冻土层厚度的测定9页word文档.docx

冻土层厚度的测定冻土 frozen soil冻土定义冻土是指0摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤一般可分为短时冻土（数 小时/数日以至半月）/季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上） 地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻 土面积占陆地面积的25%冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰因此，冻土具有流 变性，其长期强度远低于瞬时强度特征正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑 物就必须面临两大危险：冻胀和融沉地理分布冻土分布于高纬地带和高山垂直带上部，其中冰沼土广泛分布于北极圈以北的北 冰洋沿岸地区，包括欧亚大陆和北美大陆的极北部分和北冰洋的许多岛屿，在这些 地区的冰沼土东西延展呈带状分布，在南美洲无冰盖处亦有一些分布据估计，冰 沼土的总面积约590万平方公里，占陆地总面积的5.5%在前苏联境内，各种冰 沼土的总面积为1688000平方公里，占前苏联国土面积的7.6%，占世界冰沼土面 积的28.6%冻漠土广泛分布在我国青藏高原和其他高山地区此外，在世界各地 的高山，如南美安第斯山，新西兰南阿尔卑斯山等亦有分布中国冻土分布我国多年冻土分为高纬度和高海拔多年冻土。

高纬度多年冻土主要集中分布在大 小兴安岭，面积为38-39万平方公里高纬度的多年冻土是欧亚大陆多年冻土南缘， 平面分布服从纬度地带性规律，即往约往海拔高的地方冻土面积约达，厚度越厚高海拔多年冻土分布在青藏高原、阿尔泰山、天山、祁连山、横断山、喜马拉雅 山，以及东部某些山地，如长白山、黄岗梁山、五台山、太白山等高海拔多年冻 土形成与存在，受当地海拔高度的控制世界冻土分布全球冻土的分布，具有明显的纬度和垂直地带性规律自高纬度向中纬度，多年 冻土埋深逐渐增加，厚度不断减小，年平均地温相应升高，由连续多年冻土带过渡 为不连续多年冻土带、季节冻土带极地区域冻土出露地表，厚达千米以上，年平 均地温-15°C ；到北纬60°附近，冻土厚度百米左右，地温升至-3°C〜-5°C ；至北纬 约48° （冻土分布南界），冻土厚仅数米，地温接近0C （图6-18）在我国东北 和青藏高原地区，纬度相距一度，冻土厚度相差10〜20米，年平均地温差0.5C〜 1.5C冻土是指地表至100厘米范围内有永冻土壤温度状况，地表具多边形土或石环等 冻融蠕动形态特征的土壤本土纲相当于美国土壤系统分类的新成土纲（Entisol）、 始成土纲（Inceptisol）、有机土纲（Histosol），联合国土壤分类的始成土 （Cambisols）、 潜育土(Gleysols)、粗骨土(Regosols)、有机土。

它包括的土类有冰沼土(冰 潜育土)和冻漠土冰沼土相当于美国系统分类中新成土纲的永冻性的冷冻正常新成土(Pergelic Cryorthent)和始成土纲的冷冻潮湿始成土(Cryaquepts)，有机土纲中部分冷冻 有机土联合国土壤分类中始成土的冰冻始成土(Gelic cambisols)、潜育土中的 冰冻潜育土(Gelic gleysols)、粗骨土纲中的冰冻粗骨土(Gelic regosols)、有机 土纲(Histosols)中的冰冻有机土(Gelic histosols)，所不同的是联合国分类是指 在2米深度内有永冻层而冻漠土在美国、联合国分类中还没有相应的土类而与 美国分类的干旱土和联合国分类的钙质土或石膏土有某些近似成土条件(一) 气候冻土分布区的环境条件存在差异冰沼土分布区属苔原气候，大部分地面被雪原 和冰川所覆盖，年平均温在0°C以下，一般都在-10°C至-17°C，冬季气温可低至-40 ^, 甚至-55C，夏季温度也很低，7月份平均温度不超过10C，全年结冰日长达240 天以上高山冻漠土年均温也很低，一般为_4°C至-12C冻土区降水很少，欧洲部 分为200—300毫米，亚洲和北美洲北部在100毫米以下，西藏冻漠土区因地势高、 远离海洋，降水更稀少，一般为60〜80毫米，其北部更少，为20〜50毫米，其中 90%集中于5—9月。

降水虽然少，但气温低，蒸发量小，长期冰冻，土壤湿度很 大，经常处于水分饱和状态，夏季土壤一母质融化，砂土可达1〜1.5米，壤土 70〜 100厘米，泥炭土 35〜40厘米，以下即为永冻层，高山冻漠土在宽谷、湖盆永冻 层深度80厘米，山坡上可达150厘米二) 植被由于冻土区气候严寒，植被是以苔薛、地衣为主组成的苔原植被，草本植物和灌 木很少，常见的植物有：石楠属、北极兰浆果、金凤花等开花植物，南缘有云杉、 落叶松、桦、白杨、柳、山梣等，生长缓慢，矮小且畸形，各种植物的年生长量均 不大，苔原地带每年有机质的增长量为400公斤/公顷，是世界各自然地带中最少的 高山冻漠土区植被为多年生和中旱生的草本植物、垫状植物和地衣，常见的有凤毛 菊属、葶苈属、桂竹香属、虎耳草属、点地梅属、银莲花属、金莲花属、红景天属 等，一簇簇地生长在石隙之间，或在冰雪融水灌润的地方局部呈小片分布五颜六 色的粗糙碟衣、地图黄绿衣、岩表黄绿衣等则着生于石块上面三) 地形、母质冻土发育的地区，因刚脱离冰川覆盖不久，冰川地形保持得相当完整冻漠土分 布区的地形主要是陡峭的山坡，角锋、刃脊、第四纪和近代冰川所形成的冰斗和冰 碛珑堤，宽谷，湖盆的湖积平原等。

成土母质的差异较大，加拿大、西伯利亚地盾 区是前寒武系基岩其他地区有古生代各种灰岩、石英砂岩、板岩、中生代的灰岩、 红色钙质砂泥岩及近代泥砾和冲积物，残积物，冰碛物，冰水沉积物等成土过程冻土形成以物理风化为主，而且进行得很缓慢，只有冻融交替时稍为显著，生物、 化学风化作用亦非常微弱，元素迁移不明显，粘粒含量少，普遍存在着粗骨性高 山冻漠土粘粒的K2O含量很高，可达50克每千克，说明脱钾不深，矿物处于初期 风化阶段冻土区普遍存在不同深度的永冻层在湿冻土分布区，夏季，永冻层以上解冻， 由于永冻层阻隔，融水渗透不深，致使永冻层以上土层水分呈过饱和状态，而形成 活动层，活动层厚度为0.6米至4米，若永冻层倾斜，则形成泥流；冬季地表先冻， 对下面未冻泥流产生压力，使泥流在地表薄弱处喷出而成泥喷泉，泥流积于地表成 为沼泽，因其下渗较弱，泥流、泥喷泉又混和上下层物质，使土壤剖面分化不明显， 而在南缘永冻层处于较深部位，水分下渗较强处，剖面层次分化较好在干旱冻土分布区，白天由于太阳辐射强烈，地面迅速增温，表土融化，水分蒸 发；夜间表土冻结，下层的水汽向表面移动并凝结，增加了表土含水量，反复进行 着融冻和湿干交替作用，促进了表土海绵状多孔结皮层的形成。

此外，暖季，白天 表土融化，夜间冻结，都是由于由地表开始逐渐向下增温或减温总是大致平行于地 表水平层次变化着的，所以，在干旱的表土上，强烈的冻结作用往往形成表土的龟 裂在极地冰沼土区，由于低温，蒸发量小，地势低平处排水不畅，土壤水分经常处 于饱和状态，致使土壤有机质和矿物质处于嫌气条件下，虽然有机质形成数量不多， 但在低温嫌气条件下分解缓慢，表层常有泥炭化或半泥炭化的有机质积累矿物质 也处于还原状态，铁、锰多被还原为低价状态，形成一个黑蓝灰色的潜育层，在高 山冻漠土分布区，降水较少，土壤淋溶弱，剖面中往往有石膏、易溶盐和碳酸钙累 积，致使土体呈碱性，表土结皮和龟裂等总的来说，冻土成土年龄短，处处呈现出原始土壤形成阶段的特征冻融作用冻土地区气温低，土层冻结，降水少，流水、风力和溶蚀等外力作用都不显著， 冻融作用则成为冻土地貌发育的最活跃因素随着冻土区温度周期性地发生正负变 化，冻土层中水分相应地出现相变与迁移，导致岩石的破坏，沉积物受到分选和干 扰，冻土层发生变形，产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程，称为冻融作用 它包括融冻风化、融冻扰动和融冻泥流作用融冻扰动一般发生在多年冻土的活动层内。

当活动层于每年冬季自地表向下冻结 时，由于底部永冻层起阻挡作用，结果使其中间尚未冻结的融土层（含水土层）， 在上下方冻结层的挤压作用下，发生塑性变形，形成各种大小不一，形状各异的融 冻褶皱，又称冰卷泥融冻泥流是冻土地区最重要的物质运移和地貌作用过程之一一般发生在数度至 十余度的斜坡上当冻土层上部解冻时，融水使主要由细粒土组成的表层物质，达 到饱和或过饱和状态，从而使上层土层具有一定的可塑性，在重力的作用下，沿着 融冻界面向下缓慢移动，形成融冻泥流，年平均流速一般不足1米由于泥流顺坡 蠕动时，各层流速不一，表层流速大于下层，所以有时可把泥炭、草皮等卷进活动 层剖面中，产生褶皱和圆柱体等构造形态冻土地貌地表层在不同状况下，具有不同的小气候、地形、地质和水分条件，在反复交替 的冻融过程中，表现出不同的冰缘作用营力1） 与寒冻风化、重力作用有关的冰缘地貌形态由于节理裂隙中的水分冻结膨胀，致使岩石破裂成岩块，或者因温度变化，使组 成岩石的矿物不均一地热胀冷缩，并在内部产生不均匀应力，从而造成岩石破裂和 岩块崩落这一过程被称为寒冻风化作用经寒冻风化作用破碎崩落的岩块、岩屑， 有的停留原处，有的经重力作用再搬运而形成不同地貌形态。

石海：寒冻风化作用产生的大量大小不等的棱角状岩块及岩屑，在地形平缓条件 下，大多在原地残留下来，形成碎石覆盖地面，这就是石海石海是我国青藏高原、 高原西部高山及大兴安岭北部冻土区均有分布发育石海不仅要岩石坚脆、节理发 育，如花岗岩、石英岩、玄武岩、石灰岩、硬砂岩、板岩等，而且还要有一定的水 热条件，既要有一定的水分，同时温度为0°c上下持续波动的时间要长显然，年 平均气温为0°C的等温线附近具备上述温度条件我们知道，年平均气温为0C的等 温线出现的海拔高度，随纬度降低而增高因此，石海出现的海拔高度随纬度降低 而增高如青藏高原北部的昆仑山，现代石海发育在海拔4900〜5000米以上的花 岗片麻岩山地；而南部喜马拉雅山地区，现代石海出现在5300〜5400米的山顶上石流坡（也称岩屑坡）：石流坡的物质来源及产生与石海大体相似，但二者出现 的地貌部位不同石海多见于平缓的山顶；石流坡出现在山坡石流坡的岩状、碎 屑，除斜坡上经寒冻风化在原地产生外，还有在策略作用下来自山顶的这样就决 定了石流坡的组成物质是上细下粗，坡上方多是岩屑；坡下方主要是粗大岩块其 岩性取决于山顶母岩石流坡的休止角一般在25〜35度，坡面比较平直。

石流坡 是多年冻土地区常见的一种冰缘地貌形态，在大兴安岭和我国西部高山、高原冻土 区有广泛分布，几乎到处可见石河：由寒冻风化产生的岩块、岩屑，在重力作用下汇集到斜坡沟槽内，碎石沿 沟槽徐徐向下移动，故取名石河2） 与冻融分选作用有关的冰缘地貌形态天然条件下，地表物质常常是粗细混杂的由于石块和土的导热性能不同，因此 冻结速度也各不一样碎石导热率大，则先冻结，水分就先向碎石附近迁移，并于 碎石周围形成冰水变成冰后体积膨胀，则使碎石产生位移，这样就产生了粗细物 质的分异久而久之，粗细物质相对集中，呈现出各种形态这一过程被称为冻融 分选作用，它可以形成下述冰缘地貌形态石环：平缓而又粗细混杂的地表层，经冻融分选作用，使泥土岩屑集中在中间， 岩块被排挤到周边，呈多边形或近圆形，形成所谓的石环形成石环地段地松散层 一定是岩块和泥土粗细混杂；要有充足的水分条件，含水量一般要在30%以上；气 温在0°C上下波动的持续时间要比较长石环常见于河漫滩、洪积扇前缘及山前缓 坡地带，因为这些地貌部位常常具备石环形成的条件但也有例外，在中天山海拔 3850〜3950米的古冰斗底部，曾发现直径1〜4米的石环群为什么石环会在这里 出现呢？据考察，这是因为陡峻的冰斗壁，经长期寒冻风化和雪融作用，在冰斗底 部堆积了比较丰富的粗细粒物质。

同时冰斗内存在积雪，就是夏天也有断续积雪。