中国东北冻土区地处欧亚大陆冻土区边缘,自20世纪80年代以来年均气温增暖幅度增大,大兴安岭北部和小兴安岭地区尤为显著。在此大背景下,东北多年冻土开始退化,公路建设等人类活动更加速了多年冻土的退化。反过来多年冻土的退化对其上部构筑物的稳定性产生了极其不利的影响,对公路建设而言,路基不均匀沉降、边坡失稳等常有发生。为探究气候变化背景下多年冻土退化对中国东北地区多年冻土赋存状态及对多年冻土区高等级公路路基的影响,以穿越小兴安岭西北段的北黑高速公路加宽扩建工程为依托,以北黑高速公路K161+200-K161+800岛状冻土路段为研究对象,从2009.09到2016.10,通过进行区域地质勘察,地温、路基沉降、地下电阻率、孔隙水压力等参数变化长期观测,分析路基下岛状多年冻土的变化特征和退化过程;结合路基分层沉降数据,了解多年冻土融化、固结排水过程,对多年冻土区路基在施工期和运营期的沉降特征进行分析;结合DSC法检测未冻水含量试验,对黏土在冻融过程中未冻水含量呈现不同变化规律进行分析,并提出黏土冻结和融化过程未冻水含量的计算模型;结合多年冻土路基沉降特征,提出东北多年冻土区路基沉降计算方法并科学预测工后沉降。气候数据分析结果表明北黑公路岛状冻土区的年平均气温和融化指数从1980年后逐渐升高,冻结指数逐渐减小,冻结数自]988年降至0.5以下,由此判研究区断岛状冻土进入强烈退化阶段;地温监测路段地基下冻土温度高于-1℃,受季节变化影响明显;路基左坡脚和中央分隔带冻土总体表现为上限下降、下限上升,冻土退化剧烈,左坡脚处冻土上限下降幅度低于中央分隔带处,左坡脚处冻土下限上升幅度高于中央分隔带处。路基分层沉降分析表明路基加宽施工期间(2009.07～2011.08),路基沉降量的80%以上(K161+440左坡脚处总沉降量7.75cm,冻土层沉降量6.35cm)来自于地基下伏多年冻土的热融变形,公路运营期间的沉降变形主要来自于地基下多年冻土融沉及固结变形。多年冻土区公路路基的沉降变形呈现出季节性特征,融化季沉降较大,冻结季变形只有非冻土排水固结,冻胀量小于沉降量,冻胀现象不明显。DSC试验结果表明黏土在冻结和融化过程中未冻水含量呈现不同变化规律,土体冻结过程中存在过冷温度,且过冷温度不受初始含水率影响,融化过程中土体在0℃时不会完全融化。提出黏土冻结和融化过程未冻水含量的计算模型,通过测试4种不同初始含水率的未冻水含量试验与计算结果进行对比,可知模型能较好的反应黏土中未冻水含量的变化特性。预测路基最终沉降量结果表明路基左坡脚处冻土于2021年完全融化,路基中央分隔带处冻土于2017年完全融化。自施工阶段开始路基最终沉降沉降量,左坡脚达到0.97米,左路肩达到1.291米,中央分隔带达到0.977米,右路肩达到0.297米,因孔隙水压力作用,完全融化后还需一段时间土体才能固结完成。通过与2015年、2016年沉降监测数据进行对比,左路肩与中央分隔带处模型计算值与沉降值较为符合。本文对于探究东北多年冻土退化过程及冻土工程稳定性有重要意义,为公路设计、施工各个环节的方案决策提供了有力的证据,同时为东北寒区公路建设积累下宝贵的经验。