随着我国西部大开发的深化和“一带一路”倡议的逐步实施，以青藏高原为主的高寒地区将迎来经济发展和基础设施建设的新热潮。该地区海拔高、气候寒冷、昼夜温差大，岩体寒冻风化强烈，因此，高寒山区斜坡表面广泛覆盖着较厚的粗粒土坡残积层。近年来，高寒地区涉及粗粒土的高陡斜坡失稳和大型高位滑坡等地质灾害频发，对人民生命财产、工程建设和生态地质环境等构成严重威胁。这些灾害的形成演化过程及灾变机理与冻融作用下粗粒土的物理力学特性密切相关，但当前缺乏对此的系统性研究。
　　本文以西藏墨竹工卡县西南典型高寒山坡表层的黏质粗粒土为研究对象，采用现场调查、室内试验和理论分析等技术手段，对冻融循环作用下，不同干密度和含水率的黏质粗粒土的孔隙结构与电阻率等物理特性、单轴及三轴加载条件下的变形破坏机制及其本构模型、冻融界面的剪切机制和本构模型等进行了系统研究。主要研究内容和结论如下：
　　(1)在对黏质粗粒土颗粒组成、矿物成分、基本物理性质和压实特性进行测试分析的基础上，开展了冻融循环作用下不同干密度、含水率黏质粗粒土的孔隙结构和电阻率特性分析研究。结果表明，随着冻融循环次数的增加，试样的孔隙率和分形维数呈非线性增长，孔隙形状因子和概率熵不断减小，7次循环后趋于稳定，冻融作用增大了孔隙体积和边缘粗糙度，并使颗粒排列趋于定向；试样电阻率随着冻融循环次数的增加而呈先快速增大后逐渐稳定的规律，7次循环是趋稳冻融周期；冻融试样的电阻率随含水率、干密度的增大而显著衰减。基于修正Archie电阻率模型，建立了考虑冻融作用的非饱和黏质粗粒土电阻率模型，并分析了环境温度、孔隙水、密度、孔隙、矿物成分及结构性等因素对黏质粗粒土电阻率的影响。
　　(2)冻融循环下不同干密度、含水率的黏质粗粒土的单轴抗压试验研究表明，黏质粗粒土的单轴应力?应变关系以应变软化型为主，个别高含水率、低密度试样呈应变硬化型；随冻融循环次数和含水率的增加，应力?应变曲线从软化型向硬化型过渡；试样的峰前力学特性(单轴抗压强度、变形模量)、峰后力学特性(残余强度、软化模量)随冻融循环次数增加呈非线性衰减规律，7次循环可作为趋稳周期；相同冻融循环下，试样单轴抗压强度随干密度和含水率增加而分别增大和减小，但其残余强度变化无明显规律；冻融作用下的冰水相变、粗颗粒破碎和细颗粒团聚效应是黏质粗粒土强度冻融劣化的内在机理，且具有“临界值”现象；单轴加载下，试样剪切破坏面和剪切带特征与干密度、含水率和冻融循环次数密切相关。建立了冻融作用下黏质粗粒土的单轴抗压强度、变形模量与电阻率的定量关系，提出了基于电阻率的黏质粗粒土抗冻融性评价方法。对比基于变形模量和电阻率的冻融损伤演化方程，发现电阻率表征冻融损伤更优，并建立了黏质粗粒土单轴受荷下的冻融损伤本构方程。
　　(3)通过三轴压缩试验，系统研究了不同干密度、含水率的黏质粗粒土在冻融作用下的剪切强度、变形特性及其本构模型。研究发现，试样抗剪强度和强度指标(黏聚力、内摩擦角)随冻融循环次数增加均呈衰减规律，7次循环后趋于稳定；试样抗剪强度随干密度、围压增大而线性增长，随含水率增大呈线性衰减，且围压的影响最显著；试样的黏聚力受冻融和密度的影响更大，内摩擦角受含水率的影响更显著；试样剪切模量总体上随冻融循环次数增加呈非线性衰减，随干密度和围压增大而增大，随含水率增大而减小；试样的偏应力?应变关系以应变硬化型为主，随冻融循环次数和含水率增大逐渐向软化型过渡。以围压、极限偏应力为归一化因子，构建了冻融作用下黏质粗粒土应力?应变关系的归一化方程。基于邓肯?张模型，建立了可统一表征冻融黏质粗粒土应变硬化和应变软化特性的本构模型，并通过试验结果验证了模型的合理性。
　　(4)基于大型控温粗粒土直剪试验系统，对不同干密度、含水率的黏质粗粒土冻融界面的变形破坏特性及其本构模型进行了深入研究。冻融界面的剪应力?剪位移关系曲线以硬化型为主，高密度、高垂压时呈软化型，产生剪位移时存在启动剪应力；随着剪位移的增加，冻融界面先剪缩后明显剪胀，干密度越大、含水率越小时剪胀越显著。冻融界面的抗剪强度和强度指标(综合黏聚力、内摩擦角)随干密度的增加而显著增大，随含水率增加逐渐减小。构建了剪切过程中黏质粗粒土冻融界面颗粒力学行为的概念模型，分析了冻融界面水分迁移和重分布规律，提出了孔隙冰胶结系数的指标，并建立其与剪位移的关系以评价冻融界面孔隙冰的胶结效应。通过分析冻融界面剪位移与剪应力、初始切线模量和垂直压力的关系曲线特征，建立了黏质粗粒土冻融界面的非线性弹性本构模型。