青藏高原作为世界上最具代表性的高海拔冻土区,占我国多年冻土区总面积的75%,是我国十分重要的战略和资源储备要地。为合理开发、利用资源及促进社会经济发展,必然需要修建各类交通基础设施,而隧道工程作为铁路的组成部分是必不可少。但受寒冷气候影响,高海拔寒区隧道频繁遭受冻害的侵扰。迄今为止,针对预防和处治隧道冻害问题的研究至今仍然是寒区土木工程领域的重点之一。本文以青藏高原冻土区姜路岭隧道为工程依托,采用文献调研、理论分析、数值模拟和室内试验等研究手段,对隧道温度场分布特性及影响因素和隧道结构层冻融损伤性能劣化两个方面为开展研究,研究取得的主要成果如下:（1）通过文献调研,首先从理论分析、数值模拟和模型试验三个方面总结了寒区隧道温度场的研究现状;其次从材料冻融损伤的角度概述了混凝土抗冻耐久性研究的经典理论、试验研究和超声波无损检测技术的应用;最后总结目前预防处治寒区隧道冻害问题的常见措施。（2）借助传热学、流体力学和冻土物理学的基本理论,以姜路岭隧道为工程背景,结合数值模拟的手段和正交设计试验原理,建立寒区隧道温度场的数值模型,根据不同的大气环境因素对隧道温度场的影响,并从数值模拟的角度提炼出三个参数（洞口风温、洞内风速和持续时间）进行影响分析。以隧道衬砌结构温度和隧道冻结深度为评价指标,对大气环境因素对寒区隧道温度场的影响进行敏感性分析。结果表明:评价大气环境对寒区隧道温度场的影响敏感性可用隧道某段或全长的冻结深度和衬砌结构温度两种参考指标进行综合判断;衬砌结构温度的影响程度排序为:持续时间>洞内风速>洞口温度;隧道冻结深度的影响程度排序为:持续时间>洞口温度>洞内风速。（3）高海拔寒区隧道温度场分布特性表明,隧道洞口段的衬砌结构长期遭受正负温交替的冻融作用。为提高隧道衬砌混凝土抗冻融性能,针对高寒地区混凝土的抗冻耐久性问题,研究混凝土掺加不同掺量的粉煤灰和引气剂后的抗冻性能,通过声波检测仪在冻融循环过程中进行混凝土无损测试,研究冻融循环作用下混凝土质量、动弹性模量损失和声波波速变化规律。结果表明:粉煤灰掺量和引气剂对混凝土的抗冻性有较大的影响:掺入引气剂能够提高混凝土的抗冻性;相同引气剂掺量下,粉煤灰掺量为10%比掺20%的混凝土抗冻性较好;冻融循环过程中,超声波纵波波速与横波波速、动弹性模量与动剪切模量均随着冻融循环次数的增加呈相似性衰减,且存在较高相关性。（4）为更好的描述混凝土冻融作用下的性能劣化规律,基于混凝土冻融循环损伤劣化模型,根据试验所得的混凝土在冻融循环下质量和动弹性模量的变化,结合建立的质量和动弹性模量损伤评价参数,对比分析了多项式、指数型、线性函数和Weibull分布四种模型的拟合及寿命预测效果。研究结果表明:除了线性函数以外,其余三种模型均可以描述混凝土在冻融作用下性能加速损伤的趋势:在多项式函数中损伤加速度概念明确,且计算简单,拟合精度较高;指数型函数随着冻融循环次数增加加速损伤的趋势更加明显;Weibull函数形式虽较为复杂,但拟合精度较高且易收敛;而当混凝土抗冻性能很好或冻融循环次数较低时,试验中混凝土性能加速衰减趋势不明显时,线性函数拟合效果较为良好。