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凍脹由于融土在凍結過程中的水分遷移、析冰、凍脹使土壤的體積增大，那么反過來，在凍土融化過程中，土壤的體積就會變小，需要土壤顆粒去填充土壤融合后多出來的空間，這就會引起局部地面的向下運動，這種情況被稱為熱融沉陷。雖然青藏高原的凍土層很多處于長年凍結狀態，但凍土層的狀態并非是一成不變的，由于受到太陽輻射熱年際變化和季節氣候變化的作用，形成了寒季凍結、暖季融化的活動層。而多年凍土活動層的寒、暖交替，以及凍土層的溫度變化會影響工程的正常開展。而路基修筑后，必然改變地表面的水熱交換條件，并引起基底土層壓縮等一系列變化，加上修建路基時有可能改變地表水和地下水的逕流條件，當排水措施不當時會產生路堤過水和堤側積水現象，其后果往往是由于水體的熱作用，使地下冰融化，路基下沉甚至發生突陷。因此，多年凍土地區大多數路基病害都是由于凍土的凍脹、融沉等不良凍土現象引起的。以青藏公路為例，85%的路基病害是融沉造成的；15%為凍脹和翻漿所致；橋梁和涵洞的病害主要由凍脹引起；在高溫凍土區的路堤上，由于陰、陽坡下的融沉不同，因而在向陽面的公路左側產生縱向裂縫……誠然，除了普遍存在的融沉和凍脹問題之外，多年凍土區還廣泛分布有各種不良凍土現象——冰椎和凍脹丘、融凍泥流和熱融滑塌、熱融湖塘和凍土濕地等也會對鐵路工程施工與運營維護造成巨大負面影響。42年潛心研究攻克凍土難題雖然在多年凍土區修筑鐵路和公路已有百年以上的歷史，但回顧這些道路的運營情況，卻并不令人樂觀：據1994年俄羅斯貝阿鐵路（第二條西伯利亞大鐵路，全長3500KM，通過多年凍土2500KM）的統計，該段鐵路病害率為27.7%；俄羅斯在1996年對后貝加爾鐵路（第一條西伯利亞大鐵路，全長9446KM，穿越多年凍土2200KM）的調查表明，在運營了一百多年后，線路的病害率高達40.5%；中國在青藏公路改建工程完成后，在1999年進行了一次調查，線路病害率達31.7%；中國東北凍土區鐵路線路病害率也比較高，運營早期還發生過路基突然下沉的事故——1962年，牙林線潮烏段8KM處曾發生4小時內路基下沉1.4米，造成機車掉道的事故。正因為凍土工程問題是一項世界性難題，為解決青藏鐵路建設的凍土工程問題，自1960年開始，鐵道第一勘察設計院、中鐵西北科學研究院、中國科學院寒區旱區環境與工程研究所等單位就著手在以風火山地區為中心的高原多年凍土區，開展長期、不間斷地對凍土區氣象、地溫、太陽輻射等項目的觀測研究，并進行了凍土熱學、力學性質試驗，積累了長達40余年的不可替代的基礎數據資料，為青藏鐵路建設實踐提供經驗。1960年，科研人員開始對凍土水熱變化規律和年變化層溫度、熱流以及凍土力學性質進行研究，為工程實踐提出了凍土工程分類及設計參數。至70年代，成功編撰《青藏高原多年凍土地區鐵路勘測設計細則》及7個技術附件，對將來青藏鐵路設計工作起到指導作用。

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