土体冻结过程中基质势与水分迁移及冻胀的关系

• 作者: 张明礼 李德生 温智 薛珂 高樯
• 来源期刊: 农业工程学报
• 学科: 农学
• 关键词: 土壤 冻结 含水率 温度 冻胀 分凝冰 基质势 pFmeter
• 年，卷（期）: 2017,（10）
• 所属期刊栏目: 农业水土工程
• 页码范围: 176-183
• 页数: 8页
• 分类号: TU411.2|S152.7
• 字数: 8330字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.023

摘要

土体冻结过程中不同位置液态水的能量差引起了水分迁移与重分布,进而引发冻胀,关于势能差驱动下的冻土水分迁移问题一直由于技术手段的匮乏而没有完全解决.利用新近推出的可用于冻土水热研究的pF meter基质势传感器与5TM水分传感器,实时监测研究饱和青藏红黏土单向冻结过程中基质势-液态含水率-温度-含冰量-水分迁移量-冻胀变形之间在时间、空间上的耦合变化关系.结果表明:土体温度场变化引起内部液态水相变,打破了原有的能量平衡,试验结束后12~14 cm土样高处含水率最高达到55%,靠近冻融交界面处(10 cm)的未冻区含水率减小至25.8%,水分整体向冷端发生迁移;土体冻胀的快慢及冻胀量大小与水分迁移速率及数量具有线性关系;试验后土体内总含水率的分布与分凝冰透镜体的分布一致,已冻区液态含水率的分布与温度梯度近似成线性关系,未冻区液态含水率的分布与水分的迁移量有关,与温度梯度无关.此外,温度场对水分场的变化具有诱导作用但二者并不同步,当冻结速率减小到一定程度时水分才开始迁移,第10小时后温度场趋于稳定而水分迁移并未停止.研究成果揭示了土体单向冻结过程中液态水、基质势、温度等物理参数的动态变化过程及内在联系,为冻胀机制的研究以及冻胀模型的建立提供了试验基础.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	李德生	中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室	12	61	5.0	7.0
5	温智	中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室	32	456	13.0	20.0
6	薛珂	中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室	15	96	5.0	9.0
10	张明礼	兰州理工大学土木工程学院	7	27	3.0	5.0