冻土主要由固、液和气三相物质构成，其中固体可以看成骨架，另外两相物质填充在孔隙中，是典型的多孔介质。寒区冻土层融沉过程中，其中的孔隙结构、矿物颗粒和含冰量等参数变化幅度较大，导热系数等热物性参数随之变化，目前在精细表征和分析研究方面存在一定不足。针对含冰冻土，采用多孔介质描述方法，考虑其相态变化特性，将其分为未冻区、融化区、固结区及已冻区；基于表征单元体(representative elementary volume, REV)方法，结合冻土物理学和传热传质学理论，构建了冻土层导热分析模型，包括微观模型和宏观分析模型；以寒区土壤冻融过程为例进行模拟计算，分析了孔隙率、含水率、含冰率以及通道构成系数等对冻土导热系数的影响规律。所建模型可为寒区冻土传热机理分析及导热特性研究提供理论基础。
寒区土壤的导热特性与土壤的组成结构和孔隙数量、大小及其内部物质的相态等因素有关。本文以孔隙度作为代表性状态变量,给出了含冰非饱和土壤的表征单元体(REV)选取方法,建立了2个考虑冻融的条件的含冰非饱和土壤导热分析的REV模型:简化体积加权REV模型和精细体积加权REV模型,据此给出了宏观导热分析模型;并以冬季寒区土壤为例进行了土壤导热分析计算,讨论了含冰非饱和土壤导热系数与相关参数(孔隙率、含水率、含冰率和迂曲度等)的变化特性。本文所建模型,推动了表征非饱和土壤导热特性的方法的进步。
