冻土是一种包含土颗粒、冰包裹体、未冻水和气的复杂低温地质体[1]。在寒区建筑施工建设和后期管护中，因冻土对温度极为敏感，气温变化可造成土体不同程度冻胀变形和融化下沉，不仅给施工造成巨大困难，还为后期建筑工程使用与养护带来不便，如公路路面不均匀沉降、建筑物基础整体或局部抬高、渠道输配水渠衬砌破坏[2]、人工冻结法岩壁开裂和墙面防水层破裂等。随着国民经济加速发展和国家战略计划相继实施，我国在东北和西北等季节性冻土区和多年冻土区开展大量寒区工程建设，如青藏铁路成功修建，高寒铁路“高大高铁”和“哈佳快速铁路”项目竣工，均标志着我国在寒区建设取得阶段性成果，但由此引发的冰冻灾害仍亟待解决。

研究人员针对冻胀机理展开探讨[3]，Everett[4]和Miller[5]解释在负温条件下引起土体发生冻胀变形的机理，即孔隙水相变结晶体积增大从而挤压土颗粒产生相对移动，土中水发生定向迁移，在土层间形成薄厚不均冰透镜体致使土体发生位移变化。土体冻胀方式有原位冻胀和分凝冻胀两种[6]。砂土作为自然环境及工程中常见土壤，分布广泛，国内学者已在现场与实验室内对土体冻胀特征展开深入研究。周池绪和王正秋对粗砂土冻胀性强弱作分类研究[7-8]，张晋勋等研究不同干密度下饱水砂卵石冻胀性，发现无论在封闭系统还是在开敞系统下，冻胀率均小于1%，属冻胀不敏感类土[9]。潘高峰等于实验室内研究盐渍细砂土冻胀特性，发现土样在低含水率时有冻缩现象，而在高含水率时仅有冻胀现象[10]。杨小荟等分析非饱和沙漠砂冻胀性，当含水率相同时，发现沙漠砂冻胀率随密度增大而增大；当密度相同时，沙漠砂冻胀率随含水率增大而增大[11]。程培峰等对粉砂土开展冻胀试验，认为在含水率一定情况下，冻胀率随压实度增大而减小；当压实度一定时，冻胀率随含水率增大而增大[12]。姜龙等于实验室内开展一系列砂冻胀试验，认为冻胀率与试样含水率呈线性关系，且当含水率大于14%时，存在少量泥砂可达到弱冻胀，在含水率过低情况下，砂类土体表现冻缩现象[13]。臧东亮等指出饱和砂土和碎石土颗粒之间孔隙被水分填满，在负温条件下，孔隙中水相变成冰，挤压土颗粒，但颗粒本身变形较小，促使土体整体体积增大，表现出冻胀性[14]。吉延峻等通过分析影响土体冻胀性强弱众多因素，指出试验土样含水率越高，密度越小，黏粒含量越高，土体冻胀性越强，并提出减少冻胀灾害防治措施[15]。由于土体结构具有复杂性，影响冻胀性因素众多，如颗粒组成、密度、含水率、矿物成分等，外部环境温度和压力影响土体冻胀性。从上述研究成果可看出，土体结构具有复杂性和区域性特点，研究成果不具有普适性，在实际应用中应选取与当地相适应研究成果作为理论依据。

黑龙江流域地处我国高纬度冻土区，黑龙江河道具有滩地低平宽阔、土体结构松散、冲刷冻融侵蚀破坏严重等特点。黑龙江漠河段流域地理位置相对特殊，同时受极端气候和复杂因素影响，针对此地研究成果甚少。本文选取黑龙江漠河段粗砂土为试验材料，探究其冻胀特性，粗砂土比起其他土体物理力学性质差，易被水流冲蚀而发生渗透破坏，使河岸稳定性降低，加之地处冻土区，岸滩土体在一年中可发生多次冻融循环侵蚀破坏[16-17]，造成岸滩土体结构损伤，土体逐渐疏松散落，土体流失，破坏河道结构物地基。因此，研究黑龙江漠河段粗砂土冻胀特性，可为当地水利工程施工建设和后期管理提供理论依据，对保障当地工程建设安全运行，推进黑龙江流域寒区工程建设发展具有重要意义。

1 试验设计及操作方法

1.1 试验区域概况及试样来源

黑龙江亦称阿穆尔河，有南北两源，南源额尔古纳河，北源石勒喀河，南北两源交汇于漠河以西洛古河村后始称黑龙江。黑龙江流域面积广，河道水流补给主要依靠暖季降雨和冷季降雪，水量极为丰富，暖季受气温和辐射影响，河冰消融，流凌堆积，易形成凌汛。

研究区域选取黑龙江漠河段流域，气候属温带大陆性气候，全年平均气温为-4.9 ℃，多年平均降雨量415 mm，雨量充沛，植被完好，是全国冬季气温最低和气候最寒冷地区[18]，受地理位置和气候影响，河流封冻期达171 d，冬季极端气温可达-52.3 ℃。本次试验土样取自黑龙江漠河段流域河漫滩地，采样地地理坐标为122°36′E，53°46′N，因地处高纬度多年冻土区，该地区受水流侵蚀和冻融侵蚀风化作用影响，岸滩土体为黄褐色砂土。

文章来源：《黑龙江医学》 网址: http://www.hljyxzzs.cn/qikandaodu/2021/0610/1698.html