Page 62 - 2023年第54卷第3期

础上提出了基于含水率、干密度、孔隙比、饱和度、温度和压力的改进性导热系数预测模型。原喜忠
等 ［９］ 提出基于归一化导热系数概念的土的导热系数预估模型。徐婕等 ［１０］ 利用热线法测定了火灾高温
下淤泥质黏土的导热系数与温度的拟合关系。但是这些研究只是针对非分散性黏土、砂性土或者淤泥
质土，而对于我国分布广泛的分散性黏土导热系数影响因素和预测方法的研究没有报道。开放系统下
的分散性黏土冻融特性又明显有别于非分散性黏土，科研人员、工程设计者和施工人员没有注意到这
种区别，仍然按照非分散性黏土进行设计和施工，设计计算中采用了不合理的热物理参数，而工程上
大量实验室测试既费时又不经济。
图 １为土的分散性机理图 ［１１］ ，分散性土是一种具有独特性
质的特殊性土。由于土颗粒中离子之间同晶型替换，土中的钙、
镁离子被钠离子所替换使得土颗粒表面薄膜水厚度增大，土颗
粒之间的排斥力大于范德华力，使其具有在低含盐量水中散开
的性质。文献［ １２］指出，分散性黏土中可交换钠离子的含量远
高于其它阳离子含量。随着含水率增大，分散性黏土由非饱和
态到饱和态的过程中，土颗粒间的可交换钠离子逐渐溶解于水
中，土的状态逐渐由可塑态变为流态。饱和状态下土体的结构
产生破坏，土颗粒悬浮于水中。而非分散性黏土饱和状态下仍
保持土体结构完整，土体颗粒保持接触。因此国内外目前所提
出的导热系数计算方法中，对于饱和状态下分散性黏土的导热
系数计算方法是不适用的。本文基于这种区别提出一种饱和状
态下的分散性黏土导热系数计算方法。 图 １ 土的分散机理
本文以我国东北地区季冻区水利工程中的分散性黏土为研
究对象，首先指出分散性黏土冻融循环破坏现象问题，再阐明影响分散性黏土导热系数的因素。以这
些影响因素为控制条件，研究其导热系数，通过系统试验，建立分散性黏土导热系数的预测方法，以
其指导寒区分散性黏土的工程建设。

２ 分散性黏土冻融循环破坏与导热系数影响因素

２．１ 分散性黏土冻融循环破坏 图 ２为我国东北地区松嫩平原上广泛存在的分散性黏土冻融循环破坏
现象。图 ２（ａ）为输水渠道因分散性黏土冻融循环产生大变形（最大变形达到 １０ｃｍ以上），引起了混
凝土护坡板起伏和脱落。图 ２（ｂ）为冻融循环引起渠道土体产生变形和裂隙，在强降雨与水浸泡作用
下而引起的分散性黏土边坡浅层滑坡失稳现象。图 ２（ｃ）为分散性黏土道路路基因冻融循环路基开裂
等，在雨水等浸泡之下路基发生沉陷变形。

图 ２ 分散性黏土冻融循环破坏现象

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