土体的冻结，除了与温度相关外，还受其中所含水分的高低影响。在土体冻结过程中，土体内部冻结锋面随冻结时间的持续向前推进，土体内部液态水发生相变，未冻水含量逐渐减小。在冻结的初始时刻，距离冻结锋面较近的水分受到的驱动力较大，率先发生迁移，随着冻结时间延长，土体温度逐渐降低，土体中冰水比例发生变化，当土中一部分水冻结成冰时，土中未冻水含量降低，冰含量相对增加且体积膨胀，温度梯度促使水分朝着温度降低的方向发生迁移。由于土体冻结过程中水分迁移的存在，土体中的瞬时水分场相对于初始水分场变化较大。按照水分迁移方向的不同，桩体体系中水分迁移可以分为竖向迁移和横向迁移。
（1）水分竖向迁移。
在开始冻结阶段，由于土壤表层先与冷空气接触，所以温度率先降低，热量在地中输运，地面温度波向地下传播，随时间变化，在土壤中形成沿竖向由低到高的温度梯度，如图2.1所示。已冻土中的未冻水和未冻土段的孔隙水一起构成了水分迁移的源泉，且冻土中未冻水含量与负温保持动态平衡关系。由于已冻土中未冻水的势能要比未冻土中水的势能小得多，所以就产生了未冻土中的水向冻结锋面迁移和已冻土中的未冻水向温度低的方向迁移的现象，也就是自下而上发生迁移。
图2.1 水分竖向迁移示意图
不管是哪种水，每个水质点都处于由各种原因引起的各种力的包围中，如果这些力平衡，则水质点处于静止状态，若受力平衡被打破，则意味着能量状态被改变，即每个水质点由静止状态变为运动状态。土孔隙中存在着毛细水和薄膜水，但在水分受力平衡的状态下，它们并不运动，处于静止状态，但当温度降低，上部土壤内的土颗粒表面薄膜水先开始冻结的时候，增长的冰晶从邻近的水化膜中夺走水分，使水化膜变薄，分子吸力有了剩余，因而将下部暖处的尚未冻结的薄膜水源源不断地吸来，如图2.2所示，于是发生土壤水分向上部聚流的现象。
图2.2 土中薄膜水迁移原理示意图
（2）水分横向迁移。(www.xing528.com)
对于横向水分迁移，在非饱和条件下，土中孔隙与大气相通，土中水承受大气压，故压力势为零。若只考虑水分在土中的运动，而不涉及植物根系供水，则土中不存在半透膜，溶质势可视为零。因此水分横向迁移驱动力主要考虑温度势和基质势。
事实上土中温度的分布和变化对土中水分运动的影响是多方面的，有些大大超过了温度势本身的作用。由于桩与土的材料差异性，对于桩-土体系的温度分布有很大影响，是促使水分横向迁移的一个重要原因。在开始冻结阶段，因为混凝土桩的导热系数较大，在外界温度降低作用下，桩身比周围土壤冷得快，会形成水平向的温度梯度，以及桩土界面处的一层冰膜，这使得桩土界面处的土颗粒表面薄膜水先开始冻结，水化膜变薄，分子吸力有了剩余，将侧向暖处的尚未冻结的薄膜水吸来，如图2.3所示。另外，在界面处冰膜形成前，桩身与土壤间隙较之土壤本身土颗粒间隙大很多，外部冷空气的进入也会使得界面处的温度先降低。
图2.3 水分横向迁移示意图
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