含盐冻土物理力学性质研究现状与进展
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１］ 华和凝结 ） 方式发生运移 ，但其量级很小 ［ ．
． 西北干旱半干旱地区
分布着大面积的季节冻土和多年冻土 ，这些地区同 时也是我国内陆盐渍土面积分布最广泛的地区 ． 冻 融引起的土壤中水盐运移是导致中低纬度地区土壤 盐碱化多发的主要原因之一
［ ２］
温度梯度是水分迁移最主要的因素 ，温度梯度 下冻土中的水分迁移也一直是冻土物理学研究的重 点和难点 ． 在一定的温度梯度下 ，水分总是从暖端 向冷端迁移 ，导致冻土中冰透镜体的形成以及正冻
１］ 条件与含盐量均呈指数关系 ［ ．
利用 微 小 玻 璃 粉 末 的 单 向 冻 结
试验研究冰透镜的形成机理 ，指出一旦冰透镜体的 厚度达到 ０． １ｍｍ 以上它就会停 止 生 长 ，然 后 在 相 邻的位置 （ 靠近暖端 ） 生成新的冰透镜体 ，这样沿着 热流的方向将会形成一系列有相似间隔的与热流方 向垂直的冰透镜体 ，且后形成的冰透镜体比先形成 的厚 ． 为了 研 究 温 度 与 冰 透 镜 体 生 长 速 率 的 关 系 ， Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ 对饱水 且 级 配 良 好 的 玻 璃 粉 末 在 定 向 冻结装置中进行试验研究 ，并用显微镜对冰透镜体
第３ ５卷 第６期 ２ ２月 ０ １ ３ 年 １
冰 川 冻 土
Ｊ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｇ Ｌ Ａ Ｃ Ｉ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ＡＮ Ｄ Ｇ Ｅ Ｏ Ｃ Ｒ Ｙ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
： ／ ｄ ｏ ｉ １ ０． ７ ５ ２ ２ ０ ２ ４ ０． ２ ０ １ ３． ０ １ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ ０ － ｊ ， ： ［ ］ Ｚ ｈ ａ ｎ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｏ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｙ ｉ ｎ Ｂ ｉ ｎ Ｈ ｕ ｉ ． Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｆ ｓ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｆ ｒ ｏ ｚ ｅ ｎ ｓ ｏ ｉ ｌ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ Ｊ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇ ｌ ａ ｃ ｉ － ｇ ｇ ｇ ｙ ｐ ｙ ｐ ｐ ｐ ｇ ， （ ） ： ［ ］ （ ） ： 张英 ，邴慧 ． 含盐冻土物理力学性质研究现状与进展 ［ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ Ｇ ｅ ｏ ｃ ｒ ｏ ｌ ｏ ２ ０ １ ３， ３ ５ ６ １ ５ ２ ７－１ ５ ３ ５． Ｊ ．冰川冻土 ， ２ ０ １ ３， ３ ５ ６ １ ５ ２ ７ ｇ ｙ ｙ ｇ ｙ ］ －１ ５ ３ ５．
［］ 土中含水 量 的 增 加 ． Ｂ ｒ ｏ ｕ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ３ 对 封 闭 系 统 滨 海
，冻土区土体冻 胀 和
融沉及干旱区的地表盐渍化 、盐胀势必会影响到该 地区 的 工 程 建 设 ，如 公 路 、铁 路 及 房 屋 建 筑 物 等 ， 制约我国寒旱区经济发展 ． 本文主要总结前人对盐 胀机理 、水盐迁移机理以及盐渍化冻土物理力学性 质的研究 ，在分析总结现状的基础上提出了今后盐 渍化冻土研究的方向和重点 ．
［ ４］
律 ，以此来反映冻土中水分迁移的规律 ． 关于冻土 中水分迁移机理的较为成熟和统一的结论是冻土中 水分迁移的主要因素是温度梯度 ，水分总是从暖端 向冷端迁移 ，并导致冰透镜体的形成 ． 此外 ，一些 学者 ，如 Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ还 对 冰 透 镜 体 的 形 成 进 行 了 详 细的研究 ，包括其形成机理 、特点和影响因素等 ． １． ２ 冻融过程中盐分迁移机理的研究 土体冻融过程中存在着水分和盐分的 ２ 次迁移 ， 过程 形成了特殊的水盐运移规律 ． 土体冻结过程 中盐分运动非常复杂 ，受 土 壤 类 型 、土 壤 初 始 含 水 量 、土 壤 溶 液 浓 度 、盐 分 组 成 以 及 冻 结 温 度 、热 梯 度 、冻结 速 率 、冻 结 方 向 等 因 素 影 响 ，所 以 ，其 迁 移结果是上述各因素共同作用的结果 ． 含盐土的冻 结试验揭示了土体自上而下冻结过程中 ，水分和盐 分自下而上迁移 ． 含盐量的增量受冷却速度 、地下 水位 、补给溶液浓度 和 土 的 初 始 干 密 度 控 制 ，这 些
１ ０］ 层 ． 张世民等 ［ 对取自青藏公路沿线的粉质黏土
同样得出了在 地 表 以 下 ８～１ ２ｍ 深度内土中含盐 量增加 ． 这些现象都表明 ，温度梯度是引起盐分运 移最主要的驱动力 ，水分迁移和盐分运移是同时进 行的 ． 国内学者在前人的基础上对盐分迁移做了更精 细的研究 ，主要表现 在 盐 分 的 迁 移 过 程 、驱 动 力 和 迁移特点 等 方 面 ． 土 体 冻 结 过 程 盐 分 场 的 研 究 表
［］ Ｈ ａ ｒ ｌ ａ ｎ６ 假定几何上的薄膜水在冻土和未冻土中相 ，此假定忽略了冻结面的水 同 ，用 Ｋ（ 代替 Ｋｆ（ ｈ） ｈ） ［］ 流； Ｔ ａ ｏ 等 ７ 通 过 减 去 冻 土 中 冰 的 含 量 ，从 Ｋ （ ｈ）
仪对壤土进行单向冻融循环试验来观测土中的水盐 运移过程 ，认为由冻结引起对流运移的盐分被向土 柱中间扩散运移的盐分所抵消 ，在冻结段盐分浓度
［２］ 略有升高 ； 构 建 的 基 于 温 度 、水 分 ｖ ａ ｎ Ｌ ｏ ｏ ｎ等 １
和电导率的水盐运移模型对高浓度下的已知盐分和
［］ 低浓度下 的 未 知 盐 分 均 适 用 ． Ｂ ｒ ｏ ｕ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ３ 对 含 水
量为 ４ ０％ ，含盐量为 ０． ５％ 的滨海粉土进行恒定温 ） 度梯度下的长期 （ 单向冻结试验研究冻土中 的 １ ２ａ 盐分迁移机理 ，表明在多年冻土中盐分的分布是不 均匀的 ，盐分重分布 和 水 分 重 分 布 特 征 相 似 ．Ｖ ｅ ｌ －
［ ９］
认为冻土表层至地下 １ ０ ｍ 深含盐量随深度增加是
［］ 温度梯度 下 盐 分 随 水 分 迁 移 的 结 果 ； Ｂ ｒ ｏ ｕ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ３
将青藏铁路沿
线具有代表性的红 色 粉 质 黏 土 进 行 冻 融 循 环 试 验 ， 分析了不同冻结方式下盐渍土水盐重分布规律 ，试 验表明土体经历负 温 循 环 时 变 形 具 有 不 可 累 加 性 ． 多次冻融后土样上部形成上层积水 ，出现水分滞留
冰 川 冻 土 １ ５ ２ ８
５卷 ３
土样的变化均发生在 暖 端 ，冷 端 几 无 变 化 ，很 明 显 这与低温下水分迁移机会少有关 ；另外冻土中的水 分迁移量依赖于水势梯度 、含水量梯度和与土质相 关的渗透系数 ，根据水分迁移状况估算的渗透系数 与冰晶生长情况密切相关 ．由于运移参数确定的困 难 ，无法对长期过程中水分运移的机理得出更加详 细的结论 ． Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ等
ຫໍສະໝຸດ Baidu
含盐冻土物理力学性质研究现状与进展
２ １ ， 张 英１， 邴 慧 ＊ （ １．中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室 ，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０； ） ２．中国科学院大学 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ９
摘 要 ：综述和评价了含盐冻土物理力学性质研究 的 文 献 和 进 展 ，包 括 冻 融 过 程 中 水 盐 迁 移 机 理 、冻 胀机理 、盐渍冻土物理力学参数和冻融循环对含盐 土 力 学 性 质 影 响 等 方 面 的 研 究 ，总 结 归 纳 了 含 盐 土 研究的主要结论和目前存在 的 问 题 ，在 此 基 础 上 提 出 了 冻 融 过 程 中 含 盐 冻 土 物 理 力 学 性 质 研 究 的 重 点 ，如水盐迁移 、冻胀 －盐胀机理和盐渍化冻土结构性 等 ．鉴 于 对 含 盐 土 研 究 中 所 存 在 的 问 题 ，今 后 应 从以下方面着手深入研究 ：将室外试验纳入到含盐 土 物 理 力 学 性 质 的 研 究 中 ，对 含 盐 土 研 究 中 试 验 样 品尽量以原状土代替 ，以野外试验研究补充完善室 内 试 验 ；应 用 定 量 研 究 含 盐 土 的 微 观 结 构 和 孔 隙 特 征来描述土体的宏观物理力学性质 ，通过不同试验方法结合寻求更加 适 合 土 壤 微 结 构 图 像 处 理 的 新 方 法 ；对仪器设备改进 ，采取合理有效的方法加强盐渍化冻土水盐运移参数试验 ． 关键词 ：含盐冻土 ；冻融过程 ；水盐迁移 ；盐胀 中图分类号 ： Ｐ ６ ４ ２． １ ４ 文献标识码 ：Ａ
粉土在较小的温度梯 度 下 （ 水分迁 ０． ０ ５ ℃ ·ｃ ｍ－１ ） ） 移试验的长期 （ 观测得到了恒定温度梯度下 冻 １ ２ａ ） 土中水分迁移的特点 ，即 后 期 （ 土中冷生构造 １ １ａ 发生了显著变 化 ，但 水 分 没 有 发 生 明 显 的 重 分 布 ；
；修订日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ２ ０ ９ ２ ０ １ ３ ０ ５ ２ ７ 收稿日期 ： － － － － ） ；国家自然科学 基 金 优 秀 国 家 重 点 实 验 室 研 究 项 目 （ ； 项目 （ ９ ７ ３ 计划 ） ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ０ ２ ６ １ ０ ６ ４ １ ０ ２ ３ ０ ０ ３） 基金项目 ：国家重点基础研究发展计划 （ ） ；冻土工程国家重点实验室自主课题 （ ） 国家自然科学基金项目 （ 资助 ４ １ ３ ７ １ ０ ９ ０； ４ １ ２ ３ ０ ６ ３ ０； ４ ０ ９ ０ １ ０ ３ ９ Ｓ Ｋ Ｌ Ｆ Ｓ Ｅ Ｚ Ｔ ０ ８ － － ，女 ，陕西宝鸡人 ， １ ９ ８ ９－ ） ２ ０ １ ２ 年毕业于西安理工大学 ，现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所硕士研究 生 ，主 作者简介 ：张英 （ ： 要从事盐渍化冻土物理力学性质的研究 ． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｈ ａ ｎ ｉ ｎ ｌ ｚ ｂ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ＠ ｇ ｙ ｇ ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｂ ｉ ｎ ｈ ｕ ｉ ｌ ｚ ｂ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ＊ 通讯作者 ：邴慧 ， ＠ ｇ
［ ８］
对不同土质进行单
向冻结试验 ，分 别 测 定 冻 结 过 程 中 的 水 流 和 热 流 ， 在冰透镜体形成的非等温条件下通过求解达西定律 来估算冻土和未冻土的非饱和导水率 ．
２］ 张殿发等 ［ 通过室内模拟试验发现 ，土 壤 冻 融
过程中水 分 运 动 主 要 受 控 于 温 度 、土 壤 初 始 含 水 量 、盐分浓度和土 壤 结 构 ．邴 慧 等
［３］ 认为多年冻土地区工程构筑物的修建会干扰盐 ｌ ｉ１ 分在垂向上的分布 ，并指 出 这 种 干 扰 在 －４ ℃ 或 更 ［４］ ［５］ 和Ｈ 低温度下是不可恢复的 ； Ｄ ｕ ｂ ｉ ｋ ｏ ｖ等 １ ｉ ｖ ｏ ｎ１
，但是很少有试验 测 定 冻 土 的 非 饱 和 中得到 Ｋｆ（ ｈ） 导水率 ． 对 此 ，Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ等
［ ５］ ５］ ：在低 温 快 速 的结构形态进行了观测 ． 结果表明 ［
早期许多国外学者通过试验研究来揭示冻融过
［１］ 程中的盐分迁移机理 ，如 Ｓ 运用时域反射 ｔ ｈ ｌ ｉ等 １
冻结时 ，会快速形成 厚 度 较 薄 的 冰 透 镜 体 ，冰 透 镜 体形成的速率与生长表面的冷却速率大致呈线性关 系 ，并且小于纯水中 成 冰 速 率 ，这 也 表 明 了 颗 粒 通 过抑制水分子的迁移率阻碍冰透镜的形成 ． 非饱和导水率对冻土中水分迁移的影响很大，
０ 引言
盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化 、碱化土壤 的统称 ． 我国盐渍土的分布范围很广 ，约占全国面 ／ 积的 ２％ ，目前我国约 有 １ ５耕地存在不同程度的 盐渍化和次生盐渍化特征
［ １］
１ 冻融过程中水盐迁移机理的研究
１． １ 冻融过程中水分迁移机理的研究 冻土中的未冻水 在 外 力 （ 温度梯度或压力梯度 等） 驱动下会发生运移 ，未冻水主要以液态和固 －液－ 固方式运移 ． 此外 ，冻土中的水分还可以气 －固 （ 升
． 西北干旱半干旱地区
分布着大面积的季节冻土和多年冻土 ，这些地区同 时也是我国内陆盐渍土面积分布最广泛的地区 ． 冻 融引起的土壤中水盐运移是导致中低纬度地区土壤 盐碱化多发的主要原因之一
［ ２］
温度梯度是水分迁移最主要的因素 ，温度梯度 下冻土中的水分迁移也一直是冻土物理学研究的重 点和难点 ． 在一定的温度梯度下 ，水分总是从暖端 向冷端迁移 ，导致冻土中冰透镜体的形成以及正冻
１］ 条件与含盐量均呈指数关系 ［ ．
利用 微 小 玻 璃 粉 末 的 单 向 冻 结
试验研究冰透镜的形成机理 ，指出一旦冰透镜体的 厚度达到 ０． １ｍｍ 以上它就会停 止 生 长 ，然 后 在 相 邻的位置 （ 靠近暖端 ） 生成新的冰透镜体 ，这样沿着 热流的方向将会形成一系列有相似间隔的与热流方 向垂直的冰透镜体 ，且后形成的冰透镜体比先形成 的厚 ． 为了 研 究 温 度 与 冰 透 镜 体 生 长 速 率 的 关 系 ， Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ 对饱水 且 级 配 良 好 的 玻 璃 粉 末 在 定 向 冻结装置中进行试验研究 ，并用显微镜对冰透镜体
第３ ５卷 第６期 ２ ２月 ０ １ ３ 年 １
冰 川 冻 土
Ｊ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｇ Ｌ Ａ Ｃ Ｉ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ＡＮ Ｄ Ｇ Ｅ Ｏ Ｃ Ｒ Ｙ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ３
： ／ ｄ ｏ ｉ １ ０． ７ ５ ２ ２ ０ ２ ４ ０． ２ ０ １ ３． ０ １ ６ ９ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ ０ － ｊ ， ： ［ ］ Ｚ ｈ ａ ｎ ｈ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｏ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ｏ ｒ ｅ ｓ ｓ Ｙ ｉ ｎ Ｂ ｉ ｎ Ｈ ｕ ｉ ． Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｆ ｓ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｆ ｒ ｏ ｚ ｅ ｎ ｓ ｏ ｉ ｌ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ａ ｎ ｄ Ｊ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇ ｌ ａ ｃ ｉ － ｇ ｇ ｇ ｙ ｐ ｙ ｐ ｐ ｐ ｇ ， （ ） ： ［ ］ （ ） ： 张英 ，邴慧 ． 含盐冻土物理力学性质研究现状与进展 ［ ｏ ｌ ｏ ａ ｎ ｄ Ｇ ｅ ｏ ｃ ｒ ｏ ｌ ｏ ２ ０ １ ３， ３ ５ ６ １ ５ ２ ７－１ ５ ３ ５． Ｊ ．冰川冻土 ， ２ ０ １ ３， ３ ５ ６ １ ５ ２ ７ ｇ ｙ ｙ ｇ ｙ ］ －１ ５ ３ ５．
［］ 土中含水 量 的 增 加 ． Ｂ ｒ ｏ ｕ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ３ 对 封 闭 系 统 滨 海
，冻土区土体冻 胀 和
融沉及干旱区的地表盐渍化 、盐胀势必会影响到该 地区 的 工 程 建 设 ，如 公 路 、铁 路 及 房 屋 建 筑 物 等 ， 制约我国寒旱区经济发展 ． 本文主要总结前人对盐 胀机理 、水盐迁移机理以及盐渍化冻土物理力学性 质的研究 ，在分析总结现状的基础上提出了今后盐 渍化冻土研究的方向和重点 ．
［ ４］
律 ，以此来反映冻土中水分迁移的规律 ． 关于冻土 中水分迁移机理的较为成熟和统一的结论是冻土中 水分迁移的主要因素是温度梯度 ，水分总是从暖端 向冷端迁移 ，并导致冰透镜体的形成 ． 此外 ，一些 学者 ，如 Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ还 对 冰 透 镜 体 的 形 成 进 行 了 详 细的研究 ，包括其形成机理 、特点和影响因素等 ． １． ２ 冻融过程中盐分迁移机理的研究 土体冻融过程中存在着水分和盐分的 ２ 次迁移 ， 过程 形成了特殊的水盐运移规律 ． 土体冻结过程 中盐分运动非常复杂 ，受 土 壤 类 型 、土 壤 初 始 含 水 量 、土 壤 溶 液 浓 度 、盐 分 组 成 以 及 冻 结 温 度 、热 梯 度 、冻结 速 率 、冻 结 方 向 等 因 素 影 响 ，所 以 ，其 迁 移结果是上述各因素共同作用的结果 ． 含盐土的冻 结试验揭示了土体自上而下冻结过程中 ，水分和盐 分自下而上迁移 ． 含盐量的增量受冷却速度 、地下 水位 、补给溶液浓度 和 土 的 初 始 干 密 度 控 制 ，这 些
１ ０］ 层 ． 张世民等 ［ 对取自青藏公路沿线的粉质黏土
同样得出了在 地 表 以 下 ８～１ ２ｍ 深度内土中含盐 量增加 ． 这些现象都表明 ，温度梯度是引起盐分运 移最主要的驱动力 ，水分迁移和盐分运移是同时进 行的 ． 国内学者在前人的基础上对盐分迁移做了更精 细的研究 ，主要表现 在 盐 分 的 迁 移 过 程 、驱 动 力 和 迁移特点 等 方 面 ． 土 体 冻 结 过 程 盐 分 场 的 研 究 表
［］ Ｈ ａ ｒ ｌ ａ ｎ６ 假定几何上的薄膜水在冻土和未冻土中相 ，此假定忽略了冻结面的水 同 ，用 Ｋ（ 代替 Ｋｆ（ ｈ） ｈ） ［］ 流； Ｔ ａ ｏ 等 ７ 通 过 减 去 冻 土 中 冰 的 含 量 ，从 Ｋ （ ｈ）
仪对壤土进行单向冻融循环试验来观测土中的水盐 运移过程 ，认为由冻结引起对流运移的盐分被向土 柱中间扩散运移的盐分所抵消 ，在冻结段盐分浓度
［２］ 略有升高 ； 构 建 的 基 于 温 度 、水 分 ｖ ａ ｎ Ｌ ｏ ｏ ｎ等 １
和电导率的水盐运移模型对高浓度下的已知盐分和
［］ 低浓度下 的 未 知 盐 分 均 适 用 ． Ｂ ｒ ｏ ｕ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ３ 对 含 水
量为 ４ ０％ ，含盐量为 ０． ５％ 的滨海粉土进行恒定温 ） 度梯度下的长期 （ 单向冻结试验研究冻土中 的 １ ２ａ 盐分迁移机理 ，表明在多年冻土中盐分的分布是不 均匀的 ，盐分重分布 和 水 分 重 分 布 特 征 相 似 ．Ｖ ｅ ｌ －
［ ９］
认为冻土表层至地下 １ ０ ｍ 深含盐量随深度增加是
［］ 温度梯度 下 盐 分 随 水 分 迁 移 的 结 果 ； Ｂ ｒ ｏ ｕ ｃ ｈ ｋ ｏ ｖ３
将青藏铁路沿
线具有代表性的红 色 粉 质 黏 土 进 行 冻 融 循 环 试 验 ， 分析了不同冻结方式下盐渍土水盐重分布规律 ，试 验表明土体经历负 温 循 环 时 变 形 具 有 不 可 累 加 性 ． 多次冻融后土样上部形成上层积水 ，出现水分滞留
冰 川 冻 土 １ ５ ２ ８
５卷 ３
土样的变化均发生在 暖 端 ，冷 端 几 无 变 化 ，很 明 显 这与低温下水分迁移机会少有关 ；另外冻土中的水 分迁移量依赖于水势梯度 、含水量梯度和与土质相 关的渗透系数 ，根据水分迁移状况估算的渗透系数 与冰晶生长情况密切相关 ．由于运移参数确定的困 难 ，无法对长期过程中水分运移的机理得出更加详 细的结论 ． Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ等
ຫໍສະໝຸດ Baidu
含盐冻土物理力学性质研究现状与进展
２ １ ， 张 英１， 邴 慧 ＊ （ １．中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室 ，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０； ） ２．中国科学院大学 ，北京 １ ０ ０ ０ ４ ９
摘 要 ：综述和评价了含盐冻土物理力学性质研究 的 文 献 和 进 展 ，包 括 冻 融 过 程 中 水 盐 迁 移 机 理 、冻 胀机理 、盐渍冻土物理力学参数和冻融循环对含盐 土 力 学 性 质 影 响 等 方 面 的 研 究 ，总 结 归 纳 了 含 盐 土 研究的主要结论和目前存在 的 问 题 ，在 此 基 础 上 提 出 了 冻 融 过 程 中 含 盐 冻 土 物 理 力 学 性 质 研 究 的 重 点 ，如水盐迁移 、冻胀 －盐胀机理和盐渍化冻土结构性 等 ．鉴 于 对 含 盐 土 研 究 中 所 存 在 的 问 题 ，今 后 应 从以下方面着手深入研究 ：将室外试验纳入到含盐 土 物 理 力 学 性 质 的 研 究 中 ，对 含 盐 土 研 究 中 试 验 样 品尽量以原状土代替 ，以野外试验研究补充完善室 内 试 验 ；应 用 定 量 研 究 含 盐 土 的 微 观 结 构 和 孔 隙 特 征来描述土体的宏观物理力学性质 ，通过不同试验方法结合寻求更加 适 合 土 壤 微 结 构 图 像 处 理 的 新 方 法 ；对仪器设备改进 ，采取合理有效的方法加强盐渍化冻土水盐运移参数试验 ． 关键词 ：含盐冻土 ；冻融过程 ；水盐迁移 ；盐胀 中图分类号 ： Ｐ ６ ４ ２． １ ４ 文献标识码 ：Ａ
粉土在较小的温度梯 度 下 （ 水分迁 ０． ０ ５ ℃ ·ｃ ｍ－１ ） ） 移试验的长期 （ 观测得到了恒定温度梯度下 冻 １ ２ａ ） 土中水分迁移的特点 ，即 后 期 （ 土中冷生构造 １ １ａ 发生了显著变 化 ，但 水 分 没 有 发 生 明 显 的 重 分 布 ；
；修订日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ２ ０ ９ ２ ０ １ ３ ０ ５ ２ ７ 收稿日期 ： － － － － ） ；国家自然科学 基 金 优 秀 国 家 重 点 实 验 室 研 究 项 目 （ ； 项目 （ ９ ７ ３ 计划 ） ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ０ ２ ６ １ ０ ６ ４ １ ０ ２ ３ ０ ０ ３） 基金项目 ：国家重点基础研究发展计划 （ ） ；冻土工程国家重点实验室自主课题 （ ） 国家自然科学基金项目 （ 资助 ４ １ ３ ７ １ ０ ９ ０； ４ １ ２ ３ ０ ６ ３ ０； ４ ０ ９ ０ １ ０ ３ ９ Ｓ Ｋ Ｌ Ｆ Ｓ Ｅ Ｚ Ｔ ０ ８ － － ，女 ，陕西宝鸡人 ， １ ９ ８ ９－ ） ２ ０ １ ２ 年毕业于西安理工大学 ，现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所硕士研究 生 ，主 作者简介 ：张英 （ ： 要从事盐渍化冻土物理力学性质的研究 ． Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｚ ｈ ａ ｎ ｉ ｎ ｌ ｚ ｂ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ＠ ｇ ｙ ｇ ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｂ ｉ ｎ ｈ ｕ ｉ ｌ ｚ ｂ． ａ ｃ ． ｃ ｎ ＊ 通讯作者 ：邴慧 ， ＠ ｇ
［ ８］
对不同土质进行单
向冻结试验 ，分 别 测 定 冻 结 过 程 中 的 水 流 和 热 流 ， 在冰透镜体形成的非等温条件下通过求解达西定律 来估算冻土和未冻土的非饱和导水率 ．
２］ 张殿发等 ［ 通过室内模拟试验发现 ，土 壤 冻 融
过程中水 分 运 动 主 要 受 控 于 温 度 、土 壤 初 始 含 水 量 、盐分浓度和土 壤 结 构 ．邴 慧 等
［３］ 认为多年冻土地区工程构筑物的修建会干扰盐 ｌ ｉ１ 分在垂向上的分布 ，并指 出 这 种 干 扰 在 －４ ℃ 或 更 ［４］ ［５］ 和Ｈ 低温度下是不可恢复的 ； Ｄ ｕ ｂ ｉ ｋ ｏ ｖ等 １ ｉ ｖ ｏ ｎ１
，但是很少有试验 测 定 冻 土 的 非 饱 和 中得到 Ｋｆ（ ｈ） 导水率 ． 对 此 ，Ｗ ａ ｔ ａ ｎ ａ ｂ ｅ等
［ ５］ ５］ ：在低 温 快 速 的结构形态进行了观测 ． 结果表明 ［
早期许多国外学者通过试验研究来揭示冻融过
［１］ 程中的盐分迁移机理 ，如 Ｓ 运用时域反射 ｔ ｈ ｌ ｉ等 １
冻结时 ，会快速形成 厚 度 较 薄 的 冰 透 镜 体 ，冰 透 镜 体形成的速率与生长表面的冷却速率大致呈线性关 系 ，并且小于纯水中 成 冰 速 率 ，这 也 表 明 了 颗 粒 通 过抑制水分子的迁移率阻碍冰透镜的形成 ． 非饱和导水率对冻土中水分迁移的影响很大，
０ 引言
盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化 、碱化土壤 的统称 ． 我国盐渍土的分布范围很广 ，约占全国面 ／ 积的 ２％ ，目前我国约 有 １ ５耕地存在不同程度的 盐渍化和次生盐渍化特征
［ １］
１ 冻融过程中水盐迁移机理的研究
１． １ 冻融过程中水分迁移机理的研究 冻土中的未冻水 在 外 力 （ 温度梯度或压力梯度 等） 驱动下会发生运移 ，未冻水主要以液态和固 －液－ 固方式运移 ． 此外 ，冻土中的水分还可以气 －固 （ 升