是Tsc。湿土温度达Tsc时，孔隙中自山水开始相变，随之有332.9J／g的潜热释放，仪

湿土的温度骤然升高，有时甚至达0℃，潜热使温度提高而外部冷却使温度降低，这对矛

盾决定了“平衡温度”Tf持续的长短。这样湿土冻结就分为有过冷冻结现象和无过冷；尔

结现象两类。

    实验表明，承载非饱和上冻结时几乎不出现平衡稳定温度厂t(在第三节中有较详细

论述)。含水率较小时(对于粘土，其含水率低于15%)，几乎不出现过冷现象，即冻结

曲线无拐点，无外压冻结时也常常不出现过冷现象。湿土的冻结和冻土的融化化是不可逆

的，融化的实质是水分子山规则排列转向无规则运动的过程，即山远程有宁转化为远程无

序。冰点阵结构的破坏需要一定的能量，因此土中的胶结冰要在某温度下才开始融化。实

验表明其融化曲线是光滑的，即将其与湿上冻结曲线相比较，根本就不出现“过热”现

象。以上诸情况使得人们无法用“平衡稳定”温度判定各种情况下的起始冻融温度。可见

用统一方法找出各种情况下的湿土起始冻融温度，不仅具有探索土中水相变物理机制的理

论意义，而且LLl是工程上所急需的。

    湿土水份一旦发生相变，不仅其热学、力学性质发生义变化，其电势业同样发生变化。

自从1950年发现了Workman—Reynlds效应以来，溶液的冻结电势逐渐引起了人们

的关注，关于溶液冻结电势的产生、变化，以及与离子浓度和种类的关系，Eoeb(1958)、

DroSt—Hanscn(1967)、GrOSS(1967)、More和Cobb(1969)已有较洋细的论述“

Hoeketra．P．和Chomkerlainn。E．(1963)发表了冻结土中电子渗透一文，强调了冻结电

势在水份迁移中的作用‘”。六十年代以前，冻土学中关于这个课题的文章很少，七十年

代中期以来，许多学者开始了这方面的研究。D．M．Anderson(1973)报导了湿上冻结

时电势产生变化已被一系列初步实验所证实。Borovitski：．V．P．(1976)指山在实验

室条件下冻结电势可达150~200mV，并认为冻结电势的变化主要是山于水变成冰时湿上结构发生重分布”。T．O．D。Hanley和s．R．Rao研究了冻结电势随溶液，：`冻结时间，离子种类以及离子浓度等因素的变化情况“。V．R．Paramesaran和R。Markaty(1983)

将冻结电势的研究推广到多年冻土冻结前缘的测量。

    该课题的研究在我国还是空白，笔者尝试将这一研究课题住我国开展起来，主要工作

是测出冻结电势，并将其推广到冻土融化情况。．将电势跃变与在各种情况下所测土温联系

起来，以确定不能被热电偶明显反映的低含水率湿土的冻结温度和融化温室，尤其是承载

七的冻结温度。将该方法系统地应用于湿土冻结融化温度的测量，亦未见国外文献有所报

导。

二、实验装置简介

    鉴于以上想法，  笔者设计了一套测定湿土冻融温度的仪器，可分为封闭开放两种情况

进行测定。仪器结构见下页照片。

    土的冻结是在低温生进行，山，低温室温尘为-10'C～-15℃，用液压材料机加压，通

过送设阀和闭汕阀协调配合使所需要的压力在整个实验过程中保持稳定。

    做湿土封闭加荷实验吋，刚一薄圆形钢板置于多孔支支撑板上，用橡皮垫圈密封后便宜可装

土样。做湿土开放加荷实验时，用圆形透水板换掉圆形钢板。逶水板分两类．一种是刚砂质

若粘土周围为岩石层，则属于封闭情形。笔者做了封闭情形下的粘土承裁实验，所用

    土为灰粘土，含水率为27.9％，其冻结温度与压力的关系为(见曲线A)；

    T=一0.87-0.0059P(℃)    (6)

    从曲线A知，当压力从l MPa增加到10MPa时，冻结温度一共才下降0.6℃左右，远

    远小于开放系统的降低值。地压每增加0.1MPa，冻结温度下降0.0059℃，约为开放系

    统的1/7～1/9，这就告诫我们，在工程实践中认真辨别开放系统和封闭系统是很重要

    的。

    五、结    语

    湿土的起始冻融温度的正确测定以及与请因素关系的正确解决是探索土中水相变物理

  实质的关键，因为理论上的研究最终要经过实践的检验，失去了检验标准，我们也就无从

  刿定理论的正确与否。到目前为止，对湿土起始冻融温度的研究无论在理论上或是实践上

  都不够完善，至少在实践上尚未有一条被人们公认且适于各种情况下湿土冻融温度的判定

  准则。在理论上土中束缚水的相变究竟属于几级相变尚不清楚，传统上认为是一级相变，

  但在实验中常有含水率达25％时仍未出现潜热释放现象，这就有违于一级相变的最基本特

  征。仅从电学性质发生突变这一点来看，还不能判断是二级相变或更高级的相变。因此还

  必须从比热、压缩率、磁化率等物理参量随温度变化的情况着手进行更深入的研究。笔名

  认为把电势跃变这一特点作为测定湿土在各种情况下的冻融温度之标准是可行的，且具有

  普遍性，使不同学者在不同环境中所测量的值可以进行统一的比较。

    本文是在_丁德文先生指导下完成的。

参考  文  献

[1]  Peter V.Hobbs 1974.: Ice Physics. Oxford university Press. P601-613.

[2]  Mason B.J.1971, The Physics of Clouds.  Oxford university/Press.

         P.545.

[3]  Hoeketra  P.and  Chamkerlain  E.1963.: Electroosmosis  in  Frozen

         Soils. Natu re. V. 203. P. 1406.

[4]  Anderson D.M.and Morgenstern, N.R.I973.: Physics,Chemistry and

         Mechanics of frozen ground,a review Permafrost,The North Amerc-

         ican contribution  to  the second  international  conference, National

         Academy of seienee. P.255-288.

[5]  Borovitskii V.P.1976.:The development of inherent electrical fields

        and  their  role in  tile migration  of  trace  elements,  Journal  of

        Geochemmical exploration. V. 5 .P.65-70.

[6]  Hanley T.and Ramachandra Rao. S.1980.:Freezing potentials in wet

        clays Cold regions science and technology. V.8,P.163-168, 169-175.

[7]  Parameswaran  V.R.and  Markay,  R.1983., Field  measurment;  of

Freezing Points of Wet Soil and its Measurement

                                  Liu gongctrao

Abstract

      The paper is a recapitulation of the research achievement on freezing/

melting points of unsaturated load-bearing soil. Drawbacks of the conven-

tional methods for the  determination  of  incipient  freezing  point  we:re

pointed out.   Based on the previous works of  other  authors, this  paper

poses that the electropotential jump can be used as a criterion for  deter-

mining the incipient freezing temperature of the  wet  soil.  It  has been

verified theoretically and experimentally  that  the  first  electropotential

jump characterizes the phase transition of a soil-water system, the result

also can be extended to the melting case.

      The incipient freezing/melting points of wet soll under various condi-

tions  have been  determined  systematically by  the electropotentla! jump

me:hod. The relationship between the incipient freezing/meltlng temperature

and the influential factors was interpreted. During experiments, the author

has raised the test pressure up to 4MPa for an open soil-water system,

and to 10MPa for a closed system while the maximum pressure occurred in

past  literature  never exceeded  1.5MPa  for open  system.  This  method

provides a great ease of eng neering usage and attains high accuracy.