陕西省土地工程建设集团有限责任公司 陕西西安 710075
摘要：土的冻结温度是判断土是否处于冻结状态的直接物理指标，对于确定寒区冻结深度和人工冻土冻结壁厚度有着重要意义。为了研究冻结温度在不同含水量条件下的变化，以江苏软黏土为研究对象，进行了冻结温度试验。结果表明：冻结温度随含水量的增大而升高，最后趋近于纯水的冻结温度0 oC。
关键词：含盐软黏土；冻结温度；含水量
Effect of moisture content on freezing point of saline soft clay
Wang Qinze
ShaanXi Land Construction Group Co.，Ltd.，Xi'an 710075，Shaanxi，China
Abstract：Soil freezing point is a direct physical index to determine whether soil is in a frozen state，and it is of great significance to determine the freezing depth in cold regions and the thickness of artificial frozen soil wall.In order to study the change of freezing point under different water content，the freezing point test was carried out on Jiangsu soft clay.The results show that the freezing point increases with the increase of water content，and finally approaches the freezing point of pure water at 0 oC.
Key words：saline soft clay；freezing point；water content
1.引言
季节性冻土区，土的冻结与融化一直是工程施工的重点考虑因素[1]，土的冻结温度是判断土是否处于冻结状态的直接物理指标[2]。土的冻结与融化是一个复杂的相变过程，当土体温度低于自由水的冻结温度时，土中水开始冻结，由于易受到其他溶质的影响，起始冻结温度往往低于纯水的冻结温度，同时含水量在土中分布的不均匀性，也会导致冻结温度发生变化[3]。影响冻结温度的宏观参数是含水量[4]，且冻结温度对土的总含水量有依赖性[5]。
本文以江苏软黏土为研究对象，分析冻结过程中含水量对冻结温度的影响，建立相应的数值关系式，为实际工程特别是人工冻结技术的发展与应用提供一个理论依据。
2.试验方案
2.1 试验材料
试验取用江苏省苏州市在建工地的软黏土，取土深度4.0 - 5.0 m。软黏土天然含水率w=49.3%，最大干密度ρdmax=1.75 g/cm3，液限为41.8%，塑限为21.6%，塑性指数为20.2，液性指数为1.37，属于中液限黏土。
2.2 试样制备
本次试验含水量控制为10%、20%、30%、40%、50%和60%。控制土样干密度与天然干密度一致，为1.70 g/cm3，以消除不同试样间干密度不同带来的差异。试样制备完成后放置于保湿缸内静置24 h，以保证水分和盐分在试样空间中均匀分布。本试验采用周家作[6]提出的低温恒温槽调节冷液温度的方法测定不同试验条件下的冻结温度。
3.试验结果与分析
图1给出了江苏软黏土在其他一定的情况下，冻结温度随含水量的变化趋势。从图中可以看出，冻结温度随含水量的变化呈非线性增长。含盐量一定时，冻结温度随含水量的增大而逐渐升高，且逐渐接近于纯水的冻结温度0 oC，当含水量超过50%时，冻结温度几乎无变化且无限接近于纯水的冻结温度；含水量在10%-40%时，冻结温度上升速度最快，含水量超过40%时，冻结温度变化较为缓慢，冻结温度曲线趋于平缓。随着含水量的增大，冻结温度曲线整体趋于平缓，不同含盐量之间的冻结温度差异减小。
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图1 含水量对冻结温度的影响
Fig.1 Effect of water content on freezing point
土中未冻水含量趋近于零时，土体几乎不冻结，冻结温度趋于负无穷大；土中未冻水含量趋于无穷大时，土的性质接近于纯水的性质，冻结温度趋近于零且接近纯水的冻结温度。考虑到这些特性，将含水量进行无量纲化，如式（1）所示，并将其与冻结温度Tf绘制于同一张图中，如图2。从图中可以看出，在给定条件下，无量纲化含水量w*与冻结温度Tf大致呈线性关系，且可以采用式（2）表示。
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（1）
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（2）
式中M为线性关系的斜率，即冻结温度的拟合参数。
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图2 含水量与冻结温度线性化结果
Fig.2 Linearization results of water content and freezing point
通过分析式（2）和图2可以得出：对含水量进行无量纲化处理后，其他条件一定时，土的冻结温度与含水量呈正比例增长关系，冻结温度会随含水量的增大而升高，最后趋于0 oC。
4.结论
通过对江苏省软黏土在不同含水量条件下的冻结温度试验分析，可得出以下结论：
（1）冻结温度随含水量的增大而升高，最后趋近于纯水的冻结温度0 oC
（2）其他条件一定时，冻结温度与含水量呈正比例关系，含水量越大，土体的冻结温度越高，超过这一范围后，冻结温度几乎无变化。
（3）将含水量进行无量纲化后，可以将冻结温度用含水量近似线性关系表达出来，以便更直接地反映出冻结温度与含水量的关系变化。
参考文献：
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