为了研究粉质黏土中吸附水和自由水在冻融时的动态变化特征，探索土体冻融过程中土水之间物理过程。采用新型分层核磁测量技术，开展了含水量(质量分数)分别为21.1%,16.8%和12.0%的粉质黏土在封闭条件下的冻融试验，并采用电子显微镜扫描了冻融后不同深度土体的微观结构。试验结果表明：随着土体冻结过程持续，不同深度土体中自由水和吸附水均减少，且冻结区和非冻结区的自由水相对减少量均大于吸附水相对减少量；土样融化时不同深度土体中自由水和吸附水均增加；此外冻融作用导致冻结区吸附水减少，自由水增加；而未冻结区的吸附水和自由水均减少；冻融后冻结区的孔隙数量和孔隙体积增加，而未冻结区孔隙数量和孔隙体积减小。冻结过程中土体吸附水和自由水动态变化差异与水分子作用势的不均匀空间分布有关；冻融前后土体吸附水和自由水的重分布是水分迁移和土体微观结构变化共同作用的结果。
土体冻融过程中的未冻水动态变化与冰-水相变过程密切相关，是冻融过程中非饱和土研究的重要基础。利用在线控温以及分层扫描的核磁共振新技术直观测试冻融过程中非饱和砂土的未冻水含量。结合T2分布曲线（曲线上不同的T2值对应着孔隙水类别特性，曲线下方的面积对应试样水分含量）在冻融过程中的峰值大小和峰面积数据反演土体中含水量的大小与赋存的位置，而曲线的峰形态以及弛豫范围（各峰起始值以及终止值）等信息反演不同类型水分（吸附水与毛细水）以及土体结构的分布。在处理试验结果时，首先依据测试得到的冻结温度划分试样冻结区与未冻区。冻结区与未冻区未冻水含量及其孔隙变化差异明显，究其原因是冰水相变与水分迁移。在土样冻结区域冰水相变占主导地位，水分主要由未冻区向冻结锋面附近的e、f层迁移。首先以中大孔隙中毛细水迁移为主，其次以小孔隙中的吸附水迁移为辅。依据水相变成冰体积增大和孔隙体积占比数据分析可知，冻结区微小孔隙会在冻结过程中连通形成中大孔隙；而在未冻区水分迁移占主导地位。未冻区受固结作用中大孔隙压缩形成为小孔隙。试验过程中冻结锋面附近的e、f层孔隙变化最为剧烈。