在冻土的水热耦合迁移研究中,冻土热特性和冻结特征曲线的测定与模拟以及冰含量的测定具有非常重要的意义。传统的稳态法在测定冻土热特性时经常存在一定误差,热脉冲方法则在测定过程中可能引起冻土中冰的融化；热特性预测模型广泛应用于土壤水热耦合传输模拟中,但是目前缺乏一个简单、准确、未冻土和冻土都适用的热导率预测模型。冻土中冰含量还没有一个标准测定方法,已有的方法都有一定的限制。冻结特征曲线是冻土研究中重要的水力学参数,但其测定过程常常受到过冷却现象等影响。热脉冲-时域反射技术(T hermo-TDR)可以同时测定土壤的液态水含量和热特性,通过改进加热方式能将其应用到冻土中。另外Thermo-TDR具有间接估计冻土冰含量的潜能,也可以用于冻结特征曲线的测定。本研究旨在通过优化TTiermo-TDR的加热方式,使其能够准确测定冻土的热特性,并利用热特性数据改进热导率模型和估计冻融过程中土壤冰含量变化。此外,本研究还改进了冻结特征曲线的测定方法,探讨利用冻结特征曲线来预测其他土壤物理特性。主要研究结果如下：第一,对冻土中Thermo-TDR加热模式进行了优化,使其能够准确测定冻土的热特性。当土壤温度低于-5℃时,采用加热时间60s和加热量450J m-1或者加热时间90 s和加热量450-600 Jm-1的加热模式,可以有效低限制冻土中冰的融化,得到准确的热容量和热导率。第二,发展了一个简单、准确且同时适用于未冻土和冻土的热导率预测模型。该模型以deVries(1963)模型为基础,通过简化和优化原模型的一些参数,能够准确地预测未冻土和冻土的热导率。利用实测和文献数据对简化de Vries模型准确性的检验表明,相比于已有模型,简化模型在未冻土和冻土中预测结果的均方根误差(RMSE)都最小。第三,可以利用TTiermo-TDR测定的冻土的容积热容量、液态水含量以及土壤容重来间接估计土壤冰含量。利用TTiermo-TDR测定了不同初始含水量的3种不同质地土壤冻融过程中的冰含量变化。结果表明,当温度低于-5℃时,TTiermo-TDR测定的冰含量误差主要在±0.05 m3m-3范围内,但在质地较粘土壤中测定误差比较大(达到±0.10 m3 m-3)。第四,可以利用冻土热导率结果和简化的de Vries模型来反推得到冰含量。敏感性分析表明,热容量法比热导率法对于液态水含量等误差源更敏感,热导率法估计的冰含量要比热容量法的结果更准确。在3种土壤上冰含量的实验结果证实了这一理论推断。第五,利用冰牙签法消除了过冷却影响,并进一步了比较平衡法与采用不同降温速率的动态法测定的冻结特征曲线。结果表明,与平衡法相比,采用10℃ h-1降温速率的动态法的测定结果存在一定的误差,而采用2.5℃ h-1降温速率的结果与平衡法没有差异,动态法实验操作更简单。第六,对不同冻结特征曲线拟合模型准确性的比较指出,分段指数函数模型拟合效果最好。联合冻结特征曲线和沙箱法数据拟合了5种不同质地土壤的全范围水分特征曲线。结果表明,除了砂壤土外,其他四种土壤的拟合曲线与沙箱法、压力板法和露点水势仪法实测的全范围含水量-水势数据具有很好的相关性,相关系数在0.948和0.985之间。冻结特征曲线上-10℃以下的数据可以用来估计土壤的比表面积,估计结果与露点水势仪测定值相关系数为0.985。