随着一批高黏土心墙堆石坝工程在我国高海拔、高寒山区开工建设,心墙土料冬季施工过程中如何防冻成为困扰这些大坝建设的重要问题。在负温条件下心墙土料会因短时冻结而引起压实性能的降低,且土体经冻融后可能诱发冻胀、融沉、开裂等结构病害,造成强度损失和防渗性能的劣化。工程经验表明:经上层填料覆盖后下层土料的温度一般可保持相对稳定,受外界负温影响不明显。由此,寒区心墙土料冬季施工防冻的关键在于施工暴露时段（填筑过程）内坝料的冻融防护。现阶段,对于寒区心墙土料的冬季施工防冻措施相对匮乏,尚存在白天有效施工时间过短,对施工过程干扰严重,过于依赖外部热源,难以实现有效的施工过程中的精准控温等不足,造成寒区土石坝冬季施工过程中过度保护或欠保护现象时有发生。为解决寒区土石坝心墙土料在冬季施工过程中进行防冻控温的实际工程问题,本文借鉴相变材料（Phase Change Material,PCM）在道路、建筑领域的相关研究成果,深入研究了心墙相变黏土及其冬季施工防冻控温理论方法与技术,论证了相变黏土作为心墙防渗体材料及冬季施工控温等的可行性,旨在为解决心墙土料冬季施工防冻控温问题提供新的技术手段。这对于解决寒区心墙土料冬季填筑施工过程中的冻融问题、有效延长可施工时间、实现精细化控温管理具有重要的理论与实践意义,尤其是可为我国寒区超高黏土心墙堆石坝的建设与运行安全提供有效的技术保障。本文的主要研究成果概述如下:（1）研制了用于施工过程中防冻控温的新型心墙土料（即心墙相变黏土）。在此基础上,提出了心墙相变黏土的制备及施工方法,从PCM分子与黏土颗粒之间相互作用角度,分析了PCM掺量对心墙相变黏土物理力学性能（压实特性、界限含水率、直剪强度、无侧限抗压强度、变水头渗透系数等）的影响机制,论证了其作为土石坝防渗体材料的可行性,并针对心墙相变黏土的物理力学性能改良给出了工程建议,从而为解决寒区土石坝黏土心墙冬季施工防冻问题提供了一条潜在途径。（2）分析了PCM掺量对心墙相变黏土等效热学参数（相变温度、相变潜热、导热系数和比热等）的影响机制,论证了石蜡基PCM的热可靠性,建立了适用于心墙相变黏土的热学参数均质化等效模型,揭示了心墙相变黏土的热学性能变化规律,从而为任意配比下心墙相变黏土的等效热学性能参数的有效估计提供了参考依据。（3）设计了模拟工况下和冬季真实环境下的控温性能试验,分析了表层温度和温度剖面的时间演化规律,验证了心墙相变黏土在冬季施工工况下的实际控温效果。在此基础上,揭示了心墙相变黏土表层温度演变过程中的蓄放热机理,论证了下层接触土料对表层心墙相变黏土的供能作用,从而为分析以分层填筑碾压为特点的心墙土料的冬季施工控温性能提供了理论基础。（4）针对大尺寸控温模拟试验的变量控制操作难度大,不利于对其制备方案影响因素的敏感性进行精细定量分析的问题,提出了心墙相变黏土冬季施工控温数值模拟方法,给出了大尺寸控温模拟试验的相变传热过程模拟基本流程与边界条件。在此基础上,建立了考虑结晶度影响的相变传热有限元数值模型,实现了模拟工况下心墙相变黏土冬季施工控温过程的有效模拟,从而为心墙相变黏土制备方案对控温性能的影响分析与优化提供了可靠途径。（5）分析了PCM的材料参数（掺量、导热系数、比热、相变潜热、相变温度中心值和相变温度范围等）对心墙相变黏土冬季施工控温性能变化的敏感性,并讨论了制备温度与PCM掺量对控温效果的联合影响,提出了心墙相变黏土制备方案的优化方法,确立了心墙相变黏土制备温度优化的基本原则与制备方案的拟定流程,从而为确定不同环境工况下心墙土料保温所需的PCM最优掺量与合理的制备温度提供了依据。