冻土是一种极其复杂多变的工程应用材料,其特殊的物质成分和复杂的结构决定了冻土具有复杂的工程特性。在传统的土力学研究中,土的本构关系都是应力与应变两者之间的关系。而事实上,自然界土体的应力与应变的关系与时间有着紧密的关系。越来越多的工程实例表明,岩土很多工程的破坏都跟冻土流变有关。因而,研究冻土的流变特性具有重要的理论价值和实践意义。正如土的本构关系在土力学中的重要性,土的流变本构关系也是土流变研究的关键所在。基于分数阶导数的基本定义,本文构建了一种新的流变元件Abel粘壶,与其他经典元件组合,得到了描述冻土流变特性的分数阶导数蠕变模型,即提出了在经典粘弹性模型理论中采用Abel粘壶代替传统的牛顿粘壶的新观点。利用经典粘弹性理论和分数阶导数理论对冻土材料的流变性能特别是蠕变性能进行了分析。在开尔文模型的基础上,利用人工冻土蠕变方程中参数的对应关系,建立参数非线性蠕变模型,针对整数阶微积分本构关系所需元件多等不足,采用分数阶微积分来描述人工冻土的蠕变过程。采集两淮地区的黏土进行重塑,在自行研制的WDT-100冻土性能试验机上进行了人工冻土的单轴抗压强度和单轴蠕变试验,对试验结果分别用经典Kelvin模型、分数阶导数Kelvin模型和经验公式进行了本构建模,并且采用遗传算法进行全局优化。研究表明：分数阶导数模型可以精确地拟合冻土的蠕变过程,而且形式简单、统一,在计算过程中需要调整的参数很少,往往比经典的Maxwell模型、经典的Kelvin模型、经典的三元件固体模型、经典的Burgers模型、经典的西元模型都要精确很多。分数阶导数模型理论将分数阶微积分理论和经典模型理论的方法统一起来,使得模型的物理概念更明确,并且使已有分散的分数阶导数模型工作系统化,使问题的解法系统化,它克服了经典模型理论与实验结果吻合不好的严重缺点,仅采用很少几个元件的组合就可以获得很好的效果,可以预见,分数阶导数模型在土的流变本构、结构减灾、高分子材料等研究领域及其计算中将有着广泛的应用前景。