吉林西部季冻区冻融过程对黏性土分散性的影响
吉林西部季冻区盐渍土冻胀特性及三维颗粒流数值模拟
吉林西部季冻区盐渍土冻胀特性及三维颗粒流数值模拟土体盐渍化是一种缓变的自然灾害，会带来草地退化、荒漠化、盐渍化等一系列生态问题，对人类环境造成威胁，对人类生产、生活及经济发展有着严重影响。
吉林省西部松嫩平原上就广泛分布的这种盐渍化较严重的土壤，且该地位于季节性冻土区，土体的周期性冻结与融化对盐渍土的形成与发展有着很大影响。
为了减缓土地退、恢复治理生态系统，吉林省启动了嫩江下游与第二松花江的引水工程来淋洗盐渍化的土地，但在淋洗过程中引发冻胀及次生盐渍化等工程及环境问题。
因此，有必要对吉林西部盐渍土分布区进行调查取样，详细查明其盐渍化进程，分析盐渍土水盐运移规律，为防治盐渍化及次生盐渍化提供理论依据。
另外由于吉林西部季节性冻土区的特殊气候，造成土体冻胀引起的道路翻浆、坍塌等交通病害也对治理盐渍化土壤等土地开发整理项目带来困难，因此，对吉林西部季冻区盐渍土进行冻胀特性的研究并结合数值模拟手段分析冻胀细观机理对治理道路病害，恢复治理生态脆弱区提供理论依据。
本文结合国家自然科学基金重点项目“寒旱区土体盐渍化HTSM多场耦合地质环境系统灾变演化机理与工程效应研究”（NO：41430642），国家自然科学基金项目“松嫩平原分散土成因机制及水热盐耦合离子迁移模型研究”（NO：41372267），高校博士点基金项目―干湿冻融循环对吉林西部分散土的影响及机理研究‖（NO：20120061110054）开展研究。
首先，通过对吉林西部镇赉、大安、乾安、农安地区的盐渍土进行长期监测和调查取样，对土样的物质组成、基本物理化学性质及孔隙分布特征进行了试验研究，通过对研究区不同埋深、不同季节及不同地点的盐渍土各项物质组成、物理化学性质及孔隙分布特征进行了深度上和地面范围上的对比讨论，建立了吉林西部盐渍土分布及盐渍化进程的宏观模型为研究区盐渍土冻胀特性的研究提供基础。
其次，利用Arya-Paris预测模型对盐渍土土水特征曲线进行了预测，根据预测结果对研究区土体的饱水、持水、脱水及水分在土体中运移速率的特性进行分析讨论，为研究区土体的水盐物质迁移及盐渍化进程提供分析依据。
季节性冻土的冻结和融化
季节性冻土的冻结和融化季节性冻土，指的是地球表面在寒冷季节中由于低温而呈现冻结状态的土壤。
它主要分布在地球的高纬度地区和高海拔地区，如北极、南极、高山地区等。
季节性冻土的冻结和融化是地球气候系统中一个重要的过程，对于环境变化、生态系统以及人类活动都具有深远的影响。
一、季节性冻土的形成原因季节性冻土的形成主要受到以下几个因素的影响：1. 气温：寒冷的气温是季节性冻土形成的基本条件。
当地表温度降至冰点以下时，水分开始凝结成冰，导致土壤中的水分冻结。
2. 土壤含水量：土壤中的含水量越高，冻结的可能性就越大。
当土壤含水量较高时，水分冷却的速度会相对缓慢，容易形成冻土。
3. 土壤质地：粘土和壤土等细粒土壤对水分的吸附能力较强，有利于水分冻结形成冻土。
4. 土壤覆盖：植被和积雪是影响季节性冻土的重要因素。
植被可以保持土壤湿度并减缓土壤冷却速度，而积雪可以起到绝缘的作用，防止土壤中的热量流失。
二、季节性冻土的冻结过程季节性冻土的冻结过程一般可分为以下几个阶段：1. 预冷期：气温逐渐下降，土壤中的水分开始冷却，并在零度附近形成冰点核。
此时，土壤中的水分尚未完全冻结。
2. 冻结期：气温持续降低，土壤中的水分逐渐冻结成冰。
冰芯从冷集中形成，并向周围扩散。
土壤中的孔隙逐渐被冰塞满。
3. 冻结稳定期：土壤中的水分基本上已经冻结成冰，达到稳定状态。
此时，土壤变得坚硬，无法渗透水分。
三、季节性冻土的融化过程季节性冻土的融化通常是在春季气温回升时发生的，它包括以下几个主要阶段：1. 融化融雪期：随着气温的升高，冻土表层的冰开始融化。
同时，积雪也逐渐融化，增加了土壤中的水分。
2. 滞后融化期：由于冻土表层的冰有一定的保护作用，导致下层土壤的融化滞后于表层。
这一阶段土壤水分的增加会导致土壤湿度的提高。
3. 渗透融化期：随着高温季节的到来，冻土逐渐融化，土壤中的水分开始渗透向下。
这会导致土壤湿度的逐渐下降。
四、季节性冻土对环境和生态系统的影响季节性冻土冻结和融化过程对环境和生态系统具有重要意义：1. 气候变化：季节性冻土的冻结和融化过程是地球气候系统中重要的热量交换过程。
冻结法施工冻融作用对土的工程性质影响研究
( 4) 从波速测试结果看出 : 经冻融后 , 土体中 波的传播速度变慢 , 主要是冻融土的孔隙率比原状土 大 , 对弹性波的传播阻力较大 。
( 4) 经冻融后 , 土的液限 、塑限与液性指数增 加 , 而塑性指数减小 。这可能是在冻融过程中 , 原状 土原有的颗粒较大的团聚体发生解体作用 , 导致土颗 粒在一定程度上变细 , 即土体中细粒含量增加 。土的 液限与塑性指数受土粒大小的影响十分显著 , 土粒越 细 、细粒含量 (粘粒 ) 越高 , 其比表面积越大 , 结 合含水量也越高 , 则液限与塑性指数也越大 。说明冻 融后 , 土的塑性降低 , 土体发生软化 。
各层的人工冻融土与原状土的基本物理性质指标
3 合肥工业大学博士学位专项基金项目 (2007GDBJ031) 。
查甫生 , 男 , 讲师 , 博士 。
见表 2。 ( 1) 冻融后土的含水量较原状土有所增加 。在
冻结过程中 , 由于冻结作用导致土体孔隙结构的变 化 , 盐水进入到地基土中 , 从而致使土体含水量 增加 。
原状土 31 2115 0124 8141 11000 01038 197 ⑥
冻融土 25 2012 0137 7110 01838 01028 143 原状土 46 2515 0125 6159 11766 01072 211 ⑦ 冻融土 41 2416 0138 5185 11059 01050 156 原状土 36 1917 0121 8140 31242 01089 233 ⑧ 冻融土 28 1913 0131 6104 31355 01090 170 原状土 84 2111 0111 14158 31238 01155 271 ⑨ 冻融土 69 2017 0117 11173 31640 01159 258
冻融循环作用对土体性质的影响研究现状
冻融循环作用对土体性质的影响研究现状摘要：冻融作用对于冻土地区的实际工程建设有很大的影响，所以冻融作用也是工程建设中十分重要的研究课题。
本文首先简要介绍了冻融引起的灾害，冻融循环试验的仪器方法和冻融循环改变土的物理力学性质等方面。
关键词：冻土，冻融循环试验，冻融作用0.引言冻融作用是实际建设工程中十分重要的影响，所以研究土冻融作用后的物理力学性质尤为重要。
冻融灾害是季冻区工程建设的重要问题之一。
已川藏铁路为例，土体经过冻融作用使得边坡发生失稳滑动，冻土边坡表层土体强度降低，是以川藏铁路为例季节性冻土边坡破坏的主要因素[1]。
因此，为减少冻融循环引发的工程灾害，研究冻融循环作用对土体性质的影响是十分必要的。
1.研究冻融循环试验的仪器与方法室内土的冻融试验一般将试件放置于圆筒模型内，根据试验要求会在内部装上温度探测器来监测土样内部的温度变化，将土样放入恒温箱中，可以用位移器来监测试样在冻融过程中的产生位移变化。
此外，在冻融过程中有开放式的，完全封闭式的，半封闭式，对于冻融试件有加围压和轴压两种加压方式。
冻结方式对各个研究者而言也各不相同，可以按照施加冷源的位置来分类，一般有单向冻结，单向融化，偶尔有双向冻结，单向融化等。
冻融对土的物理力学性质的影响一般用剪切、压缩固结、静三轴、动三轴等试验考察土工程性质在冻融循环作用下的改变。
2.冻融作用引起土物理性质的变化学者研究发现冻融循环可以使土的液塑限发生一定的变化[2]，也可以使土的颗粒级配发生变化[3]。
通过大量试验表明土样在冻融过程中内部会出现细小裂隙，而土样中的冰晶也会发生融化导致土样内部大孔隙的形成，因此土样的孔隙比减小，但渗透系数一般会有所增大[4]。
通过学者研究表明渗透性是土样在冻融过程中变化最为显著的。
Chamberlain等[5]研究表明，冻融后渗透性与孔隙比变化有一定的关系。
后来学者齐吉琳[6]等通过大量研究表明不同密实度的土的在冻融试验中渗透性会有不同的变化趋势，但整体呈现增大趋势。
冻融循环对土壤性状特征影响研究进
doi：10.11838/sfsc.1673-6257.21468冻融循环对土壤性状特征影响研究进展王艺璇，仲秋维，郑昕雨，蔺吉祥，赵 艺，王竞红*（东北林业大学园林学院，黑龙江 哈尔滨 150040）摘 要：土壤冻融是由于大气温度的周期性变化，土壤层出现冻结与融化交替的现象，在草原、农田、森林等生态系统广泛存在。
土壤冻融对农业生产、土壤资源的有效利用以及生态气候与水文环境的预测具有重要的指示作用。
近年来，关于土壤冻融的生态效应备受关注。
论文重点阐述了近年来国内外关于土壤冻融循环研究方面的进展，从冻融循环对土壤的物理、化学以及生物特性3个角度的影响进行分析。
现有研究表明，冻融循环是以土壤为传递基质的水分运移发生了变化，也是土壤能量输入和输出的过程。
此外，冻融循环也会影响到土壤抗侵蚀性能，尤其在春季解冻期间较为严重，其中土壤含水量较高和有积雪的地域十分明显。
冻融循环过程对土壤生物化学的影响主要是通过作用于土壤微生物区系、微生物量和活性等方面，使微生物群落组成和结构发生变化。
基于此，论文从冻融循环对土壤理化性质（水热状态、团聚体和抗剪程度）、碳氮循环、土壤酶活性以及土壤微生物活性影响等方面对国内外研究现状进行了归纳与总结，并提出了研究展望，以期加深人们对土壤冻融循环生态效应的认知，并为挖掘冻融循环下植物-土壤-微生物耦合关联机理的研究提供一定的科学依据。
关键词：土壤；冻融循环；团聚体；土壤酶活性；微生物；碳氮循环土壤冻融是由于大气温度的周期性变化，土壤层出现冻结与融化交替的现象。
冻融会随着季节或昼夜热量的变化而不断变化，且主要发生在中高纬度地区［1］。
一般来说，北半球的大部分地域每年都会经历季节性的土壤冻融变化［2］即冻融循环，冻融循环会随着气候变暖与多变性的增加而增加［3］。
我国土壤冻融循环的多发地区位于东北、西北以及黄土高原地带。
在我国北部地区，冻融循环通常发生在土壤表面及以下的特定深度，这也是由季节性变化或昼夜更迭所导致的［4］。
吉林西部典型灌区冻融期水田水盐运移特征研究
题 之一 ， 水 盐 运 移 是 研 究 土 壤 盐 碱 化 的主 要 内 容 ， 冻 融引起 土壤 中水 盐 运 移 是 导 致 土 壤 盐 碱 化 的 重 要 原 因… ， 对 作 物 的 危 害 十 分 严 重 ． ３ 。 国 内 外 学 者 都对 冻 融 作 用 下 的 水 盐 运 移 进 行 了相 关 研 究 。 国外 的 研 究 主 要 集 中 在 水 分 迁 移 的 动 力 学 机 理 ， 。 国内学 者采 用模 型模 拟 、 田问试 验 ］
和室 内模 拟 试 验 等 方 法 进 行 了研 究 。模 型 模 拟 并 不能 完全模 拟 土壤 复 杂 的 理化 环 境 及 其 变化 ； 田问
试验易受野外风、 降雨 、 降雪等 自然因素的影响 ； 室
内模 拟研 究多 以冻结 ４ ８ ｈ融 化 ４ ８ ｈ ¨ 为一个 循 环， 并不 能模 拟初 冬 和初 春 昼 融 夜冻 条 件 下 的水 盐
碱 化最 严重 、 对农业 影 响最 大 的地 区之一 。２ ０ ０ ９
年， 国务院通过 了吉林省增 产百亿斤商 品粮规 划 ，
吉林西 部承 担着 增产 ５ ０亿斤 粮食 的重 担 ， 近 年来 已 陆续 引嫩 江水灌 溉 盐 碱地 开 发 了一定 规 模 的水 田 ， 且 范 围不 断 在 扩 大 。在 盐 碱 地 区大 规 模 开 发 水 田 将 不 可避 免 地 改 变 原 来 土 壤 的 水 盐 运 移 规 律 。长 期 以来 ， 我 国许 多研 究 者 对该 区盐 碱 化 问题 进 行 了
变化规律 ， 分析 了水 、 盐含量 的相关性。研究得出： 在冻 融循环作用下 ， ２ ０ —５ ０ ｃ ｍ土层 的水分和盐分 向上层迁移， 使０ —２ ０ ｃ ｍ土 层含水率和含盐量增加 ， 其 中０ —１ ０ ｃ ｍ土 层增加 最 多； ０ 一ｌ ０ ｃ ｍ、 １ Ｏ ０ ｃ ｍ、 ４ ０ —５ ０ Ｃ Ｉ Ｉ Ｉ 土层水 、 盐 之 间具 有显著 的相 关性。 受水势 梯度 、 冻结 带、 土壤 结构 、 溶解度等 因素影响 ， ２ Ｏ 一３ ０ ｃ ｍ、 ３ ０ ＿ ＿ ４ ０ ｃ ｍ 土层水 、 盐 之间相关 性不显著 ； 冻 融过程 中水分运
冻融循环对水土环境的影响研究
冻融循环对水土环境的影响研究随着气候变化的不断加剧，冻融循环对土壤和水环境的影响日益突出。
冻融循环是指土壤在低温冰固作用和高温融化作用的循环过程，这个过程对土壤和水文系统产生着广泛的影响，会改变土壤结构，影响土壤板结和孔隙结构等，进而影响土壤物理、化学和生物学特性。
本文将探讨冻融循环对水土环境的影响的研究现状和未来展望。
1. 冻融循环对土壤的影响冻融循环对土壤物理学、化学和生物学特性都会产生影响。
第一，冻融循环会改变土壤孔隙结构和土层结构。
冻融作用会使得土壤中的水分向上升，进而形成土壤板结，重金属沉积在板结中也变得更加明显。
第二，土壤中的新陈代谢活动会受到冻融循环的影响，进而影响土壤中的营养循环和有机物分解过程。
这些因素都会影响土壤水分、空气和营养元素的扩散和富集等。
2. 冻融循环对水文系统的影响冻融循环对于地下水系统的影响也是十分重要的。
基于我国当前的水资源与环境状况，大部分地区出现了地下水资源超采、地面水资源红线保护等问题，而冻融循环则对这些问题的解决产生了影响。
在冬季，地下水水位一般较低，在春季融化时，地下水水位会快速提升，从而滋润冬季因为缺沙缺水等因素而处于干旱状况的植被。
此外，由于在地下水水位较低时，需要进行地下水补给措施，冻融循环会间接地影响到了地表、下水道等部分的供水情况，从而对水文系统产生影响。
3. 冻融循环对水体环境的影响冻融循环还影响到了河流、湖泊等水体环境中的水位和水温等水文参数。
冬季的低温环境会导致水体中的水温下降，从而促进了水体中氧气的溶解度的增加，并且发挥了杀菌乃至消毒的作用。
在冬季里，由于积雪等因素，湖泊等水体会形成覆盖层，从而减少水汽的扩散，这有利于防止地表土壤中的营养和重金属积聚到水体中，也不利于水体微生物的生存和繁衍。
4. 冻融循环影响下的应对策略在现代工农业高度发达的情况下，如果简单掩耳盗铃，拒绝看到冻融循环对水土环境的影响并采取应对措施，将不利于人类良性生态环境的建设和维护。
高寒区冻融循环对土壤有机质分布特性的影响机制解析
高寒区冻融循环对土壤有机质分布特性的影响机制解析高寒区的土壤有机质分布特性受到冻融循环的影响，这一影响是通过一系列的机制实现的。
冻融循环是指在高寒地区，土壤经历了周期性的冻结和解冻过程。
这一过程对土壤有机质的分布和动态变化具有重要的影响。
首先，冻融循环会影响土壤有机质的微观结构。
在冻结过程中，水分分子形成冰晶，使土壤微孔隙收缩，有机质颗粒之间的接触面积增大。
而在解冻过程中，水分从冰晶中溶解出来，土壤孔隙恢复，有机质颗粒之间的接触面积减小。
这一过程使得有机质分布在土壤微观结构中呈现出不同的特点，从而影响其在土壤中的分布。
其次，冻融循环会影响土壤有机质的分解速率。
在冻结过程中，土壤活性微生物的代谢速度下降，导致有机质的分解速率减缓。
而在解冻过程中，土壤活性微生物的代谢速度恢复，有机质的分解速率加快。
这样，冻融循环使得土壤有机质的分解过程发生了周期性的变化，影响了土壤有机质的积累和分布。
此外，冻融循环还会影响土壤有机质的迁移和转化。
在冻结过程中，土壤中的水分被冻结成冰，土壤孔隙中的水分迁移到冻结的冰晶中，从而导致土壤有机质向冰晶迁移。
而在解冻过程中，土壤中的冰晶融化，土壤有机质重新进入土壤孔隙中。
这一过程使土壤有机质在垂直方向上发生迁移，影响了土壤有机质的分布特性。
在高寒区的冻融循环过程中，土壤有机质的分布还受到其他一些因素的影响。
例如，气温和降水等气候因素会影响冻融循环的频率和强度，从而进一步影响土壤有机质的分布特性。
此外，土壤类型、土壤质地以及植被覆盖情况等也会影响土壤有机质的分布。
对高寒区冻融循环对土壤有机质分布特性的影响机制进行解析是十分重要的。
首先，了解冻融循环对土壤有机质分布特性的影响机制可以帮助我们更好地理解土壤有机质的分布规律和动态变化，在土壤改良和保护中具有重要的指导意义。
其次，通过深入研究冻融循环的机制，可以为高寒区土壤有机质的合理利用和管理提供科学依据。
为了更好地利用和管理高寒区的土壤有机质，我们可以针对冻融循环对土壤有机质分布特性的影响机制，采取一些措施。
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关键 词 ：季冻区；分散性土；水分迁移 ； 盐分迁移 ； 微观结构
中 图分类 号 ：Ｔ Ｕ ４ １ １
文献标 志码 ：Ａ
文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ ０ ８ ｘ （ ２ ｏ ｌ ４ ） ｏ ３ ＿ Ｏ １ ５ ５ ６
Ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｆ ｒ ｅ ｅ ｚ ｉ ｎ ｇ － ｔ ｈ ａ ｗｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｖ ｅ
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第 ５卷 第 ３期
２ ０ １ ４年 ９月
黑
龙
江
大
学
工
程
学
报
Ｖｏ １ ． ５． Ｎｏ ． ３
Ｓｅ ｐ．， ２０１ ４
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摘 要 ：在季节性冻土区，温度的周期性变化会引起土体冻结和融化。在土体冻结过程中，土中的水分发生迁
移 ，水 中的盐 分也发生变化 ，对土体的性质产生 一定影 响 ，土 的分散性发 生变 化。选取 吉林 西部 镇赉地 区黏性 土 ，利用 室内试验模拟土体在冻融 作用 下 的水 分迁 移过 程 ，结合 分散性 鉴定 试验 ，对 冻结 前后 土样 的含水 量 、 含盐 量 、土粒 的微观结构 以及分散性 的对 比研究 ，分析 季节性 冻土 区水分迁 移对黏 土分散 性产生 影响 的主要 因 素。研究 表明 ，研 究区土样属分散性盐渍土 ，在 冻结 过程 中土 中水 分及 盐分 向上 迁移 ，土 的结构 变得 更松 散 ， 冻融 作用后土的分散性显著增强 。
ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｒ ｆ ｏ ｍ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｌ ａ ｉ ａ ｒ ｅ ａ ｏ ｆ ｗ ｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ， ｉ ｎ ｄ ｏ ｏ ｒ ｆ ｒ ｅ ｅ ｚ ｉ ｎ ｇ － ｔ ｈ ａ ｗ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｔ ａ ｋ ｅ ｎ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅ
Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ２１ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ３ ．Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ Ｔ ｅ ａ ｍ ｏ ｆ Ｇｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ，
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吉 林 西 部 季 冻 区 冻 融 过 程 对 黏 性 土 分 散 性 的 影 响
鲍硕 超 ，王 清 ，王 文 华 ，王 子健 。
（ １ ．吉 林 大 学 建 设 工程 学 院 ， 长春 １ ３ ０ ０ ２ ６ ；２ ． 长 春 工 程 学 院 土 木 学 院 ，长 春 １ ３ ０ ０ ２ １ ；３ ． 中 国建 筑材 料 工 业 地 质 勘 查 中 心 吉 林 总 队 ，长 春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ）
ｓ ｏ ｉ ｌ ｉ ｎ ｗｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｊ ｉ ｌ ｉ ｎ ｓ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｒ ｏ ｚ ｅ ｎ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ
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