方形浅基础是架空输电线路工程的常用基础形式。冻土层内基础由于受到切向冻胀力的上拔作用,杆塔承载较大的附加内力,杆塔整体抬高,钢结构产生严重破坏。因此,切向冻胀力是破坏架空输电线路杆塔的主要因素。本文基于水-热-力耦合分析理论,对粘土场地与砂土场地在不同地表温度、上覆荷载和地下水位埋深条件下的冻胀量、切向冻胀力与浅基础竖向位移的分布与变化规律展开分析,探讨了不同规范计算切向冻胀力的准确度与安全性,并对锥柱基础进行优化设计并对比削减切向冻胀力性能。本文主要研究工作如下:首先,基于能量和质量守恒方程、傅里叶方程以及达西定律,建立了单向热传导方程与非饱和冻土水分场控制方程,在实现水-热耦合控制的基础上,将土体视为弹性体进行应力场分析,实现水分场、温度场和应力场的三场耦合。针对典型冻胀实验,建立并验证考虑冻结过程中桩基础冻胀性能的水-热-力耦合数值模型。接着,建立了冻土区粘土场地和砂土场地方形浅基础冻胀分析数值模型。根据对不同地表温度、上覆荷载和地下水位埋深条件下冻胀量、切向冻胀力和基础竖向位移的对比分析可知,粘土场地切向冻胀力经历初期迅速增长、中期稳定不变和后期急剧衰减三个阶段,切向冻胀力的发展主要在冻结前期。砂土场地冻胀量和切向冻胀力的主要发展阶段是在冻结中后期。地表温度越低,单位时间内土体冻胀量与基础所受切向冻胀力越大。上覆荷载越大,基础所受切向冻胀力越小。地下水位埋深与冻结深度的位置关系决定了切向冻胀力沿埋深的分布规律。地下水位埋深越低,土体冻胀量、基础所受切向冻胀力和基础竖向位移越小。最后,通过比较切向冻胀力规范值与模拟值,分析《冻土地区架空输电线路基础设计技术规程》和《冻土地区建筑地基基础设计规范》、《铁路桥涵地基与基础设计规范》和《水工建筑物抗冰冻设计规范》中计算切向冻胀力方法的安全性,其中《冻土地区架空输电线路基础设计技术规程》的计算方法最保守,《水工建筑物抗冰冻设计规范》的计算方法最危险。按照切向冻胀力沿埋深分布规律对锥柱基础进行优化设计,提出锥柱-直柱基础和直柱-锥柱-直柱基础。