冻土是由土颗粒、气体、冰和未冻水组成的四相介质,冻土的强度和变形等力学特性与冻土内部冰与未冻水的相对含量息息相关,研究冻土内部未冻水的含量、影响因素以及变化规律对揭示冻土力学特性的变化机制非常重要。塑性指数作为细粒土物理性能一个重要特征,是工程中进行土类划分的重要标准。研究塑性对冻土未冻水含量影响的规律,一方面可以揭示不同种类冻土未冻水含量的变化机理,另一方面有助于计算冻土地基的冻结深度,具有较高的科学意义和工程价值。已有研究在探索某一因素对冻土未冻水含量的影响时常以天然土作为研究对象,而不同种类的天然土在颗粒成分、级配、含盐量、总含水量和干密度等方面存在较大差异,以上因素对冻土未冻水含量的影响非常复杂且相互耦合,这导致已有研究得到的未冻水含量变化规律有时不同,甚至相反。因此,为了更准确地研究冻土未冻水含量的影响因素和变化规律,有必要人工制备冻土试样,使得各试样除主要研究要素外,其它因素均保持一致,从而保证试验规律的一致性。本文采用标准砂和膨润土这两种工业制标准土材料以及青藏粉质黏土这种天然材料,人工配置具有不同塑性指数的饱和冻土试样,基于核磁共振技术,研究未冻水含量随温度和塑性的变化规律、变化机理以及计算方法。主要研究内容和成果如下:1)对具有不同塑性指数和干密度的饱和标准砂-膨润土混合土样以及粉质黏土-膨润土混合土样,采用温控核磁共振仪进行多级降温试验,获得土样冻结过程中未冻水含量随温度的变化曲线,即冻结特征曲线。发现冻结特征曲线分为过冷阶段、快速下降阶段和稳定冻结阶段。随着土的塑性增强,冻结特征曲线的过冷阶段变得不明显;快速冻结阶段变得平缓,即同一温度下未冻水含量变大;稳定冻结阶段几乎没有变化。2)通过核磁共振试验,获得不同土样在不同温度下的横向弛豫时间T₂分布曲线,发现T₂分布曲线的峰值点随温度降低逐渐向孔径变小的方向移动,结合T₂和孔径的理论关系公式,认为塑性对未冻水含量产生影响的根本原因在于不同塑性的土样具有不同的比表面积和结合水含量。土的塑性越大,比表面积越大,水所赋存的孔径越小,即结合水含量越多。而结合水的冻结温度低于自由水,这使得塑性大的土样较难冻结,在同一温度下具有较高的未冻水含量。3)根据试验获得的未冻水含量随温度和塑性指数的变化规律,改进了经典幂函数型未冻水含量预测公式。改进后的公式克服了原有公式量纲不统一、参数物理意义不明确的问题,并可描述冻结特征曲线的分段特征。随后建立了公式参数与塑性指数之间的定量关系。计算结果表明该公式能够较好地预测不同土样的冻结特征曲线。