一种新的土壤冻融特征曲线模型.docx
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2023-02-23
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冻土是指温度保持在或低于水的冰点，并含有冰的岩石和土壤，分为短时
冻土（冻结时间数小时至半月）、季节冻土（冻结时间在半月至数月）和多年
冻土（冻结时间在两年以上）
［ 1］
。在冻土中，冰和液态水（未冻水）共存，
其含量随冻融过程中温度的变化而变化。未冻水含量和含冰量的变化显著影响
冻土的物理和机械性能，从而决定寒区工程建设（如：房屋、道路、石油管线
等）的成败
［ 2-3］
。同时，冻融循环过程也会带来如土壤冻融侵蚀、洪水、污染
物的迁移、地下水上升引起的土壤盐渍化等一系列环境问题
［ 4-7］
。因此，掌握
冻融过程中土壤水热耦合的变化机理对生产生活有至关重要的作用。
通常，纯水的冻结发生在某一确定的温度下
［ 8］
，具有确定的凝固点，但
在湿润的土壤中，即使当温度低于自由水的冰点时，土壤中所含水分也不会立
刻转化为固态，而是随着温度的降低表现出相对平滑的转变，以曲线的形式降
低
［ 9-12］
。由于土颗粒表面能的作用，土体中始终会保持一定数量的液态水被称
作未冻水
［ 1］
，当温度继续降低，更多的未冻水会转化成冰，此时毛管力和吸
附力会被放大，剩余的未冻水会以薄膜水的形式存在
［ 13］
。当温度低于一定值
时，随着温度的进一步降低，未冻水含量保持不变，该温度下的未冻水含量被
称为残余水含量 θresθres
［ 14-16］
。冻融过程中未冻水含量 θlθl 随温度 TT（℃）
的变化曲线被定义为土壤冻融特征曲线（SFTC），代表了冻土中液态水含量
和能量状态之间的关系
［ 17］
，其中未冻水含量 θlθl 是指土壤孔隙中没有冻结的
那部分含水量（用体积含水量表示，单位为 cm3∙cm− 3cm3∙cm- 3）。一般来说，
决定冻土中未冻水含量大小的主要因素是温度，其次是孔隙水压力和土质（包
括土颗粒的矿物化学成分、分散度、含水量、密度、水溶液的成分和浓度等）
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