外界温度变化时，土体会发生冻结或者融化。土的冻结和融化直接是一个温度场变化的过程，然而由于冻土的特殊性，在冻结和融化过程中其内部温度场的改变会导致土中孔隙水发生迁移、应力状态发生变化以及土体产生变形。应力、含水量等诸多因素的改变会影响到冻土的热学性质，反过来又加剧了温度场变化的复杂性。这种发生在冻土中的水热力相互作用是冻胀、融沉等冻土特有自然现象产生的根本原因，因此对冻土水热力的相互作用及变化规律的研究在冻土学及冻土工程领域都具有重要的意义。　　 本论文依据由简入繁的原则，根据研究的内容的侧重点，先单独研究冻土内温度场的变化规律，然后考虑温度与水的相互作用建立水-热耦合模型，最后综合考虑水、热、力的相互作用建立水-热-力三场耦合数学模型。在数值模拟方面，本论文主要采用Comsol Multiphysics有限元多物理场耦合分析软件。由于Comsol Multiphysics具有灵活地自定义微分方程以及任意扩展物理场的特点，因此本论文所建立的数学模型和推导的数学表达式可以方便地应用该软件来模拟实际问题。　　 整理青藏高原季节性冻土区的实际观测资料结合数值计算结果，考虑冻土相变过程，分析了不考虑水分迁移及冻胀作用情况下的冻土温度变化规律。以下垫面附面层底部作为计算温度场上边界，上边界温度值为气温与附面层温度增量之和，下边界采用热流边界，计算了青藏高原季节性冻土区天然地面下的温度场，计算结果总体与实测值符合较好。预测了在全球气候变暖的大背景下季节性冻土地区公路路基50年内的温度场。计算表明，5年之后路面下最大冻结深度减少0.4m;20年之后路面下垫面附面层以下全部退化为融土，天然地面下最大冻结深度减少1m;50年之后路基附近季节性冻土大部分消失，仅在远离路基的天然地面下分布着很薄的季节性冻土层。　　 根据已有文献，提出水分迁移驱动力的简化公式，忽略孔隙水压力的作用，建立起水-热耦合模型，并通过一个数值算例，定性分析温度场对于水分迁移的作用。计算表明，冻结过程中冻土内含水量增大，当温度场稳定时，含水量有一直增大的趋势，有可能在冻结锋面附近形成冰透镜体。冻结锋面附近由于相变存在，而且由于冻融土热参数不同，温度分布曲线在冻结锋面附近存在“拐点”。数值计算结果与水分迁移实验结果对比表明，数学模型预测的温度和水分变化规律趋势与实际情况是符合的。　　 考虑有外载作用时，孔隙压力、温度对于水分迁移的驱动作用，提出冰透镜体的判断准则，建立起一维饱和冻土水-热-力三场耦合模型。模拟了一个10cm高圆柱体土样冻胀过程中的温度、水分、孔隙压力及变形的变化，结果表明冻土内含水量增大而融土内含水量减小，在一定时间后，开始产生冰透镜体。在冻土内水分迁移并冻结导致孔隙增大，孔隙压力也增大，在融土内空压为负值，可以保证水分从外界被吸附到土样内。冻土内由于迁移的水分和原位水发生冻结导致体积增大，融土的负压导致有效应力的增大进而使得土体被压缩。土样总的冻胀量随时间基本呈线性变化。对融化固结过程进行了数值模拟，数值计算表明融化深度随时间增大，增大的速率由快逐渐变慢，比史蒂芬公式计算的融化深度较小。融化固结过程中的超孔隙水压力要远远小于正常固结的超孔隙水压力。融化固结沉降量小于正常固结沉降量，后者约为前者的3倍。