24.3 凍土的物理力學及熱學性質

　　1 凍土的物理性質

　　(1)凍土的總含水量，即凍土中所有的冰和未凍水的總質量與土骨架質量之比;即凍土在100℃至105℃溫度下烘至恒重后所失去水分的質量與所達到恒重后干土質量之比。

　　凍土含水量是進行凍土地區水熱平衡計算、分析凍土發育條件、研究凍土內在規律性和對凍土的凍脹性及融沉性進行評價的重要指標。

　　凍土含水量試驗方法很多，有烘干法、聯合測定法、炒干法及電導率法、熱容量法、導熱系數法、中子法等。其中前三者最為常用，而且以烘干法為標準方法。

　　【例題12】凍土的總含水量是指( )。

　　A、凍土中所含未凍水的質量與凍土總質量之比;

　　B、 凍土中所有的冰和未凍水的總質量與凍土總質量之比;

　　C、凍土中所含未凍水的質量與土骨架質量之比;

　　D、凍土中所有的冰和未凍水的總質量與干土質量之比;

　　答案：D

　　A、凍土中冰加未凍結水的質量; B、凍土中冰的質量;

　　C、凍土中未凍結水的質量; D、凍土中土骨架的質量; 答案：A

　　(2)凍土相對含冰量和未凍水含量

　　相對含冰量(i)是凍土中冰的質量與凍土中冰、水之和的質量之比，以小數或百分數表示;未凍水含量(wu)是凍土中未凍結水的質量與凍土干土質量之比，以百分數表示。這兩個指標從兩個側面具體反映了凍土中的固態冰和液態水的含量，而且反映了凍土中冰與水相對存在的比例關系。凍土的相對含冰量與未凍水含量試驗方法較多，有量熱法、微波法、核磁共振法等。其中量熱法較為廣泛采用。

　　量熱法根據能量守恒定律，將具有穩定負溫的凍土試樣放入正溫量熱水中，經過一定時間的熱交換，試樣溫度與量熱水溫度達到平衡，即試樣吸收的熱量等于量熱水和量熱裝置放出的熱量，從而算出凍土中冰的質量，再根據定義求出相對含冰量及未凍土水含量。

　　根據凍土相對含冰量i和未凍水含量wu及凍土的含水量w的定義，可知三者之間存在以下關系：

　　對某一土質的凍土，其未凍水含量與凍土的總含水量關系，僅取決于凍土負溫的高低;當負溫一定時，wu是定數，凍土的相對含冰量與凍土的含水量成正比。

　　當無條件進行凍土的相對含冰量和未凍水含量試驗時，對凍土中的未凍水含量可按式24.3-3和式23.3-4進行估算：

　　粘性土 wu=wpK(t) 24.3-3

　　砂土 wu=w[1-i(t)] 24.3-4

　　式中：wp—凍土塑限含水量(%); K—系數，從表24.3-1查得; t —溫度(℃);

　　w —凍土總含水量(%); i —凍土相對含冰量，從表24.3-1查得。

　　i或K取值表 24.3-1

　　土類塑性指數i或K值溫 度 (℃)

　　-0.2-0.5-1.0-2.0-3.0-5.0-10.0

　　砂土20.650.780.850.920.930.950.98

　　粉土Ip≤7K0.700.500.300.200.150.150.10

　　粉質粘土7K0.900.650.500.400.350.300.25

　　粘土17K1.100.900.800.700.600.550.50

　　草炭粉質粘土15K0.500.400.350.300.250.250.20

　　(3)質量含冰量，即凍土中冰的質量與凍土干土質量之比，以百分數表示。

　　(4)體積含冰量，即凍土中冰的體積和凍土體積之比，以百分數表示。這兩個指標沒有前者應用普遍。

　　(5)凍土的重度，即保持凍結狀態下天然結構的凍土單位體積的重量。

　　【例題14】相對含冰量是指( )。

　　A、凍土中冰的質量與凍土中冰、水之和的質量之比;

　　B、 凍土中冰的質量與凍土中水之和的質量之比;

　　C、凍土中冰的質量與凍土干土質量之比;

　　D、凍土中冰的質量與凍土總質量之比; 答案：A

　　【例題15】凍土的物理性質指標包括( )。

　　A、凍土的總含水量; B、體積含冰量; C、融沉系數; D、凍脹量;

　　答案：A、B

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