高温冻土物理力学特性研究现状_刘世伟.pdf

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1、第３４卷第１期冰川冻土Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１２０１２年２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＬＡＣＩＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＣＲＹＯＬＯＧＹＦｅｂ．２０１２文章编号：１０００－０２４０（２０１２）０１－０１２０－１０高温冻土物理力学特性研究现状刘世伟１，２，张建明１＊（１．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州７３００００；２．中国科学院研究生院，北京１０００４９）摘要：高温冻土又称近相变区冻土，通常用来描述相对较高温度的冻土．由于其温度区间处于冻土的剧烈相变区，冻土中冰和未冻水的比例对温度的变化极

2、其敏感，因此，高温冻土的物理力学性质具有强烈的不稳定性，极易在温度变化的影响下发生实质性改变．基于有关高温冻土物理力学性质研究的文献，综述了高温冻土的定义及其温度界限，同时论述了未冻水对高温冻土物理力学性质的巨大影响，并提出了一种在冻结状态下高温冻土中未冻水孔隙水压力的测试方法．重点从强度特征、变形特性以及本构模型三方面对高温冻土力学特性的研究现状进行了总结和分析，并提出要进一步探究高温冻土变形机理及本构模型，可以为高温不稳定多年冻土区各类工程的基础变形及稳定性预报、评价提供理论基础．关键词：高温冻土；未冻水

3、含量；孔隙水压力；物理力学特性中图分类号：Ｐ６４２．１４文献标识码：Ａ其上的各类线性工程及各种构筑物的工程稳定性造０引言成巨大威胁．因此，对高温冻土特别是物理力学性我国境内的多年冻土主要包括青藏高原的低纬质的研究工程意义很大．度高海拔冻土和东北的中低纬度冻土，就其年平均１高温冻土的定义及温度界限地温而言大部分属于高温冻土的范围．青藏高原多年冻土与欧亚大陆和北美洲多年冻土相比，具有温随着对冻土物理力学性质研究的深入，对高温［１］度高、厚度薄的特色．相对于环绕极地的高纬度冻土的研究频频出现在有关冻土研究的文献中，

4、并多年冻土，青藏高原多年冻土的温度相对较高，被且作为一个研究热点而被广泛接受．在文献中，认为是多年冻土中的高温冻土．在一些高海拔的高“高温冻土”这一名词常常用来描述相对较高温度的山地带也存在温度相对较高的高温冻土，例如瑞士冻土，被广泛接受的是，高温冻土具有较高含量的［６］东部的阿尔卑斯山高山多年冻土．研究表明，全球未冻水．一般而言，高温冻土是指温度介于０．０气候变暖已经是一个不争的事实，预计到２０５０年～－１．５℃的冻土，也称近相变区冻土．在英文文［２］青藏高原可能很明显地变暖２．２～２．６℃．气候献中大致有

5、“ｗａｒｍｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌ”、“ｗａｒｍｐｅｒｍａ－变化和工程作用将极大地影响多年冻土的发育和热ｆｒｏｓｔ”、“ｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌａｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｌｏｓｅｔｏ０℃”以稳定性状况，进而影响到区内工程的热稳定及“ｆｒｏｚｅｎｓｏｉｌｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｗｉｔｈｓｅｖｅｒｅ［３－４］性．在气候持续变暖的背景下，青藏高原冻土ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｓ”等几种说法．高温冻土作为人为分处于区域性退化趋势，由于冻土的大面积退化，高类标准下的产物会由于界定标准的不同而具有不同［７］原冻土

6、将从目前以－１．５～－０．５℃占主导地位变的内涵．刘永智等提出的多年冻土温度分区，即［５］为－０．４～０℃占主导地位，低温冻土逐渐演变以天然条件下多年冻土的年平均地温－１．５℃为划为高温冻土，高温冻土逐渐退化为融土，对于修筑分界限，低于－１．５℃的为低温多年冻土区，高于收稿日期：２０１１－０８－３０；修订日期：２０１１－１２－０６基金项目：国家自然科学基金项目（４０９７１０４５）；冻土工程国家重点实验室自主研究课题（ＳＫＬＦＳＥ－ＺＹ－０２－６）资助作者简介：刘世伟（１９８７—），男，河南开封人，２００９年毕

7、业于中原工学院，现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所硕士研究生，主要从事寒区岩土工程和冻土力学等方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｓｈｉｗｅｉｌｓｗ０３１０＠１６３．ｃｏｍ　　＊通讯作者：张建明，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｍ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ１期刘世伟等：高温冻土物理力学特性研究现状１２１－１．５℃的为高温多年冻土区．而在《青藏铁路多相体系，包括固相土颗粒、冰相孔隙冰、液相未冻［８］年冻土区工程勘察暂行规定》中对高温冻土界限水和气相．众所周知，标准大气压下自由水的冻结划分的标准为年平均地温－１．０℃．不论是

8、以温度是０℃，而冻土中的孔隙水因其与土颗粒表面－１．５℃还是－１．０℃为划分界限都是一个人为的的相互作用以及水中含有某种数量的盐分，其冻结模糊定性，且这一划分多用于青藏高原上的多年冻温度低于０℃．当温度降至０℃以下时，土孔隙中土，是从地理学角度的划分．这种划分有很大的局的水仅部分相变成冰，由于冰的形成增强了土颗粒限性和狭隘性，它源自于对青藏高原多年冻土的分间的胶结力从而使得冻土的强度增强．然而，即使