我国冻土区面积广阔,生活在冻土区人口众多,由于部分冻土区自然条件恶劣等多种原因,全国有9.65%人口受到了水管冻裂冻胀,供水困难的影响。供水工程中,穿过冻土层的供水立管工作条件与主管不同,供水立管处于间歇性工作状态,尤其在夜间经常处于静止状态,或流量较小,极易发生冻结。因此研究冻土层供水立管的传热问题,对于指导生产,保证管道的安全运行具有重要意义,研究这个问题的关键之一是分析管道周围土壤温度场和计算管道内介质的温度分布。本文将我国季节性冻土层分为浅层冻土区和深层冻土区。给出了冻土深度估算的两种方法,并据此估算了西藏地区浪卡子、聂荣两地的季节性冻土深度。通过选取这两个地方作为典型浅层冻土区与深层冻土区进行了真实冻土环境下的供水立管换热实验,获得了不同工况下的水管壁面、保温层外壁面温度分布以及冻土温度场。探究了冻土深度、伴热功率、伴热形式、初始水温等对管道传热的影响。针对现场实验条件开展了数值研究,计算了裸露在空气外的地上管段对流换热系数,以及实际地表温度变化情况,并以此为边界条件建立了穿过冻土层的供水立管数值分析模型,较准确地反映了供水支管真实工作条件下的换热情况。与多组实验测得数据进行了对比,验证了模型的可靠性。同时探究了伴热功率、风速、风温、管内流量对水管换热的影响。搭建了室内人工冻土模型冻融实验台,并通过不同工况下的土壤冻融实验,探究了含水率、热流密度对土壤冻融的影响。同时建立了饱和冻土水热耦合数学模型,进行了不同条件下饱和冻土融化数值模拟并与实验数据进行了对比,获得了土壤融化过程中的温度场、流场以及冻土融化界面。探究了孔隙率、土壤粒径对土壤温度场、融化率、水分迁移的影响,为冻融条件下埋地管道传热分析提供了参考。