【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。
本文通过分析路基在冻结与融化时期水分场的变化规律,建立温度场与水分场的冻结融化模型试验,从而揭示路基病害的发生机理。对某冻土地区道路工程的研究结果表明:冻土路基温度场的季节活动深度为2～8m,路基深部土体的温度受外界温度的影响呈现滞后性;冻结与融化时期在路中以下2～4m深度范围内温度梯度较大;在路基融化时期的大气降水渗流过程中,路肩以下路基填土范围内的饱和度与地基的饱和度出现较大的差异,呈现出明显的分层现象;冻结时期土中未冻水向冻结锋面迁移导致路中以下2～3m深处含水率突增,冻结与融化时期路基总变形量较大。水热作用下路基产生的不均匀的冻胀与融沉变形是造成冻土路基病害的根本原因。