在我国东北、西北以及青藏高原等多个地区都含有大面积的冻土。冻土具有流变性、瞬时强度远远大于长期强度的特性,再加上这些地区复杂多变的外部气候环境,冻土地区的工程结构建设还必须面临两个主要危险:冻胀和融沉。而这些灾害为后期的工程建设埋下了安全隐患,同时也是制约该地区经济发展的重要因素。近几年来,我国先后在冻土地区已修建了越来越多的铁路隧道,各种边坡的失稳破坏现象也逐渐增多。隧道洞口段经常是导致坍塌,开裂和损坏的区域之一。故洞口段边仰坡的稳定性是隧道设计和施工时必须认真对待的问题,开展对寒区隧道的相关研究,对于这些地区的隧道建设和工程理论的完备具有重要的意义。本文以隧道洞口边仰坡作为研究对象,考虑了冻土的热学参数以及隧道洞口段围岩的水热耦合环境,通过建立室内模型试验并利用ANSYS数值模拟,研究不同含水率和不同坡角下寒区隧道洞口边仰坡的变形特点。论文主要进行了下述工作:查阅相关隧道工程的文献,获取土体随温度变化的物理力学及热力学参数,总结了冻土地区隧道、冻土力学和热传学等基本理论知识,参考相似理论创建相似比为1:50的试验隧道模型,选用的土样为硬塑性、粉质粘土,经过模型箱中的冻结过程,测出隧道洞口段在冻结过程的温度场,应力场和位移场的变化情况。利用ANSYS有限元软件对隧道试验模型进行热-力耦合分析,探究在不同含水率和不同坡角下模型的温度场、应力场和边坡的位移变化规律,将所得的数值模拟结果与试验结果进行对比。结果发现:室内试验和数值模拟中的温度场结果基本吻合;数值模拟得到的水平冻胀力要大于室内试验结果,平均误差约为10%,随着含水率的增加,两种分析方法下的水平冻胀力都增大了约12%;室内试验所测的位移变形分别为1.93mm和2.24mm,数值模拟中,产生的最大位移分别为2.07mm和2.4mm,冻结试验所得结果与数值计算结果平均误差约为7%;随着隧道坡角的增大,边坡产生的位移变形也增大,坡角与位移的变化成正比关系。