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随着人类活动，尤其是工程活动的加剧及气候变暖的影响，导致青藏高原线性工程两侧多年冻土退化、植被退化、沙漠化趋势增强。目前，铁路沙害呈现出迅速增长的趋势，青藏公路、铁路全线处于不同沙漠化区域中，受到不同程度的沙害。在气候变暖和风沙堆积填堵条件下，块石路基这一“主动冷却”路基核心技术的服役性问题亟待解决。本文在研究风积沙的热物理特性基础上，通过现场试验、室内模型试验和数值方法对风积沙条件下冻土地温变化、块石结构的降温性能及块石路基的长期服役性进行了评估和预测。为应对不利环境下块石路基结构降温性能下降的问题，提出了在块石路堤坡脚处斜插热管的补强措施，并通过数值模拟方法对其效果进行了初步验证。以期为多年冻土区沙害地段块石路基的病害治理以及拟建青藏高速公路风沙穿越区病害预防方案选择提供科学依据、为评价预测青藏高原沙化对冻土环境影响提供参考。得到的主要结论如下: (1)风积沙颗粒相互支承，呈点与点的接触，颗粒间孔隙很大，磨圆度高，分选好，呈类球形。表面的撞击坑、擦痕使得颗粒的比表面积增大，连通性增强，孔隙率增加，保水性较差，渗透性较强;干燥状态的风积沙相互接触面积减小，空气填充孔隙，其换热的主要方式是固体颗粒的导热，导热系数较低;而湿润状态下，正温时孔隙由水填充，间接增大了风积沙的接触面积，导致导热系数增大;负温时孔隙内的水变成冰，从而导致导热系数进一步增大。 (2)为了探究风积沙对多年冻土温度的影响，通过室内模型试验与数值模拟方法对风积沙等不同下垫面类型对多年冻土温度的影响过程及机理进行了研究。模型试验结果表明，草皮能够有效的削弱辐射灯发射的长波红外辐射，具有一定的隔热保温作用，地表草皮覆盖有利于多年冻土的赋存;地表沙化后，土体底部温度增高。沙层具有隔热保温作用，湿沙吸放热能的能力强于干沙;薄沙层覆盖条件下土体底部温度较厚沙层覆盖条件下低。数值模拟结果表明干、湿沙状态下，沙层覆盖后人为冻土上限均抬升，且随着覆盖厚度增加，抬升幅度逐渐增大;而干沙层覆盖后下部冻土温度升高，湿沙覆盖后下伏冻土温度降低。 (3)块石结构冷却技术的长期性现场试验结果表明封闭块石层内部传热方式主要为自然对流，且自然对流仅发生在冷季，对流强度不仅与块石层顶底温差有关，而且受块石层有效对流高度的影响。随着填堵厚度的增加，块石层内有效对流高度逐渐减小，临界温差值逐渐增大，自然对流越不容易产生，块石的降温性能减弱，对块石层的服役性能极为不利。初始年平均气温为-3.20℃，气温升温率为0.026℃·a-1条件下，块石层内部瑞利数随运行时间的增长而逐渐减小，自然对流减弱，冻土上限降低;对于1.5 m块石层被风积沙填堵0.6 m后，能够抵御升温1.04℃的影响，若气温进一步升高，块石层降温效果减弱，多年冻土将处于退化状态。 (4)在年平均气温为-4.5℃条件下，开放块石路基受外界风的作用，其内部流速较大，对流换热方式以强迫换热为主，路基下土体的降温效果明显，土体储存冷能较多，能够有效发挥冷却路基、降低多年冻土地温的作用，并且路基下冻土热状况稳定，能够抵御50年气温升高2.6℃的影响。开放块石路堤坡脚块石路层被风沙填堵覆盖后，降温效果显著下降，冻土上限下降，年平均地温升高，路基下冻土处于较高温度状态，对路基热稳定产生不利影响。 (5)高温多年冻土区，风积沙填、堵覆盖对开放块石路基降温效果影响较大，路基中心下部冻土上限显著下降，年平均地温上升。低温冻土区，风积沙填、堵覆盖对块石路基下冻土上限影响较小，但年平均温度上升幅度较大。对于不同含冰量类型的冻土而言，随着含冰量的增加，冻土上限下降幅度越小，而在年平均气温相同的情况下，年平均地温随含冰量的变化幅度较小。在气候变暖和风沙作用下，少冰冻土对外界环境变化的响应较大，冻土上限明显下降。 (6)对于封闭块石路基而言，薄沙层覆盖对路堤坡脚下部冻土上限影响较小，厚沙层覆盖后路堤坡脚下部冻土上限抬升明显。干沙层具有隔热保温作用，干沙层下存在着热积累，干沙层在抬高人为上限的同时，下伏冻土温度也普遍升高，这对在高温高含冰量区冻土路基的热稳定性极为不利;而湿沙层覆盖后路堤坡脚下部冻土上限也有较大抬升，且下伏冻土温度降低。 (7)为应对不利环境下块石路基结构降温性能下降的问题，提出了在路堤坡脚处插入热管的补强措施。热管制冷效果显著，路基内部以及热管周围多年冻土的温度得到显著降低，人为冻土上限明显抬升，大幅提高了路基的热稳定性，可以缓解风积沙填堵覆盖造成的局部升温问题。在年平均增温率为0.052℃·a-1，年平均气温为-4.5℃条件下，通过对气候变暖和风沙背景下热管-块石复合路基未来温度场进行预测分析，发现热管-块石复合路基能够有效的降低路基下土体温度，能够抵御气候变暖和风沙层的影响，维持路基下多年冻土稳定，确保冻土路基的长期热稳定性。