寒区路基含水量过高造成的冻胀、翻浆问题对道路安全构成严重威胁，要解决其问题关键在于控制路基含水量。常规排水措施及材料仅能排出饱和土中的重力水，但在冻融循环条件下，处于非饱和状态下的土壤仍产生明显冻胀。为解决非饱和路基冻害现象，研究人员开始关注能将非饱和土壤中水分排出路基的新型毛细导水材料。此类材料排水性能好、强度高且使用方便，在路基排水、提高道路使用年限等方面能发挥重要作用。基于此，本文在对排水材料的种类及应用现状进行阐述的同时，分别从材料构造、性能、工作原理及其在实际工程中的应用现状对新型毛细导水材料进行综述，总结了毛细导水材料未来发展方向及目前存在的问题，并在结合实际工程应用的同时围绕高性能排水为目标，提出寒区毛细导水材料的研究构想，将新型毛细导水材料与我国寒区路基相结合，以降低非饱和路基含水率的目的，为解决今后寒区道路病害问题提供一定的参考。
寒区路基含水量过高造成的冻胀、翻浆问题对道路安全构成严重威胁，要解决其问题关键在于控制路基含水量。常规排水措施及材料仅能排出饱和土中的重力水，但在冻融循环条件下，处于非饱和状态下的土壤仍产生明显冻胀。为解决非饱和路基冻害现象，研究人员开始关注能将非饱和土壤中水分排出路基的新型毛细导水材料。此类材料排水性能好、强度高且使用方便，在路基排水、提高道路使用年限等方面能发挥重要作用。基于此，本文在对排水材料的种类及应用现状进行阐述的同时，分别从材料构造、性能、工作原理及其在实际工程中的应用现状对新型毛细导水材料进行综述，总结了毛细导水材料未来发展方向及目前存在的问题，并在结合实际工程应用的同时围绕高性能排水为目标，提出寒区毛细导水材料的研究构想，将新型毛细导水材料与我国寒区路基相结合，以降低非饱和路基含水率的目的，为解决今后寒区道路病害问题提供一定的参考。
冻土的渗透系数是估算土体冻胀的关键参数，往往是由土体冻结特征曲线估算得到，而土体冻结特征曲线的获取往往较为困难。本文提出一种可由土水特征曲线估算饱和冻土渗透系数的方法。本文以兰州粉壤土和砂壤土为研究对象，首先测量了其土水特征曲线；其次借助Clapeyron方程，将土水特征曲线转换为土体冻结特征曲线；最后利用四组饱和冻土的渗透系数模型得到预测结果，并与已有实测值进行了对比，验证了该方法的有效性。该研究结果建立了非饱和土未冻土与饱和冻土之间的关系，可为研究非饱和地区和冻土地区的建设提供理论依据。
冻土的渗透系数是估算土体冻胀的关键参数，往往是由土体冻结特征曲线估算得到，而土体冻结特征曲线的获取往往较为困难。本文提出一种可由土水特征曲线估算饱和冻土渗透系数的方法。本文以兰州粉壤土和砂壤土为研究对象，首先测量了其土水特征曲线；其次借助Clapeyron方程，将土水特征曲线转换为土体冻结特征曲线；最后利用四组饱和冻土的渗透系数模型得到预测结果，并与已有实测值进行了对比，验证了该方法的有效性。该研究结果建立了非饱和土未冻土与饱和冻土之间的关系，可为研究非饱和地区和冻土地区的建设提供理论依据。
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。
冀西北地区属于寒旱地区，路基边坡土体常年处于高吸力非饱和状态，经历冻融循环后其强度与稳定性发生衰减。以张家口延崇高速沿线路基边坡土为研究对象，通过非饱和三轴试验，研究不同冻融循环条件下高吸力非饱和土的强度变化规律。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加，孔隙率的变化分为波动和相对稳定两个阶段；土水特征曲线的变化相应呈现两个阶段，即随着冻融次数的增加，在第3次循环后土样含水率达到峰值，随后含水率的变化趋于平缓；冻融循环对峰值应力的影响也可以分成两个阶段，即循环次数在0～3次时峰值应力受孔隙率影响较大，循环次数在3次以上时峰值应力受基质吸力影响较大；在高吸力条件下，随基质吸力的升高路基土峰值应力逐渐升高，但试件的延性逐渐减小，破坏形式均为脆性剪切破坏。
冀西北地区属于寒旱地区，路基边坡土体常年处于高吸力非饱和状态，经历冻融循环后其强度与稳定性发生衰减。以张家口延崇高速沿线路基边坡土为研究对象，通过非饱和三轴试验，研究不同冻融循环条件下高吸力非饱和土的强度变化规律。试验结果表明：随着冻融循环次数的增加，孔隙率的变化分为波动和相对稳定两个阶段；土水特征曲线的变化相应呈现两个阶段，即随着冻融次数的增加，在第3次循环后土样含水率达到峰值，随后含水率的变化趋于平缓；冻融循环对峰值应力的影响也可以分成两个阶段，即循环次数在0～3次时峰值应力受孔隙率影响较大，循环次数在3次以上时峰值应力受基质吸力影响较大；在高吸力条件下，随基质吸力的升高路基土峰值应力逐渐升高，但试件的延性逐渐减小，破坏形式均为脆性剪切破坏。
基于多孔介质力学建立非饱和土在冻结过程中的耦合方程并进行单向冻融过程的数值求解及模拟分析。把非饱和冻土当作固体土颗粒、未冻水、冰晶及孔隙气组成的多孔多相介质，在小变形假定下建立了考虑冰-水、水-水汽相变的非饱和冻土的质量守恒、动量守恒方程，以及能量方程、耗散不等式、热平衡方程。结合冻融过程中的渗透特性以及应力应变关系，对单向冻融条件下的非饱和土柱封闭系统进行了数值求解，计算结果表明冷端冻结温度的数值对非饱和土柱的顶部位移影响较大，而对温度场的分布规律以及冻结区的含水率分布影响较小。研究结果可为寒区非饱和土工程的设计和施工提供指导。
基于多孔介质力学建立非饱和土在冻结过程中的耦合方程并进行单向冻融过程的数值求解及模拟分析。把非饱和冻土当作固体土颗粒、未冻水、冰晶及孔隙气组成的多孔多相介质，在小变形假定下建立了考虑冰-水、水-水汽相变的非饱和冻土的质量守恒、动量守恒方程，以及能量方程、耗散不等式、热平衡方程。结合冻融过程中的渗透特性以及应力应变关系，对单向冻融条件下的非饱和土柱封闭系统进行了数值求解，计算结果表明冷端冻结温度的数值对非饱和土柱的顶部位移影响较大，而对温度场的分布规律以及冻结区的含水率分布影响较小。研究结果可为寒区非饱和土工程的设计和施工提供指导。