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冻土是一种由土颗粒、未冻水，冰和气体组成的复杂的特殊土，冻土受力作用下其内部结构变化是一个极其复杂的过程，由于实验手段和技术的限制，仍有许多问题没有得到很好的解决。本文从最基本的试样制备出发，通过大量实验，对比了多种制样方式和冻结方式对冻土试样内部初始结构，干密度与含水量分布的影响，确定合理的制样方法，在此基础上，进行了冻土受力作用下的单轴与三轴剪切实验，并对试验的全过程进行了无损CT实时监测，获得了各个阶段试样不同部位的CT图像，然后应用图像数字化技术，实施了对CT图像的初步处理。主要结论如下：
(1)基于不同制样方法，对比分析了试样各部位含水量与干密度的分布状况。对两头压实法制得的试样进行CT扫描，一方面，获得了两种试样中土颗粒和水的质量吸收系数；另一方面，通过CT扫描结果，对试样的均匀性进行评价。整体来看，试样的CT数方差不大，密度分布比较均匀，且粘粒含量越高，用两头压实法越容易获得较均匀的试样，满足我们对试样均匀性的要求；
(2)径向冻结情况下，不同土质及状态的试样内部水分在冻结过程中，均是向周边迁移，造成中心含水量减少，边缘含水量增大的变化趋势；在冻胀力作用下，冷端即试样边缘土体膨胀，密度减少，中心部位密度不变或增大，整体饱和试样冻胀，非饱和试样由于内部孔隙率大而冻缩；自上而下单向冻结情况下，不同土质及状态的试样内部水分在冻结过程中，含水量均发生边环增大，中心变小，上层增大，下层减少的变化趋势。饱和兰州黄土试样密度整体下降，饱和青藏粘土则发生了上部和边缘密度减小，下部和中心密度增大的变化，非饱和试样整体均冻缩。对比含水量变化图与密度变化图可知，其变化趋势互为镜像，说明在冻结过程中，随着水分迁移的进行，试样不同部位土体产生收缩或膨胀；
(3)从冻结前后试样内部含水量差看，无论兰州黄土还是青藏粘土，单向冻结对于含水量分布的影响要较径向冻结方式造成的影响为小，并且在不饱和土样中两者相差更大；从试样干密度的标准差的变化来看，对于试样干密度的分布，饱和兰州黄土试样受径向冻结方式的影响较大，饱和青藏粘土试样受径向冻结方式和单向冻结方式的影响都较大，其余情况下，变化较小．
(4)研制专为CT机配套的三端控温压力仓，利用外置冷浴，通过阀门开关控制冷媒的流量，克服了由于保温困难而产生的仓内温差较大的问题，最终温差控制在±0．1℃，达到实验精度的要求．
(5)不同温度条件下，冻结兰州黄土的应力～应变曲线具有相似的规律，土体的弹性模量相差很大，温度越低，弹性模量越大；高温冻土对于温度变化非常敏感，其力学响应也更依赖于温度和含冰量，所以对于高温高含冰量冻土的研究需要有别于常规冻土。冻结温度对冻土强度有决定性的作用，本次试验中，高、低温冻土试样强度相差6倍以上．
(6)单轴受力状态下CT实时监测表明，试样在加载初期体积收缩，但随着荷载的进一步增大转为膨胀。直至试样破坏，样品内部的压密和膨胀一直都在进行。CT数变化与冻结温度息息相关，在0～-2℃范围的剧烈相变区，CT数变化幅值较大，总体而言，低温冻结试样的CT数小于高温冻结试样；通过CT值计算试样干密度和体积含水量的分布，中心区域密度最大，而外围区域密度最小，全区、大区和中环密度较为接近，试样密度整体呈现出沿径向减小的趋势，而体积含水量的分布规律与之相反；随着加载的进行，试样密度经历了不变-缓慢减小-大幅度减小的过程，而体积含水量基本保持不变或略微下降．
(7)不同温度条件，冻结兰州黄土在三轴受力状态下其偏应力～应变曲线具有相似的规律，一开始在围压作用下，试样沿径向方向被压缩，导致试样单向伸长；低温冻结试样的弹性变形持续时间长于高温试样，1MPa围压下的三轴力学试验中，温度越低，土体的弹性变形模量反而越小。试样塑性变形阶段持续较长时间，在应变以恒速率增大的同时，偏应力虽继续增大，但增大速度趋缓，即使样品轴向变形达到了20％，偏应力仍在持续增大，围压的存在，使得冻土试样在不断受力过程中内部结构有了更大的调整空间，进一步强化了冻土体的塑性特征。在同一围压下，随负温的增大，相同条件下冻结兰州黄土的轴向变形减小，体缩量增大，膨胀量减小。围压作用后，其强化作用在试样的外围区域体现的尤为明显．
(8)三轴受力状态下，各试样整体损伤量基本都在0．1以下，相对于单轴受力状态下试样的损伤度要小得多，故围压对于冻土试样有“抗损伤”的功效；随着应变与偏应力的增大，损伤量也不断增大，对不同温度的试样而言，要产生相同的损伤，低温试样需要的偏应力远比高温试样需要的偏应力来的大．
(9)对CT图像的数字化处理可以使得CT图像更加清晰直观，根据CT图像的直方图可以动态、定量地分析冻土受力作用下的内部结构的变化过程，比单纯的CT图像更定量化，更易于提取图像包含的特定信息：灰度均衡扩大了灰度值的范围，增强了图像的整体对比度，土颗粒与孔隙的反差明显变大；经过梯度锐化之后，图中的孔隙与裂纹边缘有了明显的突出，图像细观结构更加清晰可见；利用Canny边缘检测算子，实现了CT图像的边缘检测，检测效果较好，孔隙和裂纹的轮廓比较清楚，能得到冻结试样不同阶段的细观结构图像，为后续有限元分析提供了真实准确的图像资料。