冻土是含有土颗粒、冰、水和空气的复杂四相多孔介质体系，对温度的变化十分敏感，土体冻融过程中水热特性的变化会导致冻土的力学性质的改变，进而影响上部构筑物的稳定性。本文通过一系列室内试验和理论分析，对不同条件下土体冻融过程中的水热特征因子，如导热系数、冻结温度、未冻水含量及基质势等进行了深入研究，研究选用的土体为青藏高原粉质黏土;同时，对土体冻融过程中的冻胀变形进行了分析，并从冻融过程土体水热变化的本质出发，对预融膜理论及其应用进行了综合评述，以期为寒区工程建设及数值模拟研究提供科学基础。得到以下主要结论:　　(1)通过试验分析了土体冻融过程中导热系数随温度的变化规律。结果表明:对于融土以及未冻水含量发生少量变化的冻土，导热系数随温度的变化很小;初始干密度相对大的土体经历一个冻融循环，回到同样温度时的导热系数会变小，而初始干密度相对小的土体则会相反;初始含水量相对大的土体经历一个冻融循环，降温冻结和升温融化过程中相同温度时导热系数之间的差值，比初始含水量相对小的土体导热系数的差值要大;冻融过程对导热系数的影响是通过冻融过程改变孔隙结构及未冻水滞后两方面来达到的;现有的算术加权平均模型、调和加权平均模型及指数加权平均模型三种导热系数计算模型均能反映出相变及冻融过程对导热系数的影响，但是指数加权平均法与试验结果最为接近。　　(2)测定了不同初始含水量土体的未冻水含量及温度，分析了引起未冻水含量及冻结温度产生差异的主要原因。结果表明:初始含水量较高的土体，冻结过程出现了明显的过冷及温度和未冻水含量的剧烈变化，而初始含水量较低的土体，这种现象并不明显;初始含水量较大的土体冻结点高于初始含水量较小的土体，并且对温度突变的敏感性大于初始含水量较小的土体;未冻水滞后度和温度滞后度均是先增大后减小，未冻水滞后度的峰值发生在冻结点附近，其峰值随着初始含水量的增大而增大;初始含水量等于或高于液限含水量时，含水量对冻结温度影响不大，初始含水量低于液限含水量时，冻结温度随含水量减小而降低。　　(3)测定了土体冻融过程中的基质势及变形。结果表明:冻结过程中，基质势发生快速变化的区间正好是土中水的剧烈相变区，基质势对土体温度的变化具有很强的敏感性。融化过程中，融化初期基质势降低的速率比较高，之后降低的速率有所减缓，呈现半U形;融化后期，土体基质势和未冻水含量都会发生一个剧烈变化，但是基质势突然减小的速率远远大于未冻水含量突然增大的速率，并且发生的时间上基质势的剧烈变化早于未冻水含量的剧烈变化。每一个冻融循环土体的变形都可以分为四个阶段:冷缩、快速冻胀、缓慢冻胀以及融化变形，其中融化变形还包含了融化前的融胀阶段。随着循环次数的增加，冷缩值减小并逐渐趋于稳定，而融胀值随循环次数的变化不大。第一个冻融循环的净变形、冻胀率以及融化下沉系数远远大于之后的几个循环，总变形随着冻融循环次数的增加而增加，但其增加的幅度越来越小。　　(4)从预融热力学和预融动力学两方面对冻融过程中的预融膜理论进行了简要评述，论述了预融膜理论在正冻土水热力耦合问题中的应用。结果表明:预融热力学的驱动力是界面能量的减少。预融动力学认为，由于温度不同，基底冷端预融膜的厚度要小于暖端的厚度，基底分离是在预融膜和温度梯度的共同作用下进行的。预融膜理论始于表面界面物理，从微细观角度对冻融过程中土体水热变化的本质进行了研究，为冻土水热力相互作用研究开辟了一个全新的视角。