本文以甘肃省兰州市地铁工程建设中的典型土质-粉质粘土为研究对象,首先进行了常规土工试验,测定了该土质的基本物理指标,确定了该土质具有典型的冻胀性。然后对所选土质在不同含水率、干密度以及含盐浓度条件下进行了冻结温度试验,最后利用冻土工程国家重点实验室的冻土冻胀融沉实验装置,选择影响人工冻土冻融特性的含水率、干密度、冷端温度、外荷载、冻结条件等因素,对所选土质进行了不同水平的单因素试验和正交试验。并建立了兰州粉质粘土的冻胀和融沉预报模型。本论文的研究将为针对该土质的冻胀率和融沉系数预报及人工冻结法的工程应用提供可靠的参考依据。研究成果主要为以下几个方面：(1)研究了人工冻土的冻胀机理和融沉机理及土体冻胀、融沉影响因素,为后续试验研究奠定相应的理论基础。(2)通过冻结温度试验,得到了所选土质在不同含水率、于密度以及含盐浓度的条件下冻结温度的变化规律,并建立了线性拟合公式,对人工冻结工程中计算冻结壁厚度、确定开挖时间,具有指导作用。(3)通过冻胀融沉单因素试验,得到了含水率、干密度、冷端温度、外荷载、冻结条件等因素对该土质冻胀率和融沉系数的影响规律,并建立了回归方程。根据土的冻胀融沉机理结合本试验数据,得到了冻融过程中温度场的变化规律,并找出了土体在封闭和开放系统两种条件下经过单向冻胀和融化过程中水分迁移的特征。(4)通过正交试验并结合极差分析,确定了在封闭系统条件下含水率、干密度、冷端温度三种因素对冻胀率和融沉系数影响程度的强弱关系,并在该试验所选定的参数范围内找出了最大冻胀率、融沉系数的三因素组合。(5)通过对试验所测数据的整理分析,利用spss统计分析软件,建立了封闭系统下各因素与冻胀率和融沉系数的多元线性回归方程,最终建立了兰州粉质粘土的冻胀和融沉预报模型,且通过实测值与预测值的对比确定了模型的可靠性。