Page 63 - 2023年第54卷第3期

图 ３为本文的前期研究成果，补水条件下的分散性黏土和非分散性黏土的一维冻融循环试验下，
分散性黏土由于含有大量的可交换钠离子，土体颗粒表现为遇水分散的性质，增大了孔隙连通性。图 ３
中冻胀或融沉量，正值表示经历多次冻融循环后土体的高度大于初始状态下的土体高度，土体干密度
减小。负值表示经历多次冻融循环后土体的高度小于初始土体高度，土体干密度增大。在开放的系统
中分散性黏土冻胀 量逐渐 累积 后保 持不变，这与非 分散性 黏 土 冻 胀 融 沉 后 更 趋 密 实 的 特 点 相 差 很
大 ［１１］ 。表 １为两种试验用土的物理性质和冻融试验工况。

图 ３ 非分散性黏土与分散性黏土冻融循环后试样高度变化量

表 １ 两种土的物理性质和冻融试验工况
比重 液限 塑限 颗粒组成?ｍｍ 冻结?融化温度 暖端温度 土样高度、直径
土样编号
ｗ Ｌ ?％ ｗ Ｐ ?％
Ｇ ｓ ＞０．０７５ ０．０７５～０．００５ ＜０．００５ ?℃ ?℃ ?ｃｍ
Ｗ２０Ｄ１．５３ ２．７１ ３５ １９ ３０％ ４７％ ２３％ － ２０?２０ １５ １０
Ｗ２０Ｄ１．５３ － １ ２．７２ ３９ ２５ ３１％ ５０％ １９％ － ２０?２０ １５ １０
３
注：Ｗ２０Ｄ１．５３表示控制含水率 ２０％、干密度 １．５３ｇ?ｃｍ ；编号后面－ １ 代表为非分散性黏土；冻结方式为开放系统下的一维冻结，冻
融次数为 ４次。

２．２ 分散性黏土导热系数影响因素 根据国内外对各类黏性土的导热系数影响因素的分析研究，认为
影响黏性土的导热系数的因素主要包括内因和外因。内因包括土的矿物成分、植物根系、有机质等。
外因包括含水率、干密度、孔隙率、温度、冻融循环等 ［３］ 。分散性黏土由于碱性较大，植物发育较
浅，因此本研究不把植物根系考虑在内。
２．２．１ 矿物成分的影响 矿物成分是影响分散性黏土导热系数一个重要因素。分散性黏土中主要矿物
成分为石英、长石、方解石、绿流石、黏土矿物等，其中石英和长石含量最大 ［１２］ 。以大庆地区分散性
黏土为例，其中石英含量达 ２６％，长石含量达 ５８％。表 ２为黏性土中各矿物导热系数值，因此矿物含
量影响了分散性黏土导热系数。可以将长石、黏土矿物、闪石和方解石等矿物看成导热系数相近矿
物，简化导热系数的计算。

表 ２ 矿物导热系数值 （单位：Ｗ?（ｍ·Ｋ））
矿物类型 导热系数 矿物类型 导热系数
石英 ７．７ 云母 ２．０
长石 ２．３ 闪石 ３．５
方解石 ３．６ 黏土矿物 ２．９

２．２．２ 有机质的影响 Ｂａｌｌａｎｄ等 ［１３］ 提出了考虑有机质影响的黏土导热系数模型，认为有机质孔隙较
多、吸附能力强，从而增强土壤吸热能力。表 ３为国内部分地区分散性黏土有机质含量统计，从国内
研究来看分散性黏土中有机质含量普遍低于 １．５％且绝大多数低于 ０．５％，因此有机质对分散性黏土导

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