冻土中未冻水与冰含量的确定是困扰寒区岩土工程研究的难题之一。通过对冻土的电导率进行测试,研究冻土电导率对含水率和温度的响应规律。试验结果表明,正温下电导率与温度的关系不能直接应用于负温条件,传统简单等效的方法会导致较大误差。基于冻土的导电理论建立冻土未冻水含量的电导率模型,实现了土体电导率模型在正温和负温区间的统一。分析孔隙电导率和表面电导率对总电导率的影响规律,论述了在冻结过程中可在误差允许范围内忽略孔隙电导率部分。并结合土体的冻结特征曲线数据,对简化的电导率模型进行试验验证,结果表明提出的模型与测试数据具有很好的吻合度,新模型简洁、有效。
根据冻土中未冻水成因的本质——带负电黏土颗粒表面的扩散层中阳离子溶液特殊分布,依据基于静电场泊松方程与静电荷玻尔兹曼分布的双电层理论,推演出了未冻水含量理论公式,比较分析未冻水含量观测值拟合的经验公式,发现两者形式非常一致,经验公式实质为理论公式的简化。依据此理论,清晰地描述了冻土颗粒表面未冻水的结构特征及成因,定量分析了土壤类型、含盐度、温度对未冻水含量的影响;得出当土壤盐溶液浓度小于某一阈值时,盐渍度变化对未冻水含量的影响可以忽略,即不同类型常规(低含盐度)冻土,双电层结构几近相同,指数形式公式适用于所有常规冻土的未冻水含量;土壤类型通过比表面积影响着未冻水含量,在同等温度下,土壤中黏土颗粒越多,比表面积越大,未冻水含量越多;结合实测资料给出适用于不同类型冻土未冻水含量理论计算的参数值,随后通过两种已有的经验公式对计算结果进行了验证,证实了该理论公式的可行性。