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冻土是一种温度低于0℃,并且含有冰的岩土体,我国冻土面积约占陆地面积的75%。在冻土区的高铁路基、油气管道站场、公路路基、机场跑道等大型基础设施的运营中,均遇到了包括冻胀在内的诸多病害问题。这些工程的共同特点是对场地进行部分或者大面积覆盖（水泥砂浆或沥青）,由于覆盖层具有不透水不透气特性,导致被覆盖的场地中的水分不能自由蒸发到空气中,在外界温度以及地下水等因素的综合影响下致使覆盖层下聚集大量的水分,形成“覆盖效应”,从而引发比天然场地更严重的冻胀病害。冻土区的油气管道及其相配套的站场等附属工程也不例外,受到冻胀病害的严重威胁,甚至影响管道、站场等附属设施的安全运营,依托工程实践开展冻胀病害的机理研究,提出相应的防治措施,可有效提升站场的服役性能,具有良好的应用推广前景和实用价值。本文在充分收集资料和对场地的冻胀病害调查的基础上,采用地质雷达、钻机、人工洛阳铲和探井等手段进行探测和取样试验分析,查明了该场地黄土地层结构、岩土工程性质和水分赋存特征;通过室内试验、数值模拟,以及现场监测,验证了该场地覆盖效应的存在,分析了冻融过程中该场地的水-气迁移和冷凝成冰的机理,详细阐明了混凝土场地土体的冻融变形机制,以及混凝土面板的冻胀破坏机理;提出了“阻-截”一体化的防治方案,基于数值模拟结果确定了最佳的换填深度和隔断层深度,并采用可拓理论综合评价了三种材料的治理效果,对现场治理工程的含水率变化,以及地面变形情况进行监测,评价了“阻-截”一体化防治措施的治理效果。研究成果如下:（1）实地调查发现研究场地内混凝土面板存在错台、开裂、隆起等冻胀病害,探测和取样测试结果表明:场地覆盖层下40m范围内土体存在松散、含水率大的区域,但不存在地下水;场地覆盖层下15m范围内土体含水率和同等深度的南侧、北侧高边坡的含水率一致,不存在其地下水和气态水的侧向补给;场地覆盖层下3m范围内,明显的含水率较高,尤其是0-0.5m范围内水分的聚集更加明显,证明存在覆盖效应,进而引发一系列冻胀病害。（2）通过毛细上升高度的分析,说明了盲沟处冻胀变形更加剧烈的原因,同时,也证明了覆盖层下的水分聚集主要是场地下伏土体中的气态水的迁移、冷凝、相变所致,无地下水补给。设计组装了冻融循环试验平台,验证了覆盖效应的存在,建立了水-热-气耦合模型,对室内试验的覆盖效应进行了数值再现,通过对比1.5cm和9cm处的温度和含水率的模拟值和室内试验实测值发现,其均方根误差和平均误差均趋向于0,一致性指数接近于1,验证了所建模型的有效性,并阐明了覆盖效应的形成机理。（3）通过在探坑6和探坑7中采用不同土质回填,并安装监测设备,完成了对场地2019年2月至2021年6月含水率、温度、位移、应力的监测,验证了该场地覆盖效应的存在,以及砂砾石土换填防治冻胀病害的良好效果;采用水-热-气耦合模型,重现了混凝土覆盖场地的覆盖效应,分析了场地水热变化规律,以及不同温度、含水率、土质类型对覆盖效应的影响;基于BP神经网络,预测了2021年7月至2022年6月不同深度的含水率,并结合已有监测数据和模拟数据进行对比,二者具有很好的一致性,说明所建立模型在混凝土覆盖黄土场地也是适用的。（4）通过单向冻结试验,验证了不同含水率的在非饱和土样均会产生冻胀变形,且冻胀变形量与含水率正相关;建立了冻融过程中覆盖场地水-热-气-力相互作用模型,数值模拟了场地土体冻融变形过程,结果表明其最大冻胀为5.779cm,融化后残余变形为0.535cm。基于混凝土弹塑性本构模型,阐明了该场地混凝土面板冻融开裂和单侧隆起的形成机制,发现当混凝土面板两侧与中间部位相对变形达到0.5cm时,混凝土面板中间开裂深度可达6cm,发生受拉开裂破坏;当面板中部场地冻胀变形达到6cm,面板单侧隆起变形达11.8cm,发生单侧隆起病害,这些均和场地实际情况一致。（5）提出了“阻-截”一体化的防治方案,即采用改良土减弱土体的冻胀敏感性和导水系数来阻止水分的向上迁移,使用隔水隔气的土工布来截断水分向上迁移的通道,并利用数值模拟确定最佳换填深度为0.7m,隔断层设置在地下0.3m处;基于砂土、抗疏力改良土、新型（发明专利）改良土的室内试验结果,分析了三种换填材料在覆盖效应下的水分迁移和热量传递过程,建立了可拓理论的综合评价模型,对三种材料换填的治理效果进行了综合评价,优选最佳的换填材料为抗疏力改良剂,在综合考虑施工成本等因素下,换填材料选择砂土。（6）制定“阻-截”一体化的治理措施,完成站场冻胀病害治理,采用SBAS-In SAR、水准测量等方法,对治理后站场的温度、水分变化,以及地面沉降变形情况进行监测和评价,结果显示:较未治理前,覆盖层下的水分聚集明显减弱,隔断层以下未出现负温,各监测断面不同深度处的含水率变化幅度明显变小,且整个冻融循环过程中变形量均小于5.1mm,表明所提的“阻-截”一体化防治技术方案在控制场地的温度、水分聚集和冻胀变形,具有良好的实践效果。