作为世界第三冻土大国,我国冻土分布面积广阔,主要分布在东北大小兴安岭、青藏高原和西部高山区。而在冻土区,土体的冻胀是引发工程构筑物大量病害主要因素之一。目前,已有土体冻胀研究主要在无荷载/位移边界约束条件下进行,与工程中土体的冻胀受到上覆荷载或相邻工程结构物限制有一定的差异。因此,为研究约束条件下土体的冻胀特征及所涉及的水热力过程,以青藏粉土为研究对象,在开放系统中开展了静力约束和刚性约束条件下土体一维单向冻结试验。研究了不同上覆荷载、冷端温度、土样干密度和初始含水率条件下土体冻结过程中温度、冻胀力/冻胀量以及水分的时间变化特征及相互关系。主要研究内容如下:（1）自行研制了一套土体冻融过程试验装置,介绍了仪器装置及功能。以青藏粉土为研究对象,对其进行了基本参数测定,获得了最优含水率、最大含水率、液塑限、颗粒级配以及冻结温度。基于研究目标,设计了相应的试验方案。（2）在静力限制约束下,开展开放系统条件下的单向冻结试验。试验表明:试样冻结主要发生在前18小时,上覆荷载越小、顶板温度越高、干密度越大、初始含水率越高,冻结锋面到底板距离则越大。冻胀量的发育过程及稳定后的量值随上覆荷载减小、顶板冻结温度降低、干密度增加和初始含水率增加而增加。冻结温度-7°C、干密度1.75g?cm-3、含水率17%情况下,当上覆荷载由0 k Pa增加至200 k Pa时,冻结72小时的冻胀量由4.96 mm减小至1.55 mm。而试验底部补水量的时间变化过程可与冻胀量发育过程相对应,但时间上存在明显滞后。冻结试验结束后,对试样进行分层切片测试其含水率,结果表明,冻结深度范围内土体表现为“湿化”,而在未冻结区土体发生“燥化”,湿化和燥化的程度同时受到上覆荷载、顶板冻结温度、干密度和初始含水率的影响。（3）在刚性约束下,开展开放系统条件下青藏粉土一维单向冻结试验。试验结果表明,试样冻结过程与静荷载约束条件下类似,但试样冻结深度受密度和含水率的影响相对较小。刚性约束条件下试样冻胀力的发育过程可分为三个阶段,即缓慢发展阶段、快速增加和相对平稳阶段。冷端温度越低、干密度越大、初始含水率越大,土体冻胀力发育也就越快,稳定后量值越大。冻结温度-7°C、含水率14%情况下,当干密度由1.65 g?cm-3增加至1.75 g?cm-3时,冻结72小时的冻胀力由142.9 k Pa增加至284.2 k Pa。冻结试验过程中,试验底部补水量的时间变化过程可与冻胀力发展三阶段相对应,但时间上也存在明显的滞后。试验结束后试样内部水分与静力约束相似,也出现了明显的重分布现象。（4）本文基于COMSOL软件平台对土体单向冻结过程进行了数值模拟,分析了一维冻结过程中土样内部温度变化过程以及水分分布情况,其计算结果与实际结果有较好的符合,验证了水热耦合模型的可靠性。