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
2、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）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（%
3、） ：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 .90 6 - 0 .5 8 1 + 2 .5 3 2 - 0 .5 92,T 起胀温度 ( ) Na Cl含量 ( % ) NaSO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
4、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！,
