随着寒区开发不断加快以及冻结法施工在岩土工程中的广泛运用，对冻土物理力学性质的研究越来越成为冻土工程的热点之一。超声波测试具有快速性、无损性等优点是研究冻土物理力学性质的有效途径之一。冻土中声波传播特性以及衰减特性等信息可用于确定冻土的物理力学性质。所以，本文进行了冻土声波特性与冻土物理力学性质关系的研究，希望通过研究能使超声波检测技术在寒区工程和冻结法施工中得到推广。本文在理论方面将冻土视作三相体研究了其声波的传播特性，利用RSM-SY5(T)型非金属声波检测仪对不同土质、温度、含水率、干密度、外荷载以及冻融循环条件下的冻土进行了超声波测试，同时测定了其在不同温度下的未冻水含量和抗拉、抗压强度。基于试验分析了各种因素对冻土波速的影响，建立了不同条件下冻土声波特性与其物理、力学性质之间的关系。根据弹性理论，利用所测波速计算冻土的动弹性力学参数，并建立了在单一影响因素变化条件下冻土波速与未冻水含量、强度之间的关系式。利用短时傅里叶变换及小波分析研究了冻土加载过程中声波传播的波形、频谱等特征。得到的主要研究成果如下:　　(1)冻土中的声波具有能量衰减大，声波指向性差，传播路径复杂以及构成复杂等特点。根据混合物理论结合有效应力原理，建立了冻土的三相声波传播方程。从方程可以看出波速受到土颗粒、液态水以及孔隙冰的影响，冻土波速随含冰量的增加而增大;　　(2)利用RSM-SY5(T)型非金属声波检测仪对不同条件下的冻土进行了超声波波速测试，得出冻结粉质粘土、冻结黄土和冻结砂土的超声波纵波波速和横波波速随温度降低逐渐升高，并且在-1℃到-7℃的温度范围内变化剧烈，它们的波速与温度之间呈非线性函数变化的关系;　　(3)存在一个临界含水率16.03％，使冻结粉质粘土的波速随含水率的增加呈先增大后减少的趋势。冻结黄土试样干密度接近，它的超声波波速随含水率的增加而增大。随着含水率的增加，冻结砂土的超声波波速出现高低起伏的现象。在含水率相同的情况下，随着冻土干密度的增加，土体中的孔隙率减小，声波通过的衰减减小。所以，这三种冻土的波速随着干密度的增加而增大，并呈很好的线性关系;　　(4)根据试验数据分析可知，随着未冻水含量的增加，纵波波速和横波波速减小。冻土波速与未冻水含量之间呈良好的线性相关性，这为利用超声波检测技术预测冻土中的未冻水含量打下基础;　　(5)冻结粉质粘土、冻结黄土和冻结砂土的动弹性力学参数可以通过它们的纵、横波波速计算得到。其中，动弹性模量E和动剪切模量G与温度之间呈非线性函数变化的关系，随温度降低而增大。温度降低，冻土抵抗变形的能力增加，计算得到的泊松比μ随温度的降低大致呈降低的趋势。根据弹性理论可知，纵波波速与横波波速之比与泊松比有关，所以可以利用测试得到的波速比来判断冻土的变形能力。冻土的类型不同，它们的纵、横波波速比不同，但是在一定的范围内;　　(6)冻土中的超声波波速与强度呈指数函数关系，相关系数高，说明波速与强度之间存在良好的相关性，可利用超声波波速估算冻土强度;　　(7)本文进行了轴压下冻土的超声波纵波测试，并采用傅里叶变换和小波分析对轴压过程中的声波信号进行了处理，获得了更多有用的信息。在加载过程中波速随应变的增大大致呈现先增大后减小的趋势。随着加载的进行冻土的频谱形状发生变化，谱面积和主频减小。加载初期尾波不发育，随着应力的增大、裂纹的产生尾波逐渐发育。声波的特征参数能在一定程度上反映冻土加载过程中损伤的发育情况;　　(8)冻融循环作用影响冻土的结构、物理力学性质，相应声波特性发生变化，随着循环次数的增加，波速呈现先增大后减小的趋势。　　以上研究内容和成果为超声波检测技术应用到寒区工程和冻结法施工中快速测定冻土的物理、力学性质提供理论和试验基础，能够为工程建设提供有力的安全保障。