在冻结过程中,冻土导热系数、比热容、潜热等热参数是非线性变化的。通过分析冻土热参数在不同温度条件下的发展规律,利用归一化方法得到能够描述冻土热参数变化规律和冻土冻结程度的函数,并利用该函数得到了冻土热参数的计算公式。在冻结过程中,土体内部将发生水分迁移,其结果是,冻土内部的水分和热参数发生重新分布,并且最终影响冻土温度场的发展。在分别考虑冻土热参数非线性变化和水分迁移影响情况下,利用数值模拟软件ABAQUS进行了温度场模拟,并对模拟结果进行了研究,并提出了一种更符合实际情况的冻土温度场修正计算方法。为此,本文做了如下工作:(1)假设土颗粒彼此间正交排列,而且土颗粒的接触面为球缺接触,由此建立了等效球缺接触的土骨架模型。负温环境下,远离土颗粒表面的自由水最先冻结成冰核,并随着温度的逐渐降低,冰核最终发展成为贯通的冰骨架。基于土—水—冰三相体间热传递不同的界面效应,提出了一个热传递复合物理模型。根据复合传热模型和土骨架模型建立了冻土导热系数的复合计算模型。(2)基于测试的不同温度条件下的冻土热参数,通过分析热参数在不同温度条件下的变化情况,得到单位温度梯度下冻土热参数的变化率情况。利用归一化方法对冻土热参数的变化率进行处理,并拟合得到热参数变化的数学表达式。并且通过函数表达式可反向计算得到不同温度条件下热参数。(3)冻土中水分迁移的驱动力由常温土体的基质吸力和冰水间作用力共同组成。通过非饱和土体的土水特征曲线和广义Clapeyron方程可以求解冻土中水分迁移的驱动力,利用静力学分析冻土未冻水在冻结锋面迁移的边界条件和平衡条件,建立计算水分迁移量的数学计算式。分析并计算水分迁移对冻土导热系数、比热容和潜热参数的影响。(4)基于热参数的非线性变化和水分迁移对冻土热参数的影响,分别设计单管冻结模拟试验和竖井开挖模拟试验,并利用数值模拟软件ABAQUS对其进行模拟,根据模拟结果分析热参数非线性变化和水分迁移对冻结温度场的影响。在此基础上,基于水分迁移对冻结温度场的影响,对温度场计算式进行修正。