季节性冻土的冻结和融化

    在季节性冻土的冻结和融化过程中，冻融土壤的物理学特性会发生改变，具有不同于非

冻结土壤的特点。所以从分析物理成因着手，分析冻土的物理学特性的变化是研究冻土的冻

融过程和冻融规律的很重要的基础环节。

3.1.1季节性冻土的物质组成

    未冻土是复杂、多孔、疏松而分散的多相体系，由土壤颗粒、土壤孔隙水、土壤空气三

相物质组成。当土壤温度下降并低于o 0c，土体中的液态孔隙水部分转变为固态的冰，此时

冻土由土壤颗粒、纯净的冰、土壤孔隙水、汽四相组成，土壤颗粒和冰组成了土体的基本骨

架，各相所占的比例关系往往决定了土壤的各相物理特征。为了便于研究，通常将土壤中的

三相物质组成绘成土壤三相组成草图，见图3-1(郑秀清，Zoo2>。图3-1中符号Y和m分别

表示体积(cm3cm)和质量(g)，下标分别表示相应的各相。

图3-1冻融土壤三相组成草图

    当自然条件有变化时，冰的组成结构和粘滞性等相应会有显著的变化，这种变化既决定

了冰性质的不稳定，同时也决定了冻土性质的不稳定性。

    土壤尤其是细颗粒土壤冻结时，土壤水分发生相变，即部分水冻结成冰，这是冻土与非

冻土的根本区别。在相应温度下，冻土中始终存在着部分未冻结的液相水，即未冻水。由于

土粒吸引力的作用，未冻水具有较高的粘滞性，其容重大于常温常压下水的容重，其相变温

度点(冰点:冻结温度)低于0 0C o

    土壤的物质组成包括粒度组成、矿物组成和化学组成三个方面。冻融土壤的粒度成分和

矿物组成对土壤中未冻水含量具有直接的影响(崔托维奇H A, 1959)。土壤颗粒表面的性质

和孔隙结构决定着土壤的持水能力及距土壤颗粒表面不同距离水分所受力的大小，同时也决

定了土壤水分随温度的相变规律，并影响不同状态及过程的水分迁移。

3 .1.2冻融土壤的热物理特性参数