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多孔介质问题涉及变形、渗流、传热、传质和化学反应等诸多学科领域，人们在生产实践活动中逐渐认识到这一问题。例如，研究多孔介质冻结过程对寒冷地区的自然冻融过程、食品储存、热能储存和生物组织的冷冻储存都具有重要的实际意义。通常，工程建设中常见的盐渍土地基，均为多孔介质，具有多孔介质的一般特性。盐渍冻土中可能同时存在多种相变，反复的冻融和干湿作用对建筑材料、历史文物等产生无法估量的破坏。盐渍冻土中包括热量传递、物质迁移、相变潜热的吸收与释放和材料变形破坏过程，是一个非常复杂的水、热、盐、力相互耦合过程，是目前多孔介质研究中的难点和热点问题，也是一个亟待破解的工程难题。然而，很少有研究报道晶体成核和生长动力学模型，特别是多孔介质中涉及流体流动、传热和晶体成核与生长的耦合作用一直被忽视。因此，了解冻结过程中相变行为以及与之相应的物理性质的变化过程对于控制温度、防止水盐迁移、抑制土体变形具有十分重要的意义。 (1)首先对物质传递和相变的驱动力进行了研究，认为冰晶从液态水中生长的驱动力来源于液体的过冷度;盐分结晶的驱动力为溶液过饱和度。在此基础上建立了晶体生长的动力学模型。 (2)建立了与冻结盐渍土有关的主要本构关系，同时考虑多种因素的影响。认为物质迁移的驱动力是不同温度条件下水的化学势梯度，证明了微观尺度的化学势梯度与宏观尺度的达西渗透压力梯度之间可以相互转化。非平衡状态下未冻水含量与土体温度和冻结程度有关，本文改进了正冻土非平衡状态下未冻水含量的表达式。建立了土体固有渗透率与有效孔隙率之间的关系，并采用试验数据对这一关系进行了验证。 (3)在结晶动力学模型的基础上，建立了考虑相变的盐渍冻土水-热-盐-力耦合数学模型，并对模型的参数选择、影响因素等进行了讨论，给出了耦合控制方程的数值计算方法。采用试验和数值模拟方法对冻结盐渍土多场耦合效应进行了较为详细的研究，从多个方面逐步验证数学模型的准确性。对冻结盐渍土在多物理场作用下的温度传递、水分盐分迁移、晶体成核与生长以及土体变形的发展变化过程有了更为深入的认识: 1)冻结初期，温度、未冻水含量、溶液浓度以及土体位移等参数变化速率较快，随着冻结时间增加变化速率减小。在单向冻结过程中，越靠近冷端降温速率越大，温度在土体中的变化过程具有滞后效应。水分、盐分迁移以及外荷载作用对温度变化具有重要影响，稳定之后温度沿试样高度几乎呈线性分布。 2)未冻水含量的变化受水分迁移和相变作用的影响。在外荷载作用下孔隙溶液首先被排出土体外，然后溶液逐渐从土体未冻区向冻结区迁移。盐分以离子形式随未冻水迁移，外荷载在抑制水分迁移的同时也减小了盐分的运移，降低冷端温度引起较大的负孔隙水压力有利于盐分迁移。 3)外荷载作用下土体中首先产生正孔隙压力，是抑制水分迁移的真正原因。结晶作用使土体冻结区产生正孔隙压力，未冻区产生负孔隙压力，而冻结缘中各物理状态的急剧变化使得这一区域孔隙压力异常突变。负孔隙压力驱动孔隙溶液源源不断的向冻结缘迁移，最终在冻结缘附近含水量和含盐量最高。而正孔隙压力将土体颗粒推离原来的位置，破坏土体结构，孔隙率增大。孔隙率的增加为晶体生长提供了充足的空间，进一步增大土体变形。 4)外荷载作用下土体首先经历压缩变形，然后随着冻结时间增加变形缓慢增大，当结晶压力完全消除外荷载的影响时，变形量迅速增大。外荷载越大压缩变形越大，物质迁移受到的抑制作用越明显，最终的变形量越小，说明增大外荷载有利于减小冻胀。此外，适当的盐分有利于减小冻胀量，但含盐量较高时盐分结晶会产生盐胀作用，也会对工程建筑产生不利影响。 多场耦合作用下，试样在冻结过程中的土体变形量、温度、含水量及含盐量分布的计算值与试验值均吻合较好，证明了结晶动力学方法的有效性。为研究晶体形成的微观机制、描述结晶的实际过程和研究包含相变时多孔介质传热传质及应力变化的规律奠定了基础。研究结果表明，相变过程中与晶体含量有关的宏观结晶应力是孔隙材料发生破坏的主要原因。结晶产生的附加应力作用在孔隙壁上，破坏了孔隙结构，使土体产生变形。因此，在盐渍化冻土区进行工程建设时，有效防止水盐迁移聚集，减小相变作用，对保障建筑物安全具有十分重要的意义。