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　　近日，中科院武漢巖土力學研究所研究員韋昌富團隊在不同壓力、邊界溫度、初始土樣高度條件下，對飽和粉土進行了凍脹試驗，研究了溫度梯度、凍結(jié)速率、土樣高度和壓力對凍脹的影響。該研究工作得到國家自然科學基金重點及面上等項目的資助。
　　韋昌富介紹道，細粒土在凍結(jié)過程中，未凍土中的水分在“凍吸力”作用下向凍土中遷移并凍結(jié)，導致凍土體積膨脹。凍脹可能會影響季節(jié)性凍土區(qū)的道路、管道等工程的變形，也可能使得采用人工凍結(jié)法施工的隧道、礦井的凍結(jié)壁發(fā)生變形。目前關(guān)于凍脹的理論模型多有物理含義不清、參數(shù)難以測量等問題，對于提高凍脹機理的認識和促進工程應用仍有較大局限。
　　在該項研究中，當土中溫度變化很緩慢時溫度場可視為準穩(wěn)態(tài)，凍脹速率與溫度梯度成正比例增長關(guān)系，其比例系數(shù)隨著壓力增大而線性減??；凍土中溫度變化較快時，凍脹速率還與凍結(jié)速率有關(guān)，總凍脹速率可以分解為準穩(wěn)態(tài)凍脹速率與瞬態(tài)凍脹速率。準穩(wěn)態(tài)凍脹速率與壓力和溫度梯度有關(guān)，瞬態(tài)凍脹速率與壓力和凍結(jié)速率有關(guān)；凍結(jié)速率與土樣尺寸有關(guān)，將凍結(jié)速率與土樣高度的比值定義為比凍結(jié)速率。
　　當壓力一定時，瞬態(tài)凍脹速率與比凍結(jié)速率呈冪函數(shù)增長關(guān)系，增長率隨著比凍結(jié)速率增大而變??；當比凍結(jié)速率一定時，瞬態(tài)凍脹速率隨著壓力增大而呈雙曲線形式衰減。通過數(shù)值方法求解溫度場，可得比凍結(jié)速率和溫度梯度，再結(jié)合壓力條件即可計算任意時刻的凍脹速率，從起始凍脹時間開始將凍脹速率對時間積分可以計算出凍脹量。
　　根據(jù)預融動力學理論，研究人員推導了考慮冰透鏡體界面水力阻抗的凍脹理論模型?！皞鹘y(tǒng)凍脹理論模型通常在預測凍脹速率時偏大，這是因為在計算時未考慮冰透鏡體界面處水分從孔隙處流到未凍水膜內(nèi)受到水力阻礙?！?韋昌富說。
　　（原載于《中國科學報》 2018-05-14 第5版 創(chuàng)新周刊)