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冻土是指温度持续低于0℃且含有冰的土壤或岩石，按存在时间可分为季节性冻土和多年冻土。其工程性质复杂而特殊，对寒区工程建设具有显著影响。首先，冻土具有显著的冻胀性：当温度降低、水分向冻结锋面迁移并形成冰透镜体时，体积膨胀可达9%以上，导致路基隆起、管道上抬、建筑物基础开裂等严重病害。其次，冻土在融化后表现出强烈的融沉性：冰融化为水后土体结构塌陷，承载力骤降（如饱和粉质黏土融沉量可达10%–30%），易引发不均匀沉降与地基失稳。第三，冻土的强度与刚度具有强烈温度依赖性：负温下，未冻水膜减薄、冰胶结增强，抗压与抗剪强度随温度降低而显著提高；但一旦升温接近0℃，强度迅速衰减，呈现明显的“热敏性”。第四，冻土导热性差、比热容大，热物理参数（如导热系数、容积热容量）受含冰量、干密度及矿物成分影响显著，使地基热稳定性控制成为设计关键。第五，冻土具有流变特性：在长期荷载作用下发生蠕变变形，尤其在高温多年冻土区（0.5℃至2℃），即使低于熔点亦可能产生缓慢塑性流动。此外，冻土还存在冻融循环劣化问题——反复冻融导致孔隙率增大、强度降低、渗透性增强，加速结构退化。因此，在青藏铁路、中俄输油管线等寒区工程中，必须采取主动冷却（如通风管路基、热棒）、保温隔热（聚氨酯板）、排水控水及桩基穿透等综合措施，以维持冻土热平衡与力学稳定。科学认知与合理调控冻土的工程性质，是保障寒区基础设施安全服役的核心前提。（498字）

导热系数是表示层面温差为1℃时，单位时间通过单位面积和单位厚度土层的热量。工程单位是千卡/米·小时·度。

jc∕t 2287-2014 玻璃纤维增强塑料快装脚手架 比热容量是1kg土温度升高1℃所需的热量。在0～100℃温度范围内固体和液体的热容量变化很小。

导温性是表示物体中某一点在相邻点温度变化时改变自身温度的能力。导温系数α是表示温度场中各点温度平衡速度快慢的指标，土的导温系数越大，则土冷却或加热的速度越快。

冻土的导热系数取决于各组分的导热系数。即冻土导热系数取决于矿物骨架、水、冰和气体的导热系数。

矿物骨架的导热系数在零点几至几十范围内（单位Kcal/m.h.℃）变化。实际与温度无关。结含水和自由水的导热系数一般为0.5Kcal/m.h.℃。而不含气泡的纯冰的平均导热系数为1.944Kcal/m.h.℃。随着温度降低，冰的导热系数稍有增加。至于空气的导热系数一般为0.021Kcal/m.h.℃。由于冻土中所含气体很少，一般情况下可忽略不计。

由于土冻结时，水变成了冰。而冰的导热系数几乎是水的导热系数的四倍，所以冻土的导热系数较融土大。一般情况下，λM/λT>1。各类土这个比值平均为1.1～1.3,并且与土的容重和含水量有关。

正融土和正冻土与融土和完全冻透的土的差异在于：正融土和正冻土的导热系数和温度有密切关系。这是因为正融土和正冻土中未冻水和冰的比例随温度在不断变化，而冰和未冻水的导热系数有很大差异所致。

大部矿物的比热在0.16～0.25Kcal/kg.℃之间变化。在热工计算中,土矿物骨架的比热可采用以下值:

砂 土：0.165Kcal/kg.℃

粘砂土：0.175Kcal/kg.℃

砂粘土：0.185Kcal/kg.℃

粘 土：0.22Kcal/kg.℃

土中自由水和结合水的比热等于1.0Kcal/kg.℃。而冰的比热(0.505Kcal/kg.℃)约为水的比热的一半,所以冻土的比热小于融土的比热。

在冻土中未冻水含量的变化会引起热容量的变化,但这种变化不超过1～2%,所以在热工计算中，一般不考虑冻土热容量与温度的关系。

冻土的导温系数可用导热系数和容积热容量来计算：

αM=λM/C0 (1)

αM—冻土的导温系数，M2/h

λM—冻土的导热系数，Kcal/m.h℃

C0—冻土的体积热容量，Kcal/m3.℃

C0=CMγ

CM—冻土的比热，Kcal/kg.℃

γ—冻土的容重，kg/m3

冻土的导温系数αM大于融土的导温系数αT。

αM=(1.3～1.5)αT (2)

六、冻土的力学性质

在负温条件下，土中部分水冻结成冰，将矿物颗粒胶粘连接在一起，从而改变了粒散介质（土体）的特性。由于土的冻胀作用，冻土的孔隙度较未冻前增大了，但强度都比融土高得多，压缩性则比融土小得多。

①极限强度：引起冻土破坏的应力；

②瞬时强度：相应于加荷10秒钟内引起破坏的应力；

③长期强度：在一定时间间隔内引起破坏的应力；

④极限长期强度：荷载作用时间为无限长的情况下，不发生渐进流动和破坏的最大应力。极限长期强度是冻土强度的主要特性。

冻土强度和变形的这种特性，在冻土上的地基基础计算中应予充分考虑。

（一）冻土的内部联系和变形特性

决定冻土强度的主要因素是内部粘聚力。它是冻土各组成部分（矿物颗粒及其集成体、冰和未冻水）之间的相互作用力。冰胶结作用对冻土具有极大意义。

冻土的粘聚力取决于土的种类，温度和含水量。它由以下几部分组成：

①分子内聚力：它是由被未冻水分隔开的土粒子及其集成体之间的引力引起的。这部分内聚力取决于土的分散度和密实度；

②结构粘聚力：它是在冻土形成过程中各种自然地质作用形成的。它在冻土天然结构破坏时基本消失。在许多情况下，人工制备的试样比天然结构土样强度低1/3～1/2，就是由于结构粘聚力消失的原因。

③冰胶结粘聚力：它是由冰胶结形成的。这种粘聚力最不稳定，随土温度变动急剧变化。当冻融化时完全消失。

作用在冻土上的荷载，将在矿物颗粒和冰晶之间的接触面上引起应力集中现象，使冰产生塑性流动。由于压力增大冰点降低，接触处的冰晶部分融化，补充给结合水，在压力梯度作用下，结合水从压力高处向压力低处迁移，并在那里重新冻结。

随着冰的融化和水分挤出，使该处结构粘聚力和冰胶结粘聚力减小，并由此产生不可逆变形。在荷载作用下，结合水的不断迁移和冻结，使结构变化不断发展，这便是蠕变现象。

在外部荷载作用下，土中发生两种相反的过程：一方面，结构粘聚力和冰胶结粘聚力减弱（松弛），另一方面，分子内聚力增加，即土的强化。如果引起结构变形的荷载不超过极限值，那么强化作用抵偿了减弱作用，土的变形很快稳定，这便是衰减蠕变变形。若荷载超过某一极限值，那么冻土中内部联系的破坏已不能被强化作用补偿，冻土产生粘滞流动，这便是非衰减蠕变。这时变形不断发展，直至进入渐进流动而导致土体破坏。

持久作用的内力超过某一界限值时，冻土发生非衰减蠕变，此界限值称为冻土的极限长期强度。所谓极限长期强度是这样一种应力：在未达此值时，不管荷载作用时间多长，也不会出现非衰减性变形，即冻土变形是稳定的。而一旦超过它，就会逐渐招致土体的破坏。

冻土的变形，可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形是卸荷后可恢复的变形，塑性变形是卸荷后不能恢复的变形。

弹性变形是由冻土中矿物晶格和冰晶格的弹性变形、水分和密闭空气的弹性压缩变形以及矿物颗粒接触处水膜厚度和水的体积变化所引起的。

塑性变形是由冻土的结构压密度变形和土颗粒的不可逆剪切和冰的塑粘流动所引起的。

（二）冻土的应力和应变关系

当荷载作用于冻土上时，土的应力σ和应变ε之间的关系，在一般情况下不是线性的。严格地说，冻土不服从虎克定律。由于冻土的流变特性，σ和ε间的关系是随时间而变的。当快速加荷，塑性变形来不及发展的时候，ε=f(σ)接近于直线。随着荷载作用时间的延长，或加荷速度变缓，ε=f(σ)为曲线，冻土破坏时所需应力也随着降低。当荷载无限期作用于冻土上时，则应力和应变之间的关系具有极限曲线特征，相应的最小破坏应力值即所谓的极限长期强度。

从图5可以看出：曲线OA段接近于直线；A点称为比例极限或流动极限。在这一点后面的曲线明显不是直线。B点处发生破坏，这一点相当于极限强度。

在直线段OA范围内，应力与应变之间的关系可用虎克定律来近似描述。

σ=Eε (3)

式中:σ—应力(kg/cm2)；ε—应变(无量纲)；E—弹性模量(kg/cm2)

弹性模量E用直线段OA与横坐标之间的夹角β的正切来确定。

对理想弹性体，当荷载卸去后，在OA直线段的变形可以完全恢复。而对于冻土，当荷载卸去后，仅仅能恢复部分变形，另一部分变形则永远残留（塑性变形）。

如果作纯剪切试验郑州清华园1号住宅楼施工组织设计，则剪应力和剪切应变之间的关系也可用类似的方程来表示：

S=Gγ (4)

式中:S—剪应力(kg/cm2); G—剪切弹性模量(kg/cm2)；γ—剪应变(无量纲)

剪切弹性模量与压缩弹性模量之间的关系可用下公式表示:

G=E/2(1+μ) (5)

式中:μ——波桑系数(横向变形系数)

波桑系数μ变化在0～0.5之间,0.5相当于土体为塑性状态。

模量E和G的大小取决于土的类型、含水量、温度。E值愈大，则冻土的变形愈小。

在长期荷载作用下，冻土则产生流变。如前所述微表处和稀浆封层技术指南，冻土中含有冰和未冻水，旦冰和未冻水随冻土中应力和温度的变化而处于一种动态平衡。冰和未冻水的这种特性，决定冻土在外荷作用下，具有应力和应变随时间变化的特点。即在应力保持不变时，变形随时间而发展（蠕变）；在固动变形的条件下，应力随时间而衰减（松驰）的特性。