由于冻胀引起的铁路、公路安全问题以及对基础设施维护、地铁建设工程的重视，国家已把土壤冻融的水热迁移问题列为冻土学重点研究内容。其中土壤温度分布、冻结时间及水分迁移变化规律在道路建设及工程应用方面起着非常重要的作用。由于土壤固液相变过程的热传导方程是非线性的，宏观方法无法准确的求解该过程，而格子Boltzmann是一种高效、方便求解非线性问题的方法，它将成为介观问题研究方法的发展趋势。鉴于此，本文采用热格子Boltzmann方法模拟研究了不同工况下一维非饱和土壤冻结过程中温度分布，得到了不同深度处土壤完全冻结时间、冻结持续时间及未冻水含量；并搭建了深度为2m的土壤冻融实验台，完成了土壤冻融前基本物性参数的测定，包括土壤干密度、初始含水量、孔隙率及土壤颗粒配级；此外，根据本实验台可研究内容给出了完整的实验步骤及设计方案，并测试了冷端温度为-12oC时，不同深度处土壤温度分布及未冻水含量变化。研究结果表明：（1）通过与近似解及实验结果对比分析可得，本文建立的热格子Boltzmann模型可以较准确的模拟一维土壤冻结过程；（2）冷端温度越低，土壤冻结过程中快速冻结阶段持续时间越短，当相变界面进入固相区后存在温度的突变，主要是由于相变界面的移动性造成的；（3）初始含水量及干密度越大，土壤热扩散系数越小，相变界面向前移动的速度越慢；（4）对土壤温度分布、完全冻结时间影响最明显的是冷端温度，其次是初始含水量及干密度；（5）冷端周期循环控制方式对土壤平均温度分布影响不明显，对地表温度影响较大；（6）由于孔隙率的增大，相同深度处碎石土冻结后温度最低，黄土次之，亚粘土温度最高；（7）对于季节性粉质粘土，采用Minitab软件拟合得到了不同深度处土壤完全冻结时间和冻结持续时间与冷端温度、水分、干密度等影响因素的经验关系式。（8）实验结果表明，相同深度处不同位置上的土壤温度及含水量略有差异；不同深度处土壤温度随着时间的推移逐渐下降，含水量暂未发生变化。