随着冻土区的资源开发、工程建设及核废料的储存等,过量重金属元素将通过物质循环与能量流动进入到冷生土壤圈中,进而通过物质迁移转化进入水圈、生物圈、大气圈等其他圈层,对脆弱而敏感的冻土生态环境产生深刻影响。土体冻融过程中,盐、有害的化学物质、重金属元素等在冻土或冰中的迁移是近年来研究的热点问题,而冻结温度和未冻水含量是研究冻土中溶质迁移的重要因素。由于未冻水含量改变了冻土的水力特性和热参数,进而影响重金属元素在冻土中迁移能力;同时冻结温度是决定未冻水含量的一个重要因素,也是影响冻土中水分迁移和冻胀融沉的重要因素。所以,冻结温度和未冻水含量对冻土中孔隙水、热和溶质的迁移具有至关重要的影响。为了准确认识重金属元素在冻土中的迁移规律,以求有效的控制重金属元素在冻土中的迁移,首先应该研究重金属污染土冻结温度和未冻水含量的影响因素及二者之间的关系。本文以人工配制的重金属污染黄土为研究对象,在室内试验的基础上结合理论分析,研究了重金属锌、镍、铜、铬、镉和铅污染黄土冻结温度和未冻水含量的影响因素,探讨了重金属污染土冻结温度和未冻水含量之间的关系,并建立了未冻水含量的预报模式,结果表明:(1)不同的降温方式(快速降温和分级缓慢降温)对重金属污染黄土冻结温度没有明显的影响。初始含水量对污染土冻结温度有较大的影响,当含水量介于8%~22%时,冻结温度随含水量的增大而增大;当含水量介于22%~28%时,其对冻结温度的影响较小。锌、镍和镉元素污染黄土冻结温度随着重金属元素含量的增加而呈线性减小,而铅、铬和铜元素污染黄土冻结温度随着重金属元素含量的增加变化规律不明显。不同的重金属元素对黄土冻结温度影响大小顺序依次为:Zn(Ⅱ)>Ni(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)>Cr(Ⅲ)>Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)。(2)温度是影响重金属污染黄土未冻水含量的主要因素,未冻水含量随着温度降低而减小,而重金属元素改变了液态水相变的起始温度。重金属元素的存在降低了黄土的冻结温度,同一重金属元素污染土在相同温度下,重金属元素含量越高未冻水含量越大,而铬和铜元素污染黄土未冻水含量随着离子含量的增加基本上保持不变。相同条件下,污染黄土含水量从非饱和状态向饱和状态变化过程中,体积未冻水含水量略有升高。当黄土中重金属元素含量等于0.5%时,不同重金属元素对黄土未冻水含量的影响大小顺序依次为:Cu(Ⅱ)>Cr(Ⅲ)>Pb(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)>Ni(Ⅱ)>Zn(Ⅱ);当重金属元素含量等于3%时,对未冻水含量的影响大小顺序依次为:Cu(Ⅱ)>Zn(Ⅱ)>Cr(Ⅲ)>Ni(Ⅱ)>Pb(Ⅱ)>Cd(Ⅱ)。(3)利用改进的广义克拉珀龙方程计算了重金属污染土的冻结温度,发现计算结果与实测结果误差很小。基于理论结果和试验结果建立重金属污染黄土未冻水含量的预报模式,该模式能够很好的预测重金属污染黄土未冻水含量。此外,还建立了未冻水含量与重金属元素含量之间的关系,在本文的试验条件下,未冻水含量与重金属元素含量呈三次多项式规律变化。