冻融时水分迁移

冻融时土中水由势能高处向势能低处转移的现象。土冻结时,在一定条件下会发生未冻水分向冻结面转移的现象,称为正冻土水分迁移。解释正冻土水分迁移的理论很多,目前得到较普遍承认的是薄膜水迁移假说。

土和水相互作用形成结合水,即薄膜水,在土粒周围则成水化膜。由于土粒间的距离很小,甚至互相接触,所以相邻两个土粒的水化膜就汇合形成公共水化膜。设在公共水化膜中有一个水分子c(见图),它受到土粒a和b的引力,在一般情况下这两个引力是平衡的。当土体上部发生冻结时,由于形成冰晶,就从靠近冻结面的颗粒的水化膜中夺走一部分水,使水膜变薄。这时水分子c离开土粒a的距离小于它离开土粒b的距离,a对水分子c的引力就大于b对水分子c的引力,因此水分子 c向上,即向土粒a的方向移动。由于这一原因,厚膜中的水分子总要向薄膜移动,一直继续到相邻两个水化膜的厚度相等为止。在冻结过程中,增长着的冰晶不断地从邻近的水化膜中夺走水分,使该处的水化膜减薄,而相邻的厚膜中的水分又不断地向薄膜补充。这样依次传递,就形成了冻结时未冻部分土中的水分向冻结面迁移的现象,迁移的水流在冻结锋后一个不大的距离处冻结。生长的冰晶体能推开土粒而聚冰,形成冰夹层,这一作用称为分凝成冰作用。分凝成冰面和冻结面之间的冻土称为冻结缘。

图

在冻土中,未冻水也能在温度梯度作用下发生迁移。根据同样的道理,在正融土中,融化部分土体中的水分也会在温度梯度作用下向冻土部分迁移。此外,冻土中的水还能以气相的形式进行迁移。