寒区土壤受到温度的影响,在低温的作用下,土壤中水分相态发生变化,形成冻胀融沉的现象,对建筑工程造成不良影响;冻结层的存在,对农田储水保墒作用显著,但同时也容易造成春涝灾害。这些灾害的发生主要的原因就是冻结过程中的水分迁移导致水分场重分布以及低温影响下的相态改变,因此对寒区土壤水热迁移的研究具有重要意义。本文以粉砂土为研究对象,自行研制了一套大试样单向冻结试验装置,针对冻结温度、初始含水率两个因素进行了封闭条件下的单向冻结试验,对不同埋深水分、温度进行实时监测,并采用COMSOL Multiphysics软件中PDE模块对非饱和状态下的冻土水热耦合方程进行数值计算,进而分析冻结作用下寒区粉砂土水热迁移规律。通过研究,得到以下结论:(1)土壤温度变化可分为三个阶段:快速下降期、下降梯度趋缓期、趋于平稳期,且各阶段随深度增加持续时间增长。冻结温度越低,冻结最大深度越深,温度下降速率越快,温度场达到稳定所持续时间越长,水分迁移速率、水分迁移量越大;土壤初始含水率越大,温度场各阶段持续时间越长,温度场达到稳定时间越长,温度下降速率越小,冻结锋面迁移速率变缓,水分迁移通量却增大。(2)土壤未冻水含量变化分为三个阶段:快速下降期、下降速率趋缓期、稳定期;冻结温度越低,未冻水含水率变化越剧烈,水分迁移速率、迁移通量越大,冻结锋面的推进速率越缓;温度势差对水分迁移的影响显著,势差越大,迁移量、迁移速率越大。(3)冻土水热耦合模型与实际试验规律分布基本一致,利用模型对不同初始条件的水分场、温度场进行计算分析是可靠的,对寒区土壤水热迁移研究具有一定的借鉴意义。