我国多年冻土的面积占据了陆地面积的21.5%,其中季节性冻土面积甚至达到了陆地面积的53.5%。随着我国经济的快速发展,对于冻土地区的资源开发和工程建设变得日益重要。冻土水分迁移引起的破坏是冻土地区工程的首要问题,这种冻害是冻土多场耦合的结果。冻土的耦合机理研究涉及多个学科,同时在数值模拟中需要大量参数来描述冻结过程,而这些参数的取值又会随着冻结过程的进行时刻变化,导致难以应用到实际工程中。本文基于核磁共振和单向冻结试验来研究冻土的未冻水含量特性及水热耦合模型,具体研究内容和成果如下:通过核磁共振试验测量冻土的未冻水含量-温度变化曲线,根据试验数据分析土样的冻结过程,研究冻土的未冻水含量的特性。以土样的相对饱和度为自变量,利用克拉贝隆方程中基质吸力与温度之间的关系,再结合核磁试验数据获得了相对饱和度和基质吸力之间的冻结特征曲线。基于傅里叶定律、质量守恒原理和达西定律推导出冻土的温度场和水分场控制方程。分析和确定水热耦合模型中热参数的取值,用核磁共振试验数据拟合得到渗透系数、水力扩散系数和固液比参数。使用冻融循环试验箱对粘土和细砂土柱进行了封闭单向冻结试验,获得了土柱冻结过程中的温度场和水分场数据。土柱在冻结后存在明显的裂缝、水分聚集和冰不均匀分布现象。冻结完成后,土柱中心点温度从暖端至冷端线性变化,冷端的含水量减少,暖端的含水量增加。先是建立粘土和细砂土柱的水热耦合模型,计算土柱的温度场和水分场,与单向冻结试验的结果进行对比,验证模型的准确性;之后又计算了变温度条件下土柱的温度场和水分场分布,并对模拟结果进行对比验证;最后通过水热耦合模型计算路基的水分场和温度场,分析温度、未冻水含量和含冰量随冻结时间的变化规律。