体受力这2种受力状态，脱空部位混凝土则由全截面受压逐渐变为局部受拉；当脱空底部日周期温度波动幅度在1℃以上，且以脱空底部温度-5 ℃作为脱空...

为研究机器学习（Machine Learning,ML）方法在冻土力学参数预测中的性能及其应用，本文采用4种ML算法（DT、MLP、SVM以及GP），基于116组冻结黏土定向剪切试验数据，以中主应力系数b、主应力轴方向角α、平均主应力p和温度T为输入，以冻结黏土的力学参数(应力应变曲线（Stress-Strain Curve,SSC）模式和破坏强度qd)为输出，建立预测模型。通过交叉验证以及与补充试验数据的对比，评估了ML模型的预测性能。并基于最优ML模型分析在多输入参数空间下冻结黏土力学参数的分布，最后结合模型的可解释性（SHAP方法）进行参数敏感性分析。结果表明，基于ML方法可准确预测出冻结黏土的SSC模式和qd，其中MLP模型的预测表现最优；ML预测模型可以在多参数空间下模拟出冻结黏土SSC模式和qd与各输入参数之间的复杂非线性关系；通过SHAP方法有效量化了四种输入参数对于冻结黏土力学参数的影响程度：对于SSC模式的影响程度从大到小为α、p、T和b，对于qd的影响程度从大到小为T、b、α和p...

【目标】随着多年冻土区路基工程建设活动增加，形成了大量路堑边坡，因此有必要对冻融作用下多年冻土区路堑边坡的稳定性进行分析。【方法】针对其随机性、小样本、非线性等特点，利用支持向量机、随机森林和梯度提升3种算法构建基础模型，并采用Voting集成学习技术将它们组合，构建了4个多年冻土区路堑边坡安全系数预测模型。【数据】为了反映冻土区边坡的特殊性，引入了活动层厚度和冻融损伤系数，并结合了普通边坡稳定性影响中的4个关键指标(边坡坡度、土体重度、黏聚力和内摩擦角),确定了6个输入指标。利用25组数据对4个预测模型进行了训练和测试，并采用最小均方误差评价了模型预测效果。【结果】支持向量机模型的最大相对误差为9.61%,随机森林模型的最大相对误差为―6.23%,梯度提升模型的最大相对误差为4.44%,而Voting集成学习模型的预测值与实测值最大相对误差为―0.51%。相对于单一预测方法，Voting集成学习模型能够更加准确地预测边坡安全系数变化趋势。【应用】Voting集成模型可以更好地描述边坡稳定性与其影响因素之间的非线性关系，更适于实际工程应用。研究成果为多年冻土区路堑边坡稳定性评价提供了一...

湖泊面积和水量的变化对干旱区生态环境有着重要的影响。本文以青海省格尔木河流域的东达布逊湖为例,基于GEE云计算平台和Landsat数据,构建多指标随机森林算法提取1987—2021年的湖泊面积;结合ICESat和Cryosat等激光雷达数据刻画湖泊水面—水位关系,估算湖泊水量变化;并利用ERA5-Land数据和钾盐开采量基于相关性分析和随机森林贡献率计算方法探讨自然因素和人类活动对湖泊的影响程度。结果表明:湖泊面积在时间上的变化划分为扩张期、萎缩期、恢复期、萎缩期和快速恢复期5个阶段;而在空间上表现出南部萎缩、向西北部扩张的特征;2003—2021年东达布逊湖水量呈现上升趋势。气温、冰川冻土融化和太阳辐射是影响湖泊面积的主要因素,其贡献率分别为31.0%、29.4%和15.5%。在人类活动影响方面,2010年后钾肥的开采是湖泊面积变化的重要诱因。基于ARIMA模型预测发现,湖泊面积将于2030年减小至302.78 km2。

为揭示寒区高铁无砟轨道混凝土在冻融循环环境和列车疲劳荷载下的服役性能变化规律，建立了“冻融循环+高频疲劳”的试验制度，以C60无砟轨道轨道板机制砂混凝土为研究对象，从损伤过程与能量传递的角度研究了冻融与疲劳耦合作用下的混凝土损伤机理，预测了寒区无砟轨道机制砂混凝土的疲劳寿命。结果表明，高速列车疲劳荷载会加剧无砟轨道混凝土的冻融损伤，混凝土在冻融循环300次后损伤加剧，其力学性能与疲劳性能均表现出加速下降的规律，600次冻融循环后疲劳寿命降低46.3%，刚度衰减幅度增加12.9%，冻融循环造成的缺陷连通是混凝土疲劳性能衰减的主要原因。混凝土主要通过变形所产生的变形能来耗散能量，冻融循环导致最大应变降低与残余应变增大使得混凝土变形性能降低。与常温下的疲劳性能相比，冻结阶段混凝土孔隙内冰有增强作用，且冻结状态下冰能加速内能耗散，因此疲劳损伤情况有所缓解。采用两参数Weibull函数对冻融破坏概率进行分析，建立了考虑疲劳损伤因子的混凝土“冻融+疲劳”服役状态下的寿命分析模型，预测了无砟轨道机制砂混凝土的服役寿命。

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。

分散性黏土冻融循环导致的破坏非常普遍，在我国东北地区水利工程中尤为严重。开放系统中分散性黏土冻融特性有别于非分散性黏土，土体导热系数是土体热分析最重要的参数之一。本文以分散性黏土为研究对象，阐明了影响分散性黏土导热系数的因素；基于Johansen法的改进，建立了适合分散性黏土特点的导热系数预测方法。研究表明，分散性黏土导热系数的影响因素主要为矿物成分、含水率、孔隙率(干密度)和温度。土体温度为负温时，温度越低，土的导热系数越大。初始含水率低于10%,土的导热系数不受温度的影响；初始含水率大于15%,土的导热系数受温度影响较大。饱和状态下的分散性黏土导热系数有别于非分散性黏土，采用串联/并联预测模型方法来计算。所提出的分散性黏土导热系数预测方法和公式，可反映土体温度、土体矿物成分、含水率、干密度的影响，与试验结果吻合，并可为分散性黏土研究和工程应用提供参考和指导。

基于湖南省89个气象观测站积雪气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、Hadley中心月平均海温资料及ERA5逐月再分析表层土壤湿度资料，采用相关分析、年际增量法和多元线性回归等方法，研究了影响湖南冬季积雪日数的主要因子。结果表明，前期夏季东亚夏季风指数的年际增量、7-9月太平洋海温指数、10月AAO的年际增量和9月土壤湿度指数是湖南冬季积雪日数的4个关键影响因子。选取上述4个预报因子，建立了湖南冬季积雪日数年际增量统计预测模型。模型模拟效果较好，积雪日数年际增量拟合值和实况的相关系数为0.83,积雪日数距平拟合值与实况相关系数达0.77,通过了0.001的显著性水平检验。利用2010-2018年独立样本对模型进行检验，结果显示，积雪日数距平预测值与实况同号率为7/9。基于4个关键因子建立的全省逐站冬季积雪日数预测模型，时间相关系数检验表明，湘中一带模拟效果最好。

冰凌堆积问题因危害严重、难以治理、成因复杂等原因成为我国冬季江河中极为突出的自然灾害。本文整理了近几十年来的河冰基础理论、冰情模型模拟、冰情观测方法、冰情预报方法的部分研究成果,并在此基础上探讨了冰凌研究亟待解决的技术与科学问题,初步展望了今后冰凌研究的发展趋势。

利用基于BCC-CSM1.1m模式建立的第2代季节预测模式系统1984—2019年历史回算数据,客观评估该模式对1月和4月欧亚积雪覆盖率(snow cover fraction,SCF)气候态和年际变化的预测技巧,分析模式预测偏差产生的可能原因。结果表明:BCC-CSM1.1m模式在超前0～2个月对欧亚大陆SCF具有一定预测技巧,对4月SCF的预测能力明显高于1月,1月预测技巧在欧洲西部地区最高,4月在西西伯利亚地区最高。SCF的预测结果在除青藏高原外的大范围地区表现为系统性偏低,预测偏差在1月随着起报时间的增长没有明显变化,而在4月随着起报时间的增长,关键区偏差由负转正并逐渐增大。分析表明,SCF预测偏差与模式中近地面气温的预测偏差有直接关系。除此之外,SCF的预测偏差部分源于模式本身的系统性偏差,模式分辨率以及参数化方案可能是预测结果在积雪覆盖率接近100%的高纬度地区明显偏低的原因。