冻土是具有土颗粒、冰、水和空气四相体系的多孔介质，其对温度变化十分敏感，由于冻土环境温度的变化，冻土中的水处于液、固两相相互转化的动态平衡中。对于寒区工程而言，随着气候的冷暖变化，冻胀和融沉成为寒区工程所面临的主要问题。土体的冻结和融化是系统水-热-力相互作用的复杂动态过程，涉及热学、力学等综合问题。本文通过室内试验、理论分析、数值模拟及现场监测相结合的研究方法，开展了冻土水-热-力相互作用过程的研究。　　本文首先基于自行设计的冻土水热特征试验箱，研究了冻土未冻水变化规律及其主要影响因素。考虑土体温度、水分及应力之间的相互影响，进而开展了土体水分迁移及成冰冻胀的试验研究，通过理论推导，建立了描述土体水-热-力相互作用过程的一维数学模型，并利用室内试验进行验证;最后，针对目前构筑物密集的青藏高原工程走廊，选取青藏铁路、公路及拟建青藏高速为研究对象，在满足工程热效应设计的条件下，分析了路基作用下多年冻土的热变化特征。然后考虑冻土流变特性，基于弹粘塑性本构关系，建立了描述冻土路基水-热-力相互作用的预测模型，并利用现场监测结果对模型进行检验，为完善工程走廊构筑物群热力效应的分析提供理论基础。通过研究，得到以下主要结论:　　(1)基于冻土水热特征试验箱，进行冻土未冻水变化规律试验研究。分析了不同土质、初始含水量、荷载及冻融过程对冻土未冻水变化的影响，结果表明:土质对未冻水变化规律的影响主要取决于土颗粒的活化比表面积，活化比表面积越大，颗粒对水分的吸附作用越强;同时，给出了无压条件下三种土样的未冻水随温度变化模式;不同初始含水量则主要影响土体冻结过程中的冻结速率，在冻结速率趋于稳定时，未冻水含量趋于一致;冻融过程对未冻水含量的影响主要体现为未冻水滞后，试验表明:冰-水相变是造成冻土未冻水滞后的直接原因。结合接触角概念，针对两种特殊的孔隙结构（圆柱状孔隙和球形孔隙），提出了解释未冻水滞后的理论模型，并利用试验结果进行验证。　　(2)进行了不同土质、温度梯度、外部荷载及温度边界下土体补水冻结过程的水分迁移及成冰冻胀试验研究。基于试验分析，建立了水分-冻胀预测模型。分析了水分对土体冻胀变形的贡献，得到了影响土体冻胀速率的主要因素。　　(3)基于室内试验，从质量守恒、能量平衡及静力平衡角度出发，建立了冻土水-热-力相互作用过程一维理论模型。结合冰透镜体萌生时的力学本质及发育稳定时的物理现象，提出了冰透镜体萌生和发育结束时的综合成冰判据。利用该模型对相关室内试验进行数值模拟，并与实测结果进行全面、系统的对比分析，验证了模型的可靠性。　　(4)从多孔介质理论出发，考虑冻土冰水相变，基于土体冻融过程中土体热稳定性计算模型，在满足工程热效应设计的条件下，选取青藏高原工程走廊内铁路路基、公路路基及拟建高速公路路基为研究对象进行分析。量化了路基作用下多年冻土的热扰动概念，分析了不同构筑物对下伏冻土热扰动的动态变化过程。　　(5)考虑冻土流变特性，从平面应变假设出发，采用弹粘塑性本构模型，建立了冻土路基水-热-力相互作用过程的二维预测模型，旨在为完善工程走廊热力效应的评估提供理论基础。然后，以青藏高原楚玛尔河附近试验路基为例进行数值模拟，结合现场监测资料，对模型进行检验。最后利用该模型对路基修筑后15年的地温场、水分场和变形场进行预测，结果表明:路基地温场分布的横向不对称性将导致土体水分和变形分布的不对称，这种横向不对称性可能诱发路基纵向裂缝，不利于路基的长期稳定性。