冻结法是城市地下含水软弱不稳定土层中最主要的施工方法。当地下工程永久结构形成后,冻土帷幕将自然(或人工)解冻。由于冻结温度场的不均匀性导致冻融土呈现出显著的梯度特征。冻土帷幕解冻后水压逐渐恢复,梯度冻融土在上覆荷载和水压同时作用(水-力耦合)下逐渐变形沉降,通过改变地层与永久结构的接触性状控制土与结构相互作用机理和地下工程运维期永久结构的荷载演化。因此,考虑土体饱和条件,研究水-力耦合作用下饱和梯度冻融土变形、甚至开裂演化规律,具有重要的学术与工程价值。本文通过自行研制的有压冻融过程中(水-热-力耦合环境)变形可视化试验装置,系统研究了饱和梯度冻融土变形-裂缝演化规律。采用半圆不锈钢和透明聚碳酸酯板观察窗组合结构压力室,实现数字照片自动采集;采用气压加载方法控制试样径向热流;采用竖直方向温度梯度冻结-均匀温度融化在饱和土中产生初始“梯度”;试验结果表明:新研制的冻融过程变形可视化实验系统温控效果良好,变形捕捉可靠。不排水条件下有压冻融后饱和土样内部孔压增大,表明其具有体缩趋势。数字图像分析表明:水-力耦合加载初期,饱和试样的局部化区、最大径向变形位置随非均质度的变化而波动上升,而在水-力耦合加载后期则趋于稳定;相对于冻融温度,水压及其作用模式对饱和试样局部化区和最大径向变形位置影响更加显著。CT扫描试验结果表明:冻结导致试样内部水分迁移和重分布,靠近试样中下部高温位置出现多层分凝冰导致冻融后产生富水的裂缝聚集区;随初始水压增加,试验后该裂缝区有向上部扩散的趋势,裂缝聚集区最大裂缝体积、体表面积和形状参数逐渐增大。