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冻土

温度在0℃或0℃以下,因冻结而含有冰的岩土。温度虽低于0℃,但无冰的土,称为寒土。冻土是多成分和多相的复杂体系,包含骨架(矿物的、有机—矿物的和有机的)、固态水(冰和结晶水化合物)、液态水(结合水和盐溶液)、气态组分(水汽和气体)。各组分之间的比例关系随外界条件而变。冻土中液态水的数量、成分和性质并非一成不变,而是随该体系状态参数(温度、压力等)的改变而变化,且与这些参数处于动平衡状态。

温度在0℃或0℃以下,因冻结而含有冰的岩土。温度虽低于0℃,但无冰的土,称为寒土。

冻土是多成分和多相的复杂体系,包含骨架(矿物的、有机—矿物的和有机的)、固态水(冰和结晶水化合物)、液态水(结合水和盐溶液)、气态组分(水汽和气体)。各组分之间的比例关系随外界条件而变。冻土中液态水的数量、成分和性质并非一成不变,而是随该体系状态参数(温度、压力等)的改变而变化,且与这些参数处于动平衡状态。冻土中的水相变激烈的温度范围,对于沙土为0~-0.2℃,对于粘土可达-7℃。未冻水中的强结合水冻结温度随土的矿物成分而异,一般为-10~-70℃,有时甚至更低。冰和未冻水的存在和变化,使冻土的物理和力学性质发生重大改变。如未冻水的存在降低了冻结细粒土的强度,冰将骨架颗粒胶结在一起,提高冻土强度和承载力。根据冰胶结程度,工程实践中常将冻土分为坚硬冻土、塑性冻土和松散冻土。当外界压力变化,未冻水和冰之间的动力平衡破坏,冰发生塑性流动,就会改变冻土的强度;冻结细粒土融化时发生沉降,甚至稀释流动,失去承载力;水冻结成冰后体积膨胀,水分向冻结锋面迁移形成冰体,使土体冻胀;反复冻融作用可使细粒土中自由水增加,渗透性增强。

冻土是在岩石圈、地表与大气圈之间的热量交换过程中形成的,其分布、发育规律决定于地区相对海洋和山区的位置、地区的纬度和高度、自然景观和气候条件、地质构造和岩性、地表水和地下水以及土壤和岩石冷却时间及其随时间的变化。按冻结状态持续时间,冻土可分为瞬时冻土(数小时至数日)、季节冻土(数月)、多年冻土或称永久冻土(数年至数千年以上)。此外,存在着保存一至二年的过渡类型冻土,叫做隔年层。瞬时冻结深度仅数厘米,季节冻结深度在中纬地带为数厘米至数米,多年冻结深度在北半球为数米、数十米、数百米,最厚达2000米。季节冻土又可分为季节冻结层和季节融化层,其形成与热量平衡的收支变化有关,前者下伏融土层,年平均地温是正的;后者下伏多年冻土层,年平均地温是负的。研究季节冻结和融化的形成、发育规律及预报其变化,对农作物生长和建筑物稳定有重要意义。