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24.3 冻土的物理力学及热学性质
1 冻土的物理性质
(1)冻土的总含水量，即冻土中所有的冰和未冻水的总质量与土骨架质量之比;即冻土在100℃至105℃温度下烘至恒重后所失去水分的质量与所达到恒重后干土质量之比。
冻土含水量是进行冻土地区水热平衡计算、分析冻土发育条件、研究冻土内在规律性和对冻土的冻胀性及融沉性进行评价的重要指标。
冻土含水量试验方法很多，有烘干法、联合测定法、炒干法及电导率法、热容量法、导热系数法、中子法等。其中前三者最为常用，而且以烘干法为标准方法。
【例题12】冻土的总含水量是指( )。
A、冻土中所含未冻水的质量与冻土总质量之比;
B、 冻土中所有的冰和未冻水的总质量与冻土总质量之比;
C、冻土中所含未冻水的质量与土骨架质量之比;
D、冻土中所有的冰和未冻水的总质量与干土质量之比;
答案：D
A、冻土中冰加未冻结水的质量; B、冻土中冰的质量;
C、冻土中未冻结水的质量; D、冻土中土骨架的质量; 答案：A
(2)冻土相对含冰量和未冻水含量
相对含冰量(i)是冻土中冰的质量与冻土中冰、水之和的质量之比，以小数或百分数表示;未冻水含量(wu)是冻土中未冻结水的质量与冻土干土质量之比，以百分数表示。这两个指标从两个侧面具体反映了冻土中的固态冰和液态水的含量，而且反映了冻土中冰与水相对存在的比例关系。冻土的相对含冰量与未冻水含量试验方法较多，有量热法、微波法、核磁共振法等。其中量热法较为广泛采用。
量热法根据能量守恒定律，将具有稳定负温的冻土试样放入正温量热水中，经过一定时间的热交换，试样温度与量热水温度达到平衡，即试样吸收的热量等于量热水和量热装置放出的热量，从而算出冻土中冰的质量，再根据定义求出相对含冰量及未冻土水含量。
根据冻土相对含冰量i和未冻水含量wu及冻土的含水量w的定义，可知三者之间存在以下关系：
对某一土质的冻土，其未冻水含量与冻土的总含水量关系，仅取决于冻土负温的高低;当负温一定时，wu是定数，冻土的相对含冰量与冻土的含水量成正比。
当无条件进行冻土的相对含冰量和未冻水含量试验时，对冻土中的未冻水含量可按式24.3-3和式23.3-4进行估算：
粘性土 wu=wpK(t) 24.3-3
砂土 wu=w[1-i(t)] 24.3-4
式中：wp—冻土塑限含水量(%); K—系数，从表24.3-1查得; t —温度(℃);
w —冻土总含水量(%); i —冻土相对含冰量，从表24.3-1查得。
i或K取值表 24.3-1
土类塑性指数i或K值温 度 (℃)
-0.2-0.5-1.0-2.0-3.0-5.0-10.0
砂土20.650.780.850.920.930.950.98
粉土Ip≤7K0.700.500.300.200.150.150.10
粉质粘土7K0.900.650.500.400.350.300.25
粘土17K1.100.900.800.700.600.550.50
草炭粉质粘土15K0.500.400.350.300.250.250.20
(3)质量含冰量，即冻土中冰的质量与冻土干土质量之比，以百分数表示。
(4)体积含冰量，即冻土中冰的体积和冻土体积之比，以百分数表示。这两个指标没有前者应用普遍。
(5)冻土的重度，即保持冻结状态下天然结构的冻土单位体积的重量。
【例题14】相对含冰量是指( )。
A、冻土中冰的质量与冻土中冰、水之和的质量之比;
B、 冻土中冰的质量与冻土中水之和的质量之比;
C、冻土中冰的质量与冻土干土质量之比;
D、冻土中冰的质量与冻土总质量之比; 答案：A
【例题15】冻土的物理性质指标包括( )。
A、冻土的总含水量; B、体积含冰量; C、融沉系数; D、冻胀量;
答案：A、B
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