土体冻结过程中的盐分迁移

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1、土体冻结过程中的盐分迁移邴慧中国科学院寒区旱区环境与工程研究所含盐冻土的研究意义含盐土冻结的研究现状土壤体系中水、热、盐耦合的探讨研究意义实际意义：含盐冻土区的铁路路基的热物理性质不仅与土体本身有关，同时还因地基水分场、温度场及盐分场随外界动态变化，增加了铁路路基评价的复杂性。作为青藏铁路路基设计的基本依据，对含盐土研究是必要的。科学意义：土体中的水分场、温度场、盐分场是相互耦合的，研究各场的耦合作用机理是对冻土学的发展。研究意义盐胀——盐分迁移的外观表现由于温差变化与蒸发作用，含盐土体中较暖区内土壤水

2、的溶液饱和浓度相对较高，于是形成浓度梯度，驱使盐分的迁移－聚集－重结晶，导致土体积增大，即盐胀现象的产生。土体冻结过程中盐分迁移研究现状盐分迁移机理研究盐胀机理研究预报盐胀的有关模型1.盐分迁移机理研究迁移方向：在水溶液和良渗透性介质中，冻结过程中盐分从正冻区向未冻区迁移；在渗透性较差的粘性土中，冻结过程中盐分迁移的总方向是由未冻区指向正冻区。2.盐胀机理的研究物质基础：盐分的存在及迁移聚集基本条件：水气蒸发外界条件：低温作用影响土体盐胀的基本因素土（soil）水（water）温度（temperature

3、）盐（salt）荷载（load）2.盐胀机理的研究3.预报盐胀的有关模型通过室内进行模拟试验利用数理统计、正交回归分析建立：盐胀率（%）：含水量：氯化钠含量：硫酸钠含量：初始干容重：为上覆荷载3.预报盐胀的有关模型3.预报盐胀的有关模型T=19.906-0.581+2.532-0.592T——起胀温度(℃)——NaCl含量(%)——Na２SO４含量(%)——含水量(%)土壤体系中水、热、盐耦合的探讨基本假定忽略土体中的化学作用；无外荷载的作用；不考虑汇源项；不考虑生物作用；土壤水热盐耦合系统水分运移热质转

4、化溶质迁移土壤中任意一点的水分运移、热质转换、溶质迁移相互关联，相互作用，从而形成一个复杂的水热盐耦合系统。1.水分运移忽略土中水汽迁移量，从土壤水势能理论出发，依据质量守恒原理和水分迁移的Darcy定律，导出土壤在冻融过程中水分运动方程：式中：——土壤含水量及水密度——时间——土壤水在水分梯度下的扩散率——土壤含冰量及冰密度——水分驱动力T——温度——土壤中结晶水含量2.热质转化忽略热对流效应，依据热量守恒原理，热传导定律以及相变原理，建立温度场方程：式中：——土壤热容量——相变潜热——冰密度——冰的含

5、量——土壤热导率——结晶水及溶质的结晶潜热——结晶体密度3.溶质迁移瞬态情况下浓度和溶质通量随时间而变化，遵循质量守恒定律：式中：——溶质的水动力弥散系数——液态水中盐分的浓度（其余符号意义同前）——结晶体水分子数——水的摩尔质量小结水分场方程温度场方程溶质场方程判定条件：冻结条件盐结晶条件下一步工作计划修改、完善模型参数的获取模型理论计算及实验验证敬请批评指正！！