冻土与盐溶液系统中热质迁移及变形过程试验研究

用1.2MPa外载固结并冻结的高岭粘土与2mol浓度的氯化钠低温溶液相接触,由于冻土与盐溶液间的水势梯度,引起等温条件下,水分和盐分从溶液向冻土中迁移。冻土中部分区段由于含盐浓度增高,冰点下降、冻土融化并产生吸热效应。融化界面以上的冻土中,由于水分积聚,冰分凝,形成条带状构造并产生放热效应。冻土出现以冻胀为主的变形。水、盐迁移通量及变形量随时间按指数规律衰减并随外载增大和温度降低而减小。

压力对冻土孔隙特征的影响

压力对冻土孔隙特征及冷生组构的形成具有重要影响,多向均匀加压(气压)和单向加压有侧限的方式对孔隙变化的影响截然不同。负温相同时,冻土中总孔隙体积和大孔径的数量在大气压环境下最小最少,在小于大气压的环境下(真空)最大最多,在高于大气的环境下随气压增高而增大增多,冻土构造从网状向多枝状过渡,试样边缘部位孔隙变化比中心部位大,压力梯度是制约孔隙变化的致导因素。气压相同时,冻土中总孔隙特征随负温降低而增大,冻土构造中的网格从大变小,从粗变细,这时冻胀是制约孔隙变化的致导因素。单向加压正冻土中由于水分迁移、冰分凝和冻胀,总孔隙体积随土柱剖面变化,但与冻前相比均减小且从层状构造向网状过渡。

多晶冰中的未冻水含量

把人工制作的大晶冰砸碎并筛分成>10,>7—3,>3—1和<1mm等4个粒级多晶冰,并将后三个粒级的多晶冰分成两组装入试管:一组加入0℃蒸馏水后快速冻结;第二组则不加蒸馏水,孔隙间由空气充填。用核磁共振技术测定了多晶冰中未冻水含量随温度变化曲线。结果表明,第二组多晶冰中未冻水含量随负温变化曲线的形态与土中未冻水含量变化曲线不同,随晶粒减小,曲线从线形向幂指数形过渡且温度相同时未冻水含量随晶粒减小变化不大,只是晶粒<1mm的稍大一点。粒级和温度相同条件下,第一组的未冻水含量明显比第二组大。因此,加大冻结速度可增加多晶冰中未冻水含量,增大多晶冰孔隙间的气相充填度可减少其中的未冻水含量。

饱冰粘土界面状态初探

观察表明,某一负温下,粘土颗粒外围未冻水膜的形态和厚度随土类和含盐量而变。在-15℃的温度条件下,无盐蒙脱土颗粒外围有一层厚度均匀的未冻水膜,而无盐高岭土颗粒外围几乎看不见未冻水膜。土中含有0.1molNaCl溶液后,无论蒙脱土还是高岭土颗粒外围均有一层厚度不等的未冻水膜;内蒙粘土在温度分别为-5和-11℃及盐溶液浓度分别为0.5和1.0mol可见未冻水膜。饱冰粘土颗粒外围未冻水膜并非总是沿颗粒外围均匀分布,在盐溶液作用下可分为三种形态:平整形、弯曲形和弥散形,这与粘土颗粒在盐溶液作用下产生絮凝有关。