摘要：随着国民经济的发展,寒区投入了大量的工程建设,研究冻土体的力学性质对寒区建设具有重大意义,建立能反映水分迁移及分凝冰形成过程的冻胀模型是冻土水-热-力三场耦合求解的关键。基于已有的耦合模型,考虑冰水界面吸力对水分驱动力的影响,推导并修改总水头的表达式;考虑未冻土区导水系数与孔隙比有关,修改渗透系数的表达式。计算结果表明:修改后的模型较原模型,孔隙结构出现不同程度的改变,进而造成冰透镜体形成和分布的差异。修改总水头后,模型的冻胀曲线呈较明显的“S”型,冰透镜体形成的厚度增加,形成冰透镜体时间提前;在未冻土区,由于渗透系数随孔隙比的减小而降低,从而导致水分迁移量大大减小,修改渗透系数后模型冻胀量较原模型明显减少,出现冰透镜体时间延后。基于模拟结果,从理论上分析冰透镜体的形成与分层,指出只要在隔水层形成之前有足够的水分迁移至冻土区,冰透镜体都可以形成,冰透镜体的分层取决于冰晶分离土颗粒贯穿形成冰透镜体的难易程度。结合达西定律,采用补水速率这一指标综合反映总水头及渗透系数对计算结果的影响,现有的分离判据可以用来解释最后一层分凝冰的形成,对于非最后一层冰透镜体,建议采用补水速率作为其形成的判断准则。

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