刘 寅，冯 飞

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065）

冻融作用对黄土劣化损伤试验研究现状

刘 寅，冯 飞

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065）

冬季黄土地区的温度变化较大，冻融作用对黄土性质的影响一直是具有重大工程科研意义的命题。目前冻融作用对黄土物理力学性质的影响研究已有比较深入的研究成果，但在许多领域缺乏共识，有待继续深入研究。

冻融作用；黄土；劣化

1 季冻土与冻融作用

季冻土隶属于冻土，随着季节温度的变化而产生，冻结时间超过一个月，每年在冬季冻结在夏季消融。季节性冻土区域遍布在纬度高于24°的地区，我国季冻土区域面积约占到国土总面积的50%。冻融作用是土体在环境温度发生变化时由温度效应所产生的对土性质影响的效应，冻融作用主要指冻胀和融沉作用，冻胀与融沉的核心便土体中水分子随温度变化形态随着变化的过程。在季冻土区域，同时伴随的冻胀和融沉作用则是导致土具有特殊性的主要原因。

2 冻融作用对黄土性质影响试验研究现状

国内外广泛研究冻融循环作用，基于土质、试验方法、试验仪器等差异，研究成果没有比较统一的共识，同时处于单纯的理论研究阶段，与工程实际连接较少，工程中能参考的成果也较少，有待进一层探讨研究。

2.1 国外研究进展

国外研究开展的较早，研究范畴涵盖了冻胀融沉机理、试验方法探究、预测模型建立等多方面。早在20世纪中期第一冻胀理论提出毛细压力的概念，水分向冻结前缘移动、聚集而形成冰晶的动力。随后提出了第二冻胀理论，冻结深度与冻结程度之间的关系，以及冰晶行程条件及形态等。20世纪60年代研究冻融循环，试图从机理上解释冻融循环作用下土体内颗粒排列及分子迁移的规律。研究表明冻融循环作用对土体力学性质产生影响。国外关于冻融作用及冻融循环作用的研究在广度及深度都比较领先，在关于冻融作用对土体物理性质影响研究方面也取得了一些被大家广为认同的结论，但由于试验土体自身差异性和复杂性，也导致研究成局限性较大。

2.2 国内研究进展

国内展开冻融作用的试验研究起步较晚。90年代初期，我国有学者针对结冻机理与水分迁移理论，研究冻融作用中盐胀的机理。研究初期，通过水热输运试验方法，提出了冻融作用中水分迁移聚集的基本机理；开放系统下的反复冻融循环试验；对冻融循环条件下的成冰机制做了系统的研究分析。提出了冻融循环作用对水泥土力学性质的影响研究结论并阐述了其劣化的机理，通过模型试验研究了冻融土地基极限承载力的变化规律。在多次冻融循环作用下的无侧限抗压强度、抗剪强度以及压缩性等力学性质进行了较为深入的研究。总体来看，早期研究对象主要针对土体内部水分迁移、结冰机理和土体冻胀融沉等方面的机理研究，并且试图建立冻胀融沉预测模型，但仍存在与实际工程结合不紧的问题。随后在冻融作用对土体物理力学性质的影响研究中展开了广泛充分的试验模拟研究，涵盖土体基本物理性质，力学强度模量等方面，同时对冻融循环作用的机理进行试验模拟，但各方面研究成果差异性较大，有待进一步的研究。

3 试验研究现存问题分析

试验手段是冻融作用研究最基本最有效的方法，主要是进行室内冻融试验。土体试样选取方式、冻融作用模拟方式和试验方法选取导致了研究成果中冻融过程的差异性。关于冻融模拟方法的选择，主要有独立冻融作用模拟和冻融作用模拟与试验同步两类。独立冻融过程是利用低温控温设备进行独立的控温模拟，有单向控温和整体控温，试样在封闭的环境中完成冻融作用模拟全过程。优点在于能够较为完整的模拟天然状态下的冻融作用过程，但缺点是缺乏全过程的监控跟踪研究。冻融作用模拟与试验同步的方法，在模拟冻融作用的同时进行试验，部分试验在冻融过程中增加试样同步跟踪设备，包括对试样形态、位移、温度等多方面进行实时监控，同时可以模拟单向、多向受力条件下的冻融过程。有些试验中在土样轴向，围向施加压力，模拟单向受力状态下的冻融过程，也有增加补水条件模拟补水情况下的冻融循环过程。

试验方法的选择也是决定冻融作用试验研究结果的重要因素。现阶段关于冻融试验的研究多以室内试验为主，主要受限于试验条件与设备条件，也有利用积实土样埋置于室外，或者室外室内试验结合等方式。单从室内试验方法出发，不同方法选择也导致了冻融作用对土性质影响效应具有较大的差异。依照施加冷源位置的不同，有整体冻融、单向冻融和双向冻融；依照施加冷源方式的不同，冻结过程有恒温低温冻结和梯度变温冻结，溶解过程也有恒温溶解和梯度便问溶解，其中温度梯度与时间控制相关，可模拟快速冻结和慢速冻结等；依照试样在冻融过程中是否补水，分为封闭系统冻融和开放系统冻融；依照施加压力方式不同，有轴向加压冻融、围向加压冻融和自由冻融等。在试样仪器的选择上并无较大差异和发展，基于土工学试验基础上进行冻融试验，在土力学性质研究方面现存试验成果较多选择直剪试验进行。从现有文献来看，由于冻融循环作用试验研究涉及的试验量较大，研究不同冻融方式下对土的工程性质影响的试验成果较少，大多数试验只设定一至两个影响条件下的少次冻融循环试验，对多个因素没有进行系统的试验比较。

4 结束语

由于冻融作用试验模拟的复杂性，涉及到多学科多理论基础，同时受试验时间、试验条件、试验方法等多方面的限制，该领域仍有许多方面需要完善并进行深入研究。

[1]齐吉琳,程国栋,P.A.Vermeer.冻融作用对土工程性质影响的研究现状[J].地球科学进展,2005,(8):887-894.

[2]邢开第.普通冻土学[J].冰川冻土,1990,(4):154.

[3]程国栋.中国冰川学和冻土学研究40年进展和展望[J].冰川冻土,1998,(3):21-34.

[P314.5]

A

2096-2789（2016）11-0232-01

刘寅（1987-），男，汉，河北石家庄人，助理工程师，硕士，研究方向：岩土工程。