随着全球气候变暖,赋存在东北多年冻土区的岛状冻土存在严重的退化现象,造成地基承载力下降,引起公路的的不均匀沉降;并且由于冻土退化造成的地质灾害如滑坡、泥石流等也是屡见不鲜。结合东北年平均气温,保护冻土的原则不再适用,针对这种情况,有些学者提出针对高温冻土,可以用预先融化冻土的方法来减轻由于冻土退化所带来的灾害。冻土是一种对含水率及温度很敏感的土体,因此预融过程中对土体内部的水分场、温度场及其之间耦合作用的研究具有重要现实意义。与此同时,在判断冻土内部热量及水分迁移时常常需要用到土壤的比热容、导热系数及未冻水含量等参数,基于这种背景下,本文主要研究内容如下:(1)提出将DSC(差示扫描量热仪)运用到冻土的热分析试验中,验证了其可行性,总结出一套适用于冻土比热容测试的升降温速率及制样方法;研究了干密度及初始含水率对冻土比热容和导热系数的影响;建立了包含潜热和显热的冻土比热容计算公式。(2)利用DSC对实验过程中热流的精确记录,提出了一种新型测量未冻水的方法,并将DSC测量未冻水的试验结果与NMR(低场核磁共振)测量未冻水的试验结果对比,验证了这种方法的准确性。在此基础上建立了融化过程中未冻水含量的计算模型。(3)基于非饱和土的达西定律以及傅里叶传热基本准则,推导出三维情况下,忽略土体内部水汽移动,以含水率为变量的水分运动控制方程;同样维度情况下,将冻融过程中的冰-水相变作为内热源处理,推导出考虑热传导及对流传热的温度控制方程;最后将融化过程中未冻水含量与温度的关系作为联立方程,建立了空间三维条件下冻土融化过程中的水热耦合模型。(4)基于对有限元软件COMSOL Multiphysics进行二次开发,分析冻土中存在热源情况下融化过程中温度与水分传递规律;最后将室内模型试验结果与仿真结果进行对比分析,进一步验证了所建立水热耦合模型的可靠性。