寒区工程的勘察、设计与建设等过程须掌握冻土蠕变特性。其研究能准确预测冻土长期蠕变变形和强度衰减规律,用于有效地减少蠕变所带来的工程灾害。球形压痕试验有其他静力强度试验不具备的众多优点,是确定冻土蠕变特性的有力测试手段。然而,相关研究较为关注冻土的长期强度预测。基于压痕试验,本文研究了冻土松弛模量表征方法,分数阶粘弹性力学模型的参数识别准则,压痕试验过程中接触应力及变形规律,开展了冻结砂基本物理性质,球形压痕及超声波测试等试验。研究成果可为完善冻土松弛模量表征方法,理解冻土、模板之间的接触力学行为,判定粘弹性力学模型是否有参数反演唯一解提供参考。主要成果及结论如下:首先,建立了参数识别准则和恒载蠕变测试、加载蠕变测试和松弛测试的松弛模量表征方法,证明:仅须进行其中任一种测试,便能由试验数据确定松弛模量及蠕变柔量函数;若所有参数为未知量,参数反演无唯一解;若给定泊松比,当模型中含有两个以上的分数阶Maxwell体或弹簧元件与分数阶Kelvin体串联时,参数无唯一解;若有两个以上的分数阶Kelvin体串联时,须使松弛时间或分数阶不同,参数反演才有唯一解;给定泊松比,分数阶Kelvin模型有反演唯一解。由此借助分数阶Kelvin模型导出三种测试方式的解答。其次,基于分数阶Kelvin模型解答,本文分析了冻结砂恒载球形压痕试验,将预测的冻土松弛模量和相近条件下的静、动力试验结果对比。本文还将PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的球形压痕松弛及圆锥压痕蠕变试验,PC(聚碳酸酯)的圆锥压痕松弛及蠕变试验的松弛模量分析结果和单轴蠕变的对比。本文进一步分析了冻结黏土的单轴蠕变数据。结果表明:分数阶Kelvin模型比较适用于高含冰量冻结砂,其预测的冻土松弛模量变化规律跟Roman解答较一致,且两者比静、动力测试结果偏小。PMMA松弛模量预测值比已有研究更接近单轴蠕变的结果;但是,PC的松弛模量,蠕变柔量随时间变化预测规律跟单轴蠕变的不一致,这与分数阶Kelvin模型缺少描述弹性瞬时剪切变形的元件和圆锥形压头尖端应力高度集中有关。预测的冻结黏土松弛模量随温度和应力的变化规律再现了已有研究结论。最后,有限元模拟佐证了压痕边缘的“堆积”现象。所得到的接触压应力随径向距离单调递减,分布规律与Hertz理论解答较一致。而切向应力随径向距离单调递增。刚开始较大的接触压应力(大于10 MPa)是引起冰晶压融,冻土结构劣化和松弛模量快速衰减的根源。随着接触面积扩大,压应力的分布趋于均匀,松弛模量随时间变化更加缓慢。