基于饱和冻土介质波动理论，探讨了在饱和冻土地基自由表面上，传播速度较快的SH1的反射及能量传输问题。该文建立了饱和冻土的自由场地分析模型，通过Helmholtz矢量分解和边界条件，推导出两种反射SH波的振幅比及能量率的理论表达式。研究了入射频率、温度（含冰量）、孔隙率、胶结参数及接触参数对两种反射弹性波振幅和能量分配比的影响规律。研究结果表明：随着频率增加，反射S1波的振幅比和能量率逐渐减小，反射S2波增加；当入射角为90°时，仅有反射S1波存在；在未冻土（T=-0.1℃）时，反射S2波消失，S1波振幅比随温度的升高而增大，当为低温高含冰量时，反射S2波振幅比最高。此外，胶结参数、孔隙率和接触参数的变化会显著影响两种反射弹性波的振幅和能量分配比。

近年来，冻结多孔介质在地球物理勘探领域引起广泛关注，以往冻土介质中波的传播特性研究多集中在1种或2种介质分界面处，为更直观地反映SH波在冻土层中的传播规律，基于冻结饱和多孔介质的波动理论，建立平面SH波入射下基岩上覆饱和冻土层的自由场地模型。结合Helmholtz矢量分解定理，通过建立动力刚度矩阵，获得饱和冻土中SH波传播速度的解析表达式。分析入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、温度以及接触参数对SH波传播速度的影响规律。研究结果表明：SH波的传播速度随胶结参数和接触参数的增大而显著增大；整体上随孔隙率和温度的增大逐渐增大；SH波的入射角度对其传播速度影响显著，随入射角度的增大，传播速度呈非线性变化；不同入射角度随各参数变化下均有对应的速度峰值频率，动力响应变化加剧多集中在高频段。

基于饱和多孔介质和冻结饱和多孔介质中波的传播理论，研究了P1波在饱和土介质与饱和冻土介质分界面上的透反射问题。采用Helmholtz矢量分解原理，结合饱和土与饱和冻土交界面的边界条件，获得P1波从饱和土层入射至饱和冻土层分界面处的透反射振幅比的解析解。通过数值计算，分析了入射频率、入射角度、饱和土介质中的渗透率以及饱和冻土介质中胶结参数、温度和接触参数等对土层分界面处的透反射振幅比的影响规律。研究结果表明：入射P1波的传播速度远小于饱和冻土介质中P1波的传播速度，因此当P1波从饱和土介质入射至饱和冻土介质中时将产生临界角，当入射角等于临界角时振幅比将发生突变；饱和土介质中渗透率对波的透反射振幅比影响较小，但其对于反射P2波影响突出；饱和冻土介质中的温度、胶结参数的变化对于波的透反射振幅比的影响显著。

基于弹性波在冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论，选取了饱和冻土中传播速度最大的快压缩P1波入射在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量传输问题。根据分界面上的边界条件，推导出了快压缩P1波从饱和冻土介质入射到弹性基岩分界面上透反射振幅比和能量率的解析表达式。研究了快压缩P1波入射在饱和冻土与弹性基岩分界面上的能量与入射角度，入射频率，温度（含冰量）,孔隙率，胶结参数以及接触参数的关系。研究结果表明：当入射角度为0°时仅存在压缩波，达到临界角后透射P波消失；各种波在达到临界角时出现不同程度的脉冲，其中反射P1波最为显著；随着胶结参数，孔隙率，接触参数的增大，临界角越早出现；入射频率仅对反射P2,P3和S2波的能量反射率影响较大；当温度和含冰量较低或较高时，均不利于反射S2波的能量产生。

基于饱和冻土介质波动理论，利用波函数的Fourier-Bessel级数展开法，研究平面P波入射在饱和冻土半空间凹陷地形的散射问题。通过数值算例，分析了平面P波入射饱和冻土半空间凹陷地形时入射频率、入射角度、温度(含冰量)、孔隙率、接触参数等物理力学参数对地表位移幅值的影响规律。研究结果表明：在不同深宽比和入射频率下温度(含冰量)对地表位移幅值影响显著。在不同深宽比条件下，半圆形凹陷地形相对于浅圆形凹陷地形对温度的变化更为敏感。在低频时，竖向位移随入射角度的增加而减小，水平位移随入射角度增加而增大；水平位移随孔隙率的增加而降低，但对竖向位移影响较小。随着入射波频率的增大，饱和冻土半空间凹陷地形中位移幅值的空间分布更加复杂。且随着频率的继续增大，位移幅值随入射角的变化不再明显，而孔隙率的影响逐渐增大，尤其在浅圆形凹陷地形中，孔隙率的增加导致位移幅值更为敏感。此外，在较低温度下(T=-0.7℃)，凹陷地形表面位移幅值随接触参数的变化尤为显著，而在较高温度下(T=-0.3℃)，水平位移和竖向位移变化不明显。

地震波的放大或衰减受场地条件的影响,因而选择符合实际情况的场地模型来分析地震地面运动极为重要。为了研究西部高寒地区冻土场地的地震地面运动特征,基于弹性波在单相弹性介质与冻结饱和多孔介质中的传播理论,建立了P波入射下基岩上覆饱和冻土自由场地模型,求得了平面P波入射情况下基岩上覆饱和冻土自由场地地震地面运动的解析解答。通过数值计算,分析了平面P波在不同入射角度下,入射频率、孔隙率、介质温度、胶结参数和接触参数等物理力学参数对饱和冻土自由场地地震地面运动的影响规律。分析结果表明:平面P波的入射频率对基岩上覆饱和冻土自由场地地表位移有显著影响。基岩上覆饱和冻土自由场地的水平位移随着平面P波入射频率增大而减小,竖向位移随入射频率增大而增大;孔隙率的增大也会导致饱和冻土自由场地水平位移增大,但其增幅随着平面P波入射角度的增加先增大后减小,竖向位移也增大,但增幅随入射角度增加逐渐减小;冻土场地中介质温度的降低会导致饱和冻土自由场地的水平位移和竖向位移减小。这表明冰相对于冻土场地中地震波传播具有重要影响;此外,泊松比也会对自由场地的位移产生一定影响,水平位移随泊松比增大而减小,增幅随平面P波入射角度增...

基于含孔隙固体多孔介质理论，建立了二维层状饱和冻土地基的计算模型，研究了简谐荷载作用下层状饱和冻土地基的动力响应问题。首先，通过Helmholtz定理和Fourier积分变换，采用传递矩阵法，结合边界及层间连续条件推导获得了层状饱和冻土地基的刚度矩阵，得到了层状饱和冻土地基在频域中的动力响应解答。然后，通过快速傅里叶变换得到了层状饱和冻土中各相位移和应力的数值解。与已有文献进行对比后，通过数值算例分别分析讨论了上软下硬和上硬下软两种典型层状地基中表层土剪切模量、表层土温度、表层土孔隙率和荷载频率对动力响应的影响规律。研究结果表明：在上软下硬和上硬下软两种地基情况下，竖向位移和孔隙水所分担的应力幅值随着表层土剪切模量的增大而减小，随着表层土温度、表层土孔隙率和荷载频率的增大而增大；层状饱和冻土地基中软硬土层的排列次序对竖向位移和孔隙水所分担的应力影响显著。

基于冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中弹性波的传播理论，研究平面S波入射在弹性介质与饱和冻土介质分界面上的能量传输问题。根据分界面上的边界条件和利用Helmholtz矢量分解定理，推导获得透反射振幅比和能量率的解析表达式。通过数值分析研究S波入射在弹性介质与饱和冻土介质分界面上的能量率与入射角度、入射频率、胶结参数、孔隙率、饱和度以及接触参数的关系。研究结果表明：随入射角度的增加将引起透射P1,P2,P3,S1和S2波的能量率增大，当达到临界角时反射P波消失以及透射P1,S1波出现明显的脉冲。透射波间的能量相互作用率仅随饱和度的增加而减小，受其余参数的增加而增大。透射S1波的能量率占各透反射波能量率之和的90%以上，各类参数的增大均引起透射S1波能量率的增大。此外入射频率、胶结参数、孔隙率和接触参数的变化对能量比例系数均有显著影响。

基于弹性波在冻结饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论，研究了平面P波在饱和冻土介质与单相弹性介质分界面上的透反射问题。利用Helmholtz矢量分解定理，根据分界面上的边界条件，获得了平面P波从单相弹性介质入射到饱和冻土介质分界面上透反射振幅比的理论表达式。通过数值计算，分析了在不同入射频率、胶结参数、孔隙率、饱和度和接触参数下，弹性波的透反射振幅比随入射角变化的关系。研究结果表明：P波从单相弹性介质垂直入射到饱和冻土介质分界面上时只有反射P波和3种透射P波产生，当掠入射时只产生反射而没有透射现象发生。入射频率、胶结参数、孔隙率、饱和度以及接触参数等参数对反射波和透射波的振幅比影响显著。

为了探究冲击加载下初始含水率和加载应变率对非饱和冻土抗压强度的影响，利用分离式霍普金森压杆（SHPB）对不同初始含水率下的非饱和冻土进行不同加载应变率下的冲击压缩试验，发现非饱和冻土的抗压强度随加载应变率和初始含水率的增加而增大。为了分析非饱和冻土在冲击加载下的抗压强度和破坏情况，从能量的角度分析非饱和冻土在冲击过程中吸收能与加载应变率和含水率之间的关系。结果表明：能量吸收的多少可以直观地反映非饱和冻土的抗压强度，同时可以反映出加载应变率和初始含水率对非饱和冻土抗压强度影响的主次。通过分析非饱和冻土在冲击加载下的能量-时程关系，可以直观地了解非饱和冻土在不同加载时刻的破坏情况。