高温冻土物理力学特性研究现状

摘 要：高温冻土通常描述的就是温度比较高的冻土，又叫做相变区冻土。高温冻土中因为温度的剧烈变化，冻土当中的存在的冰和水的比例对于剧烈变化的温度比较敏感。所以高温冻土物理力学的特性开始变得波动，很容易在温度变化的区间以内发生一些改变。纵观目前国内外关于高温冻土物理力学特性的文章和资料，我将把高温冻土的定义作为本文的切入点，分析高温冻土物理力学的几种特性。对于高温冻土的研究，对于目前各项工程有深远意义，研究高温冻土的特性能够帮助解决特殊地区的建设工程难题。

关键词：高温冻土；物理；力学；特性；现状

我国国土资源丰富，除了土壤肥沃的平原地区以外，在青藏高原地区分布着多年冻土区域，主要集中在青藏高原纬度比较低，但是海拔比较高的地区。另外，东北部分地区也有冻土区域的分布。也就是说，我国有部分地区分布冻土。我们知道，在欧亚大陆和北美洲地区也分布着大片的冻土，但是我国的冻土与以上两个地区的冻土有比较明显的区别，我国地区冻土的温度比较高，厚度比较薄。对比地球上其他冻土区域来说，我国青藏高原的冻土温度因为常年保持偏高的状态，所以基本可以界定为高温冻土。另外根据调查研究表明，阿尔卑斯山脉等这类高海拔的高山地带也存在一部分高温冻土的情况。随时全球温度的不断升高，南极冰川开始融化，海平面不断上升，许多南极动物的生存状况堪忧。另外全球变暖也影响到冻土地区的稳定。气候的变化不可避免的影响到我国青藏高原高温冻土的稳定性，对于该地区项目工程建设也产生巨大的影响。

根据调查可知，我国的高原冻土呈现大面积退化的现象，低温冻土开始向高温冻土转变，原有的高温冻土也渐渐变成融土。这种情况的产生对于已经建造在冻土上的建筑和各项工程将产生一定的安全威胁。所以研究高温冻土物理力学特性对于当前高原地区的工程建设维护有重要意义。

一、研究背景分析

（一）冻土概述

冻土的含义指的是在零摄氏度以下，土壤中含有冰和其他岩石等物质的称作冻土、冻土的种类是按照时间长短来具体分类，比如只持续几个小时或者几天的叫做短时冻土，在一个季度或者几个月之内的叫做季节冻土，再长时间的比如超过两三年的冻土叫做多年冻土或者永久冻土。因为冻土本身具有流变性的特征，所以瞬时强度通常会高于长期强度。我国为了带动西藏地区的经济发展，在冻土区域修建了一部分工程建筑物，这些建筑物因为冻土流变性因素，将会面临冻胀和融沉的危险。目前已经有科学研究表明，全球气温正在不断上升，冻土的区域范围也在不断的缩小当中，具体表现在冻结的持续天数在不断缩减，冻土的深度在不断减小等等。尤其是青藏地区公路附近的冻土表现十分不稳定。有关资料表明在冈底斯山-念青唐古拉山以北、安狮公路南北面积为三十多万平方公里区域内，冻土经过几十年时间的推移在不断的退化。我国青藏高原地区的冻土融化、退化不仅会影响到当地的生态，还会造成地质条件的不稳定，进而引发更多建设项目的问题，对高原的公路等重要设施造成嚴重的威胁。

（二）高温冻土概述

随着国际社会对于冻土的研究不断加深，高温冻土的概念逐渐被不同领域所熟悉，关于它的研究资料也逐渐丰富起来，作为物理学界和建筑学界的一个热点名词被广泛讨论。实际上，高温冻土指的就是温度比较高的冻土。冻土并非完全是土壤和冰的混合物，其中还包括大量的没有冻住的水。所以国际上对于高温冻土温度的界定就是零摄氏度到零下一点五摄氏度。我认为，目前对于高温冻土的研究已经逐渐开始深入，但是对于其领域的具体探索和应用还有很大的空间，所以探究高温融土的物理力学特性成为一个新的研究热点。

二、高温冻土的力学性质

（一）高温冻土的强度特征

在认识高温冻土的强度特征之前，我们应该先明确高温冻土涉及的几项力学性质，包括了高温冻土的强度特征和变形特征等等。国际上公认的对于高温冻土最早的研究始于上个世纪七十年代，主要的研究方式就是通过实验室实验，对于高含冰量的土壤进行分析。我国对于高温冻土的研究起步比较晚，但是发展迅速。主要是为了解决青藏高原的冻土利用问题。在早期的研究中，对于冻土方面的研究主要是在相对低温的环境下进行操作的。处在冻结状态的土壤有较高的瞬时强度。所以，冻土的性质有些类似于软岩。从研究来看，冻土的瞬时强度高于长期强度，部分冻土在低温状态下或于岩石的坚硬程度类似。

经过研究可知，冻土强度的决定因素包括土壤的颗粒和冰的结合度。在高温冻土中，没有被冻住的水也会对冻土强度产生一定的影响。事实上冻土的流变性很强，所以任何数值的荷载都将导致冰的塑性流动和冰晶的重新定向。另外，在冻土中水膜的存在，冻土的流变性就会变得更强。在长期作用力下，冻土的强度就会逐渐增加。针对高原冻土区域的工程建设一般都会考虑冻土的长期强度问题。

（二）高温冻土的变形特性

高温冻土具有变形特性，这种特性的存在不仅仅会受到气温变化的影响。实际上部分地区的公路路基下面，就算冻土不发生融化的现象，随着路基不断填土，包括日积月累的交通负载，也会发生一定的变形现象。特别是在高含冰量的冻土区域，公路的沉降都是肉眼可见的。所以高原冻土地区的公路建设过程中一定会考虑到的就是高温冻土的变形特征。

纵览当前对于高温冻土的变形特性的研究，其内容还不够丰富，对于变形形成的机理还没有达成一定共识。但是高温冻土的变形问题还是会不断影响着冻土区的工程建设。所以我们要进一步确保高温冻土地区各类工程的稳定性，研究冻土变形时长对于路基的变化影响。我认为，我国青藏高原地区要想实现经济的发展和进步，就必须考虑到高温冻土的物理力学特性，通过不断研究，克服冻土区建设的疑难杂症。

参考文献：

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作者简介：侯宜哥（1999-），男，汉族，河北保定顺平县人。