凍土物理學內容簡介
本書集大量室內試驗及國內外相關研究資料於一體，側重論述凍土物理學中能量和物質輸運的基本理論，分析土體凍結構和融化誘發不均勻凍脹、融化下沉、鹽脹、地表次生鹽漬化及土地沙化的原因及對策和凍土利用。具體內容包括：凍土分布定名及勘測要求，凍土的基本物理性質，溫度在地中的傳播，未凍水動力學原理，土中水凍結時的成冰作用及凍土中冷生構造形成的影響因素，土體的凍脹和鹽脹，凍土的改造和利用，以及凍、融土基本性質比較先進的測定方法。
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目錄
再版說明
前言
緒論
第一章 凍土分布定名及勘測要求
1.1 我國凍土的分布
1.1.1 我國凍土分布總體格局
1.1.2 凍土分布與環境因素的關係
1.1.3 多年凍土下界高度與雪線高度的關係
1.2 凍土定名、分類描述及勘測要求
1.2.1 美國工程土的定名分類系統及勘測要求
1.2.2 原蘇聯的凍土定名分類及勘測要求
1.2.3 我國的凍土定名分類及勘測要求
第二章 凍土的基本物理性質
2.1 凍土的物質組成及其相互關係
2.2 土的持水性
2.3 凍土中的未凍水含量及其影響因素和確定方法
2.3.1 土質對未凍水含量的影響
2.3.2 多晶冰中的未凍水含量
2.3.3 鹽類和濃度對未凍水含量的影響
2.3.4 凍融過程對未凍水含量的影響
2.3.5 外載對未凍水含量的影響
2.3.6 確定未凍水含量的快速方法
2.3.7 含鹽凍土中未凍水含量預報模式的建立
2.4 土水勢
2.4.1 土水勢及其分量
2.4.2 土水勢的影響因素
2.5 熱交換係數及其影響因素
2.5.1 容積熱容量及其影響因素
2.5.2 導熱係數及其影響因素
2.5.3 導溫係數（熱擴散係數）及其影響因素
2.5.4 相變熱
2.5.5 根據土物理指標求取計算熱參數
2.6 質交換係數及其影響因素
2.6.1 微分水容量及其影響因素
2.6.2 導濕係數及其影響因素
2.6.3 擴散係數及其影響因素
第三章 溫度在地中的傳播
3.1 地溫
3.1.1 地面溫度
3.1.2 地面溫度向地中傳播
3.1.3 熱傳導問題的數學描寫
3.2 地中溫度場的計算
3.2.1 一維平壁穩定溫度場計算
3.2.2 凍土地溫特徵值計算
3.3 土的季節凍結和融化
3.3.1 土中水凍結的時間和空間過程
3.3.2 土的凍結和融化溫度
3.3.3 土的季節凍結和融化計算
3.4 多年凍土區地溫狀況（以青藏高原為例）
3.5 地面擾動及地面溫度長期變化對地溫的影響
3.6 對流換熱
3.7 輻射換熱
3.7.1 熱輻射的基本概念
3.7.2 熱輻射的基本定律
3.7.3 物體間的輻射換熱計算
第四章 未凍水動力學原理
4.1 概述
4.2 正凍土中的水分遷移
4.2.1 開放系統飽水正凍土中的水分遷移
4.2.2 封閉系統正凍土中的水分遷移
4.2.3 非飽和正凍土在不同地下水位情況下水分遷移的現場觀測
4.3 封閉系統已凍土中的水分遷移
4.4 封閉系統正融土中的水分遷移
4.5 含鹽正凍土和已凍土中的離子遷移
4.5.1 溶液凍結時鹽冰脫鹽和未凍溶液濃縮作用
4.5.2 封閉系統非飽和含鹽正凍土中的離子遷移
4.5.3 開放系統飽和含鹽正凍土中的鹽分遷移
4.5.4 天然條件下鹽分遷移的試驗觀測
4.6 單向凍結時土顆粒位移的熱篩效應及對流遷移
4.6.1 單向凍結過程中土顆粒垂向位移的熱篩效應及對流遷移假說
4.6.2 熱篩效應及微粒對流遷移的實驗驗證
第五章 土中水凍結時的成冰作用及凍土中冷生構造形成的影響因素
5.1 土中水凍結時的成冰作用
5.1.1 凍結時土中發生的物理過程
5.1.2 凍土顆粒外圍的界面狀態及冰水動態平衡原理
5.1.3 土中水的成冰類型
5.1.4 凍結緣和分凝冰透鏡體的成因
5.1.5 凍結緣的基本特徵及特徵參數的確定方法
5.2 土類對正凍土的冷生構造形成的影響
5.2.1 正凍黏土、粉土和砂土中的冷生構造
5.2.2 孔隙特徵對多孔材料凍脹位移的影響
5.2.3 原狀土和擾動土中成凍的差異
5.3 水分對正凍土的冷生構造形成的影響
5.3.1 土中水分遷移機理
5.3.2 外界水源補給的影響
5.4 溫度和壓力對正凍與凍土中冷生構造形成的影響
5.4.1 溫度、上部載荷和侵入壓力對正凍土中冷生構造形成的影響
5.4.2 已凍土融化過程中的冰分凝
5.4.3 不同氣壓條件下土體凍結後的孔隙特徵
5.5 易溶鹽的成分和濃度對正凍土中冷生構造形成的影響
5.6 不同外力作用方式引起凍土細微結構的變化特徵
第六章 土體的凍脹和鹽脹
6.1 概述
6.2 土體凍脹機理
6.2.1 反覆凍融引起的真空滲透機制
6.2.2 溶質濃度梯度引起的滲壓機制
6.3 土體凍脹發育的幾種類型
6.4 不同冷卻速度下開放系統正凍土的凍脹
6.5 預報凍脹的有關模型
6.6 含鹽土的鹽脹和凍脹
6.6.1 易溶鹽的基本特性
6.6.2 含氯化鈉鹽土的鹽脹和凍脹
6.6.3 含碳酸鈉鹽土的鹽脹和凍脹
6.6.4 含硫酸鈉鹽土的鹽脹和凍脹
第七章 凍土改造和利用
7.1 多年凍土區沙金礦開採中土層防凍和解凍技術
7.1.1 土層防凍技術
7.1.2 凍土解凍技術
7.2 多年凍土區土木建築工程中土層防凍技術
7.2.1 設定隔熱層
7.2.2 設定熱穴
7.3 構築物防凍脹和防融沉技術
7.3.1 凍害特徵及病因簡析
7.3.2 凍害防治措施
7.4 鹽漬土防治技術
7.4.1 甘肅省河西地區鹽漬土概況
7.4.2 土壤鹽漬化的影響因素及分布規律
7.4.3 水的情況
7.4.4 關於甘肅省鹽漬土防治措施的新思維
7.5 多年凍土作為能源（天然氣水合物）倉庫
7.6 人工凍土利用技術
7.6.1 利用天然冷源的人工凍結技術——各種熱樁（自冷樁）的套用
7.6.2 人工凍結技術的套用
7.7 路基降溫保溫技術
7.7.1 碎石路堤或片石護坡
7.7.2 片石通風路堤
7.7.3 具有自然採風口的透壁通風管塊石路堤
第八章 凍土基本性質的測定方法
8.1 顆粒分析
8.1.1 概述
8.1.2 樣品製備
8.1.3 操作步驟
8.1.4 操作注意事項
8.2 密度
8.2.1 概述
8.2.2 操作步驟
8.2.3 注意事項
8.3 比重
8.3.1 概述
8.3.2 操作步驟
8.3.3 注意事項
8.4 比表面積
8.4.1 概述
8.4.2 操作步驟
8.4.3 注意事項
8.5 孔隙特徵
8.5.1 概述
8.5.2 樣品製備
8.5.3 操作步驟
8.5.4 注意事項
8.6 凍結溫度
8.6.1 概述
8.6.2 主要儀器設備
8.6.3 操作步驟
8.7 未凍水含量
8.7.1 概述
8.7.2 儀器設備及操作步驟
8.8 凍脹敏感性
8.8.1 概述
8.8.2 操作步驟
8.9 導熱係數
8.9.1 主要儀器設備
8.9.2 操作步驟
8.9.3 注意事項
8.10 土水勢
8.10.1 概述
8.10.2 操作步驟
8.11 導濕係數
8.11.1 概述
8.11.2 操作步驟
8.12 擴散係數
8.12.1 概述
8.12.2 操作步驟
8.13 土體細微結構分析
8.13.1 概述
8.13.2 樣品製備
8.13.3 操作步驟
8.13.4 注意事項
參考文獻
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前言
我國是世界上多年凍土分布面積的第三大國。多年凍土和季節凍土區分布面積分別占全國面積的21.5%和53.5%。鹽漬土面積約占全國面積的2%。目前我國約有1/5耕地存在不同程度的鹽漬化和次生鹽漬化特徵，有2.6億畝受潛在鹽漬化威脅的土壤。我國沙漠化土地面積占國土面積的3.86%，，年發展速率為1.47%。凍土區土體凍脹和融沉及乾寒區的地表鹽漬化、鹽脹及沙化是制約我國乾寒區經濟發展的重要因素。
土壤和水是構成自然環境和農業的兩項基本資源，也是人類賴於生存的兩大支柱。隨著氣候的波動，由於溫度因子的參與，使本來就十分不穩定的土水體系加劇了凍融、乾濕、脹縮、分散和凝聚以及開裂和團聚等一系列物理、力學和物理化學過程的交替演變，給人類的工程活動、農林牧業生產和自然環境帶來危害。因此，凍土及其演化對人類的生存環境、生產活動和可持續發展具有極其重要的影響，加深和傳播凍土中熱質遷移的知識就顯得愈加重要了。
筆者徐斅祖①從1981年開始踏上凍土中水分遷移課題研究的征途，有幸於1983-1984年問作為訪問學者在美國寒區研究和工程實驗室做了專題進修，回國後立即得到到了國家自然科學基金委員會和中國科學院蘭州冰川凍土研究所的資助，籌建實驗室並在工作中得到凍土工程國家重點實驗室提供有關儀器設備及技術上的幫助。
本書是筆者徐激祖研究員多年工作，特別是與同事王家澄研究員、張立新研究員、鄧友生高級工程師和李萍博士共同完成“凍土中水分遷移規律的試驗研究”、“正凍土中鹽分遷移全過程的實驗研究”和“正凍土中凍結緣的成因和特徵的實驗研究”等三項國家自然科學基金資助課題及凍土工程國家重點實驗室組織中、俄、日國際合作研究的結晶，在此基礎上搭起了我國凍土物理學的框架，把它獻給從事普通凍土學、工程凍土學、土壤物理學、地質學、地理學和土木工程學等科學的專業工作者和師生們，希望讀者們能在溫度梯度誘導下，凍土中水分、鹽分和顆粒遷移的基本原理及其與凍脹、鹽分遷移和冷生構造的關係以及如何開展凍土利用和凍害防治等方面有所收益。
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精彩書摘
多年凍土區醞藏著豐富的礦藏，諸如，東北大小興安嶺地區富含沙金礦，從清朝時期就進行開採，以後在偽滿時期以及解放後進行過多次開採，每次都在相同地區，為什麼在這些地區的沙金礦會采之不絕呢？
人類從生存和發展的需要，對凍土產生了濃厚的興趣，帶著上述種種問題，對其進行孜孜不倦的研究。
怎樣研究凍土？從凍土利用和改造的角度，凍土研究主要涉及三個方面，分別把凍土作為資源、材料和低溫環境來研究。
當把凍土作為一種土地資源來研究時，主要要解決土層防凍和快速解凍、凍土中水分和鹽分的控制等技術問題，以及由於凍土變異引起的土壤沙化、荒漠化和次生鹽漬化等。使得凍土區森林茂密、草原肥沃、牛羊成群、農作物高產。
當把凍土作為構築物地基材料、隔水材料或直接用作構築物（如地下冷庫等）時，主要研究在不同邊界條件（溫度、外載等）下，凍土的物理力學性質、與構築物的相互熱、力作用以及凍土性質的改良問題。
當把凍土作為低溫環境來研究時，主要研究凍土與周圍環境（大氣和下墊面）的熱、質交換及相互作用，由此引發的地球化學過程、低溫及凍結和融化環境下的沙金和天然氣水合物的成礦機理和賦存條件等。
由此可見，所謂凍土研究，並非只孤立研究凍土本身的分布、狀態和特性，而且很多的注意力卻集中在研究天然和人為活動條件下，土的凍結和融化過程及其伴生現象的機理、調控和預測預報上。凍土研究的對象雖然比較簡單，只是凍土本身及土的凍結和融化過程及其與周圍環境的相互作用，但麻雀雖小，五臟齊全。上述問題的研究，必須藉助於相鄰學科的許多基本理論，諸如地理學、地質學、土壤學、土質學、工程地質學、水文地質學、土木工程學、傳熱學、熱力學、物理化學、材料力學和流體力學等。所以，凍土學是一門交叉學科。
凍土研究的手段應包括現場調查、長期觀測、室內試驗、理論計算及計算機模擬等。綜合利用上述手段，採取巨觀現象與微觀機理相結合、理論計算與實踐驗證相結合的思路是推進我國凍土物理學研究不斷深化的驅動力。
