莫玲粘土凍結(jié)過程中的離子遷移_水分遷移和凍脹_圖文

1、 期 。 。二 邱 國 慶 等 莫 玲粘 土 凍 結(jié)過程 中 的離子遷 移 弓 “ 。 、 水 分 遷 移和 凍脹 可見 , 由 “ 至 , 一 , 的 溶解 度 為 沉淀 。 “ 至 一 “ 克分 子 升 , , 大 大超 過 補 給 溶液 和 土 壤 溶液 的濃 度 不 會 生成 一 。 溶解 時 , 七二 。 干 標(biāo) 準狀態(tài)下 時 , 二 。 。 “ 時 “ 一 。 , 。 “ 。 可見 沉淀 。 , 溶 解 這 一 強 烈 放 熱 過 程 將 隨 著 溫 度 降低 而 加 強 , , 也 不 會 因凍結(jié) 而產(chǎn) 生 所以 在 用 氯 鹽 溶液 補給 試 樣 時 , , 增大 。 正 凍

2、區(qū) 土 壤溶 液 與來 自未凍 區(qū) 的補給 。 溶 液 的 濃 度 差 將減小 快 大 , 故 。 增大 所以 , , 減小 , 鹽 分 由未 凍 區(qū) 向正 凍 區(qū) 遷 移 通 道 被 冰堵塞 越 嚴 重 。 , 必 須有未凍通 道 , 一般說來 , 凍 結(jié) 鋒 面 前移 速度 越 與 增大 , 減小 。 這 在用 , 溶 液 補給 時 并且 , 最 為 明顯 , 但 在用 , 溶 液 補給 時 , 溶 解 度 隨 溫 度 下 降而 急 劇 增 長 , , 增 意 味 著 降溫 迅 速 。 亦 即使 正 凍 區(qū) 內(nèi) 溶液飽 和差 增大 溶 液 補給 時 這 又促使 向正 凍 區(qū)遷 移 這 兩

3、種情 況 的抵 消 , 。 使得 用 值受 的 影 響 很小 并 在 其 它 條 件相 同 時 , 。 凍 結(jié) 后 土 含水 量 的 相 對 增 量 與凍 結(jié) 速 度 表示 和 , , 和 土 中優(yōu)勢 陰 離 子 原 始 含 量 。 的 關(guān)系 。 由式 用 一 、 一 和 , 一 , 以及 圖 可見 的 增 大 而 減小 不 論 用 何 種 溶 液 補 給 試樣 均隨 工 溶液 補 給 試 件 , 對 當(dāng) 土?xí)r 的影 響 比 略大 , 但用 土 溶液和 卜。 。 溶 液 補給 時 的影 響較 為 當(dāng) 。 , 大 。 在 大達 時 八 時 , , 時 , , 。 當(dāng)凍 結(jié) 速 率 。 對 上 述

4、 現(xiàn) 象 可 初 步解 釋 為 子 從 離 子 水 化 結(jié)構(gòu) 中脫 出 區(qū)遷 移 。 如 果 土 在 凍 結(jié) 前 已 有 較 大 的 含鹽 量 , 。 , 就 更 能 限制 水 分 , 這 就 抑 制 了 正 凍 區(qū) 中冰 晶 的 生 成 。 從 而 抑 制 了 水 分 子 向正 凍 , 故 , 隨 的 增 大 而 減小 如果 凍 結(jié)鋒面 前移速 度較 快 所 以一 般 說 來 , 水 分 來不 及 充 分 向 增大 則 , 正 凍 區(qū)遷 移 相 當(dāng) 部 分 的遷 移 通 道 已 被 堵 塞 減小 。 離子 水 化 能對 水 分 遷 移可 能有 如 下 影 響 第一 , 如果 優(yōu) 勢 離 子水

5、 化 能 較快 , , 水 分 子 就 不 易從 離 子 水 化 結(jié) 構(gòu) 中 脫 出 并 向生 長 著 的 冰 晶遷 移 移 道 , 這 就 抑 制 了 冰 的 生 成 和 水 分 子 向正 凍 區(qū) 遷 土 中就 能保 持 較 多 的 未 凍 通 , 第二 , 也 正 因 為 水 化 能 較 大 的 離 子 能 抑 制成 冰 作 用 這 就有 利 于 水 分 向 正 凍 區(qū) 遷 移 。 第三 , 水 化 能較 大 的 離 子 與水 分 子 結(jié) 合 較 緊 密 , 離 在 , 子 遷 移 對 水 分 遷移 也 會 起促進 作 用 在 不 同 條 件下 這 三 種 可 能 性 的 顯 著 性 也不

6、 同 。 。 凍 結(jié) 速 度 較快 時 , 由于 水 化 能 較 大 的 , 和 溶液 尚 能 保 有 較 多 的 未凍通 道 和 大于 。 并 能 帶著 一 定 的 水 分 向正 凍 區(qū) 遷 移 故 。 在凍 給 速 度 而 水化 能 較 , 較慢 時 分遷移 大 , 第二 方面 的可 能影 響就 降至 次 要 地 位 即使 用 水化 能較小 的 , 因 為這 時有 足 夠 的 時 間 來 進 行 成 冰 和 水 , 溶 液 補給 顯著 , , 也可 有較 大 的 水分 遷 移 量 , , 抑 制成 冰 的 作 用 比 。 。 亦 即第 一 方面 的影 響較 突 出 , 故 卜 。創(chuàng) 至 于

7、水 化 能 比 , 大的 卜。 。 當(dāng)土 低 速 凍結(jié) 時 如 果 原始 含 量 當(dāng) , , 較大 , 則 第 一 方面 的 影 響 較 顯 著 較 小 時 第 三 方 面 的影 響較 顯 著 , , 故獷 。 。 。 也 正 因為 水 化 能較 小 在 凍 結(jié) 速 度 增 快 時 較 多 的 遷 移通 冰 川 凍 土 , 卷 道 被堵塞 大 。 , 并 且 它 對成 冰 作 用 的抑 制 不 如 另 兩 種鹽 分 顯 著 故 , 對 , 的 影 響就 較 一 、 土 的凍脹 率 一 與凍結(jié) 速 度 表示 , , , 和 優(yōu)勢 陰 離 子 原 始 含 量 。 的 關(guān) 系 由 回 歸方 程 。

8、和 因為 一 以及 圖 , 可 以看 出 總是 隨著 , 不 論 用 何 種水 溶 液 補 給 試 樣 , 和 的 增 大 而 減小 這 是 易 于 理 解 的 增 大 使 冰 晶 生 成 受抑 制 。 的 , 和 和 的增大 都導(dǎo)致 相 同時 。 , 的 減小 。 并且 , 在 總有 , , 。 。 在 。 較低 時 , 。 。 在 明 , 中等 時 。 一 , 而在 較大時 , 。 此外 用 溶液 補 給 時 。 一 和 曲線 斜 率 最 大 這 都 說 在相 同的 和 , 。 較大 時 , , 水 化 能 較 大 的鹽 分更 能抑 制凍 脹 , 對比 時 , 也 可 以看 到 當(dāng)土 中優(yōu)

9、 勢 陰 離 子 水 化 能 較 高 時 水 分 遷 移 率較 大 而 凍 脹率 卻 較 低 這 說 明 , 此 時含 有 較 多 的 未 凍 水 而成 冰 作 用 則 受 到 較 明顯 的 抑 制 。 三 、 關(guān) 于 鹽 分遷 移方 向的 討 論 , 水 溶 液單 向 凍 結(jié) 試 驗 表 明 程 有關(guān) 。 在 凍 結(jié) 過 程 中鹽 分 是 向著 未 凍 溶 液 遷 移 的 。 。 但用 莫 玲 粘 土 進 行 的 開 放 性 單 向 凍 結(jié) 試 驗 所得 的 結(jié) 果 正 相 反 如前所述 中 存在氣 泡 分 向上 遷 移 。 。 這 與 土 在凍 結(jié) 前 的狀 態(tài) 和 凍 結(jié) 過 , , 在

10、 浸 潤 后 凍結(jié) 前 , , 土 中含 水 量 比 較 均 勻 但 飽 和 度僅 為 , , 這表 明土 在 自上 而 下 降 溫 時 , 就 會 產(chǎn) 生 自下 而 上 的 壓 力 差 。 這 將 有 助 于 水 分 攜 帶鹽 , 在 浸 潤 后 凍 結(jié)前 土 中優(yōu)勢 陰 離 子 的 分 布 是 不 均 勻的 , 存 在著 自下 而 上 的 以及 濃 度梯 度 , 因而也 存在著鹽 分 向上 遷 移 的 趨勢 , 前 面 已 談 到 的 硫 酸 鹽 在 降 溫 過 程 中形 式 轉(zhuǎn) 換 及 其溶 解 度 的 變 化 降 溫 中飽 和 差 的 增 大 帶 中析 出 這 種情 況 土 , , 溶

11、 液在 使 鹽 分 自相 變 到未凍 溶 液 的 。 也 都 可 能 是 促使 鹽 分 向 正 凍 區(qū) 遷 移 的 因 素 , 。 在 水 溶 液 凍結(jié) 過 程 中 相 變 帶 中水 的 結(jié) 晶 純 化 “ , , 破 壞離 子 水 化 結(jié) 構(gòu) ” , , 在 凍 結(jié)鋒 面 前 緣 形 成 不 穩(wěn) 定 的 , 高濃度帶 從 “ 高 濃度 帶 。 ” 其余 部 分 進 行 著擴 散 , 這 樣 在 水 溶 液 單 向凍 結(jié) 過 程 中 鹽 分 是 向 著 未 凍 溶 液遷 移 的 “ , , 也 應(yīng)在 土 凍結(jié) 過 程 中 出 現(xiàn) , 特 別是 在 正 凍 區(qū) 中 出 現(xiàn) , 但是 , 我們 用

12、 的 是 粘 。 它 的 滲 透 性較 差 , 在 粘 土 中鹽 分 擴 散 遠 不 如 在 水 溶 液 中那 樣 迅 速 而 完 全 可 以 將鹽 分 帶 向正 凍 區(qū) 。 當(dāng) 著水 分 川 土 凍 冰 向正 凍 區(qū) 遷 移 的 時候 通 道 逐 漸 被 堵塞 , 在凍結(jié) 過 程 中 。 , 水 分 與鹽 分 遷移 和 擴散 , 鹽 分 由正 凍 區(qū) 向未 凍 區(qū) 擴 散 將越 益 困準 這 樣 總的 結(jié)果 就造 成 了 在 凍結(jié) 過 程 中 鹽 分 向 正 凍 區(qū) 遷 移 的 總 趨 勢 四 、 結(jié) 束 語 , 易溶 鹽 在 土 中 的 存 在 及 其 在 土 凍結(jié) 過 程 中 的 重 分

13、 布 有 重要影 響 。 對 土 凍結(jié) 過 程 和 凍 土 性質(zhì) 。 對 這樣 一 個 重要 課題 的 研 究 , , 國 內(nèi)外 仍 處在 初 始 階 段 本次 試 驗表 明 , 在 莫 玲 粘 土 單 向開 放 性 凍 結(jié) 過 程 中 水 分 和 鹽 分 是 向著 正 凍 區(qū) 遷移 的 , 優(yōu) 勢 陰離子 的 相 對 增量 獷 , 水分 相 對 增量 和 凍 脹 率 獷 都 與凍 結(jié) 速 率 和優(yōu) 勢 陰 離 子 在 土 中的 原 始 含 量 衛(wèi) 資 月 尹 期 邱 國慶等 莫 玲粘 土凍結(jié)過程 中的離 子 遷移 。 、 水 分遷 移和 凍脹 。 密 切相 關(guān) 時 , 回 歸 方程 成 立

14、的條 件是 相 關(guān) 系 數(shù) 大 于 檢 驗 值 , 當(dāng)信 度 為 , 點 數(shù)為 檢 驗值 為 , 。 點 數(shù)為 時 , 檢驗 值 為 。 。 而表 所列的 個 回歸 方 程 的 。 值均 大 于 此 凍脹 故 所 建 立 的 關(guān) 系是 可信 的 , 實驗還 表 明 , 高 水 化 能 的 鹽 類 更 有助 于 抑 制 , 可 以說 這 次 試 驗 為在 我 國 進 一 步 開 展 這 方 面 的 工 作邁 出 了 重 要 的 一 步 , 本 次 試 驗 存 在 一 些 缺 廊 主 要 是 沒 有 實 測 每 一層 的 真 正 凍 結(jié) 溫 度 沒 有研究 陽 離 子 交 換 吸 附作 用 今后

15、, 故 只 能 定 性 地 討 論 優(yōu)勢 陰 離 子 的 重 分 布 。 應(yīng) 著 重 從 物 質(zhì) 遷 移 和 能量 遷 移 的 觀 點 來 研 究 土 的 凍 結(jié) 過 程 。 , 研究通過 土 一水 界面 、 冰一 水 界 面 和 凍結(jié) 鋒 面 的質(zhì) 能 遷 移 及 研 究 凍 結(jié) 過 程 中 冷 生 礦 物 的 形 成 和 離 解 , 對 水 分遷 移 和鹽 分 遷 移 的 影 響 有效途 徑 , 查 明 凍結(jié) 過 程 中 水一鹽 重 分 布 規(guī) 律 將 有 助 于 尋 求 改 良鹽 漬 土 和 抑 制凍脹 與鹽 脹 的 。 有助 于 深 入 認 識 水 分 遷 移 和 凍 結(jié)成 冰 機 制 。 因此 , 正如 裴偉所 說 的 , 這 是 凍 土 學(xué) 發(fā) 展 中 的 一 條 有 很 大 潛 力 的新 途 徑 今 , 考 文 , 獻 , , , , , 一 二 , , , , , , , 一 邱 國慶 , 皇翠 蘭 , , 水 溶 液 凍 結(jié) 過 程 中的 離 子 遷 移 , , 中國 地理 學(xué)會 五 。 力 , 中 國 上 木 工 程 學(xué) 會 第二 屆 全 國凍 土 學(xué) 了 術(shù)會議 論文選 集 , , 甘 肅 人 民 出版社 , 一 頁 , , 陰 。 夕夕 , , , 。 , 。 , , 藝 多 之 , , 一 , , , , , 一 連 中 國 科 學(xué) 院 數(shù) 學(xué)