基于热参数和土水势变化的冻土冻结势研究

针对冻土热参数、土水势在不同温度条件下的变化趋势缺乏统一表述的问题,提出了冻土冻结势概念。为通过不同温度下的热参数和土水势变化率得到冻结势的表达式,首先,基于Johansen法反演不同温度下的冻土未冻水含量,根据未冻水含量计算出冻土热参数理论值,得出热参数在不同温度下的变化率;其次,通过土水特征曲线研究了冻土土水势随未冻水含量的变化关系,得出了冻土土水势在不同温度下的变化率;最后,根据以上计算结果拟合出了冻结势函数。研究结果表明:热参数及土水势在不同温度下产生不均匀变化的根本原因是未冻水含量的不均匀变化;随着土体温度的降低,未冻水含量、土水势、热参数先发生剧烈变化,随后变化趋势减缓并趋于某一数值;在温度为0～-5℃时,冻土冻结势急速发展,当温度低于-5℃时冻结势发展趋缓,由此得出0～-5℃是重塑冻土热参数和土水势性质的剧变区间。在此基础上,依据冻结势函数拟合出一种考虑温度变化的导热系数计算方法,该计算方法能较好地预测不同温度下冻土的导热系数。

FREEZING POTENTIAL ANALYSIS OF FROZEN SOIL BASED ON THERMAL PARAMETERS AND SOIL-WATER POTENTIAL VARIATION