土中水膜厚度變化規律及未凍水含量預測方法

萬旭升， 顏夢宇， 路建國， 晏忠瑞

（西南石油大學土木工程與測繪學院，四川 成都 610500）

我國凍土面積分布廣泛，多年凍土和季節性凍土面積之和超過國土面積的70%［1］。寒區工程建設面臨因水熱相互作用引發的凍脹融沉現象，嚴重制約著公路、鐵路以及構筑物等基礎設施建設。水分是土體發生凍融的物質基礎，未凍水含量的改變直接影響凍土的熱力學及變形特性。同時，未凍水含量隨溫度變化規律也是水熱數值計算的必要條件。

已有試驗研究表明凍土中的未凍水主要受土質、外界條件（包括溫度和壓力）、鹽分以及凍融過程等因素的影響［2-5］。水分凍結隨著土體顆粒粒徑減小、含鹽量增加、液體飽和度減小、土顆粒活化比表面積增大而難度增加［1］。隨著測試技術的不斷發展，核磁共振法、時域反射法和頻域反射法等［6-9］廣泛運用在未凍水含量測試中，通過信號值與溫度的對應關系回歸不同溫度下的未凍水含量值，建立未凍水含量-溫度關系。Anderson 和Tice［10］通過大量室內試驗，依據試驗數據首次發現未凍水含量隨溫度降低呈現指數函數減小，并給出了經驗公式。隨后，此種關系得到了進一步改進及發展［11-12］。Clapeyron 方程建立了冰、水壓力與溫度之間的聯系，被廣泛運用到水熱模型計算中［13-15］，該方程闡明了水分凍結主要取決于冰水壓力的變化。Shoop 和Bigl［16］通過土水特征曲線獲取了凍融過程中的水分凍結曲線并預測了未凍水含量隨溫度變化規律。Zhang 等［17］考慮了土孔隙中冰對水的吸附作用，改進了一般的土體凍結曲線。……