CN112685884B - 一种确定土中不同温度液态含水量的方法 - Google Patents

一种确定土中不同温度液态含水量的方法 Download PDF

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CN112685884B CN202011551022.9A CN202011551022A CN112685884B CN 112685884 B CN112685884 B CN 112685884B CN 202011551022 A CN202011551022 A CN 202011551022A CN 112685884 B CN112685884 B CN 112685884B
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Abstract

本发明公开了一种确定土中不同温度液态含水量的方法，包括以下步骤：S1.确定未冻含水量nw随测试温度的变化规律；S2.对于土壤样品，确定‑25℃下土壤的未冻含水量nw|T＝‑25℃，将其作为残余含水量wr；S3.对于土壤样品，给出‑25℃、‑2℃下土壤中的未冻含水量与初始体积含水量比值的变化规律以及‑25℃、‑24℃下的土壤中的未冻含水量比值；S4.确定0到‑25℃之间的成核速率Jhet随温度变化的规律；S5.确定待测土壤中不同温度下的未冻含水量。本发明给出了未冻水含量的计算方式，并确定土壤了中水分的成核速率随温度变化规律，只需要测量待测土壤的初始体积含水量，即可计算得到土壤在不同温度下的未冻含水量，为粉质黏土的相关研究提供了数据基础。

Description

一种确定土中不同温度液态含水量的方法
技术领域
本发明涉及土壤含水测试，特别是涉及一种确定土中不同温度液态含水量的方法。
背景技术
我国盐渍土分布广泛，多年冻土区和季节性冻土区的总和占总面积的70％以上。冻土的工程性质与温度密切相关，随着环境温度变化，冻土中的水分/冰晶反复冻结/融化，影响工程基础稳定性。寒区工程建设面临因水热相互作用引发的冻胀融沉现象，严重制约着公路、铁路以及构筑物等基础设施建设。水分是土体发生冻融的物质基础，未冻含水量的改变直接影响冻土的热力学及变形特性。
同时，未冻含水量随温度变化规律也是水热数值计算的必要条件，确定未冻含水量(液态含水量)是得到未冻含水率的前提条件，所以，在寒区工程中，确定冻土，特别是粉质黏土的未冻含水量显得尤为重要。目前对土中未冻水含量的研究大多是基于土壤水分特征曲线，而且这些参数很难通过实验获得。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种确定土中不同温度液态含水量的方法，给出了未冻水含量的计算方式，并确定土壤了中水分的成核速率随温度变化规律，只需要测量待测土壤的初始体积含水量，即可计算得到土壤在不同温度下的未冻含水量，为粉质粘土的研究提供了数据基础。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种确定土中不同温度液态含水量的方法，包括以下步骤：
S1.确定未冻含水量nw随测试温度的变化规律：
Figure BDA0002857930550000011
式中，ws为土壤中初始体积含水量，即温度为T0时土壤中的体积含水量，wr为残余体积含水量，T0是水的初始冰点，对于常压下的纯水，其值为0℃，T为测试温度；Jhet为成核速率，即土壤中过冷孔隙水中冰核的形成速率；
所述步骤S1包括：
S101.将土壤视为连通孔隙介质，并采用非均匀成核机理来研究土壤中的水分冻结，则冻结概率将是关于时间的函数:
Figure BDA0002857930550000021
其中，P(t)为冻结概率，t为成核时间间隔；Jhet为非均匀成核速率；
在土壤中，不考虑冰-水边界水分子扩散，单位时间、单位体积在接触面上的成核速率表示为：
Figure BDA0002857930550000022
其中Nc是与冰核接触的原子数，5.85×1018m-2；k是玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/k；h是普朗克常数，6.626×10-34J·s；ΔG是冰形核自由能的总过剩量，将成核冰-液接触界面平面化，得到ΔG计算如下：
Figure BDA0002857930550000023
Figure BDA0002857930550000024
其中θ为冰与固体表面的接触角；σiw为冰与水之间的表面自由能；vw为冰中水的分子体积；Si为冰的饱和比；
S202.用一个很小的温度变化来代替dt，则有：
Figure BDA0002857930550000025
在第j个温度范围内，式(1)变换为：
Figure BDA0002857930550000026
其中，q为预设的参数，单位℃/min；
若知道Jhet的变化规律，则能够根据式(1)计算冻结概率，考虑到土中在超低温度还存在残余含水量，总成冰概率为：
Figure BDA0002857930550000027
其中wr残余体积含水量，其值不随温度改变；ws为初始体积含水量，其值在冰点以上不变，T0是水的初始冰点，对于常压下的纯水，其值为0℃；
冰的生成概率与冰体积含量成正比例关系，冰含量的降低时孔隙中的液态水含量会增加，在不考虑结冰引起土体变形的情况下，未冻含水量nw，定义为液态水体积与土的体积之比，根据体积含冰量ni与nw之间的关系计算如下：
ws-nw≈ni＝P(T)ws (8)
nw计算如下：
Figure BDA0002857930550000031
当土壤孔隙溶液中存在大量的固体杂质且溶液体积越大时，成核概率越大，考虑到降温过程中液体体积减小，Pj会随温度变化，式(6)明确定义了Pj的非均匀成核速率，所以，孔隙中Jhet随温度的变化机理成为预测的关键。
S2.对于土壤样品，确定-25℃下土壤的未冻含水量nw|T＝-25℃，将其作为残余含水量wr；
所述步骤S2包括：
S201.对于土壤样品，测量其质量含水率wm、初始体积含水量ws和土壤样品的干密度ρd；确定未冻含水量nw与土壤的干密度ρd和土壤质量含水率wm之间的关系：
Figure BDA0002857930550000032
S202.测量土壤样品在-25℃的质量含水率
Figure BDA0002857930550000033
并按照步骤S201计算-25℃下土壤样品中的未冻含水量nw|T＝-25℃：其中，ρw为水的密度；
S203.将-25℃下的未冻含水量nw|T＝-25℃作为土壤样品的残余含水量wr。
S3.对于土壤样品，给出-25℃、-2℃下土壤中的未冻含水量与初始体积含水量比值的变化规律以及-25℃、-24℃下的土壤中的未冻含水量比值；具体地，对于土壤样品，给出经验性的限定条件如下：
Figure BDA0002857930550000034
Figure BDA0002857930550000035
Figure BDA0002857930550000036
S4.确定0到-25℃之间的成核速率Jhet随温度变化的规律；
所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.将残余含水量wr与-25℃下的未冻含水量nw|T＝-25℃带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000041
记为S；
S402.设成核速率Jhet在0到-2℃之间线性变化：
在nw＝0.3ws时，将wr与nw带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000042
记为X1；
在nw＝0.5ws时，将wr与nw带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000043
记为X2；
在两个边界条件nw＝0.3ws、nw＝0.5ws下，分别计算的成核速率，得到：
Jhet1＝X1/(0-(-2))；
Jhet2＝X2/(0-(-2))；
计算Jhet1、Jhet2的平均值，作为-1℃的成核速率；
S403.计算-24℃下的未冻含水量
Figure BDA0002857930550000044
将残余含水量wr与-24℃下的未冻含水量nw|T＝-24℃带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000045
计算
Figure BDA0002857930550000046
设Jhet在-24℃至-25℃之间保持恒定，计算得到-24℃至-25℃中的成核速率为：
Figure BDA0002857930550000047
S404.以温度为x轴，成核速率为Y轴，建立坐标系，拟合0到-25℃内成核速率Jhet随温度的变化线，且需要满足如下条件：
条件一、温度从0到-2℃变换时，成核速率随温度的变化线为直线，且-1℃时的成核速率为Jhet1、Jhet2的平均值；
条件二、温度从-24℃到-25℃变化时，成核速率保持恒定，恒为
Figure BDA0002857930550000048
条件三、温度从-2℃到-24℃变化时，成核速率随温度的变化线为曲线，且随着温度的下降，Jhet的变化由急到缓；
条件四、从0到-25℃，成核速率随温度的变化线沿X轴的积分为S；
通过上述条件，拟合得到一条唯一的成核速率Jhet随温度的变化线。
S5.给定待测土壤的测试温度T＝T1,首先测试待测土壤的初始体积含水量ws，然后根据步骤S4中确定的接触角随温度变化的规律，确定温度从T0到T时对应的
Figure BDA0002857930550000051
将ws、
Figure BDA0002857930550000052
以及步骤S2中获得的wr带入步骤S1的变化规律中，得到待测土壤在测试温度下的未冻含水量nw；在T1取0到-25℃之间的不同值时，得到不同温度下的未冻含水量。
本发明的有益效果是：本发明给出了未冻水含量的计算方式，并确定土壤了中水分的成核速率随温度变化规律，只需要测量待测土壤的初始体积含水量，即可计算得到土壤在不同温度下的未冻含水量，为粉质黏土的研究提供了数据基础。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种确定土中不同温度液态含水量的方法，包括以下步骤：
S1.确定未冻含水量nw随测试温度的变化规律：
Figure BDA0002857930550000053
式中，ws为土壤中初始体积含水量，即温度为T0时土壤中的体积含水量，wr为残余体积含水量，T0是水的初始冰点，对于常压下的纯水，其值为0℃，T为测试温度；Jhet为成核速率，即土壤中过冷孔隙水中冰核的形成速率；
所述步骤S1包括：
S101.将土壤视为连通孔隙介质，并采用非均匀成核机理来研究土壤中的水分冻结，则冻结概率将是关于时间的函数:
Figure BDA0002857930550000054
其中，P(t)为冻结概率，t为成核时间间隔；Jhet为非均匀成核速率；
在土壤中，不考虑冰-水边界水分子扩散，单位时间、单位体积在接触面上的非均匀成核速率表示为：
Figure BDA0002857930550000061
其中Nc是与冰核接触的原子数，5.85×1018m-2；k是玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/k；h是普朗克常数，6.626×10-34J·s；ΔG是冰形核自由能的总过剩量，将成核冰-液接触界面平面化，得到ΔG计算如下：
Figure BDA0002857930550000062
Figure BDA0002857930550000063
其中θ为冰与固体表面的接触角；σiw为冰与水之间的表面自由能；vw为冰中水的分子体积；Si为冰的饱和比；
在本申请的实施例中，当温度从180K变为273K时，计算σiw(J/m2)的经验方程如下所示：
σiw＝0.00211-0.0513aw+3.04×10-4T (A1)
aw是水的活性；温度T的单位是K；水活性与渗透系数
Figure BDA0002857930550000064
之间的关系表示为：
Figure BDA0002857930550000065
其中Mw是水的摩尔质量；m是溶质的摩尔质量分数；
Figure BDA0002857930550000066
是的单电解质的渗透系数；由以下方程给出：
Figure BDA0002857930550000067
Figure BDA0002857930550000068
Figure BDA0002857930550000069
其中相互作用参数β(0) MX，β(1) MX，β(2) MX和
Figure BDA00028579305500000611
特定于盐MX；b是一个常数(b＝1.2kg1 /2mol-1/2)；z+，z-是电解质离子的电荷数；ν是盐完全分解后释放的离子总数；ν+和ν-表示正离子和负离子的数量；α1和α2是离子参数。I是离子强度，定义如下：
Figure BDA00028579305500000610
式(A4)是渗透系数的Debye-Hückel参数，是一个常数项，表示与开尔文温度T的非线性关系：
Figure BDA0002857930550000071
且vw值可通过以下公式计算：
Figure BDA0002857930550000072
其中Mw是水的摩尔质量；Na是阿伏加德罗常数；ρ0是冰融点T0处的冰密度。还原温度Tπ由下式得出：
Tπ＝(T-T0)/T0 (A9)
纯液态水中的冰饱和比Si定义为：
Figure BDA0002857930550000073
其中Pw和Pi分别是过冷液态水和冰的蒸汽压；Pw和Pi的单位为Pa；其值可通过以下土壤中互联孔隙的方程式计算：
Pi＝exp[9.550426-5723.265/T+3.53068ln(T)-0.00728332T] (A11)
Pw≈exp[54.842763-6763.22/T-4.210ln(T)+0.000367T+
tanh(0.0415(T-218.8))(53.878-1331.22/T-9.44523ln(T)+0.014025T)] (A12)
对于盐溶液，Si可由下式计算：
Figure BDA0002857930550000074
可见，成核速率与接触角之间存在着对应关系，但是，本申请中，将成核速率作为一个整体，通过研究成核速率随时间的变化规律，来确定土中不同温度的未冻含水量。
S202.用一个很小的温度变化来代替dt，则有：
Figure BDA0002857930550000075
在第j个温度范围内，式(1)变换为：
Figure BDA0002857930550000076
其中，q为预设的参数，单位℃/min，在本申请的实施例中，q取1℃/min；
若知道Jhet的变化规律，则能够根据式(1)计算冻结概率，考虑到土中在超低温度还存在残余含水量，总成冰概率为：
Figure BDA0002857930550000081
其中wr残余体积含水量，其值不随温度改变；ws为初始体积含水量，其值在冰点以上不变，T0是水的初始冰点，对于常压下的纯水，其值为0℃；当大气压力增加1MPa时，水的冰点增加0.073℃。在工程应用中，土的围压通常为0.3MPa至3Mpa，故在冻结温度计算中不考虑的压力对其影响。
冰的生成概率与冰体积含量成正比例关系，冰含量的降低时孔隙中的液态水含量会增加，在不考虑结冰引起土体变形的情况下，根据体积含冰量ni与nw之间的关系计算如下：
ws-nw≈ni＝P(T)ws (8)
nw计算如下：
Figure BDA0002857930550000082
当土壤孔隙溶液中存在大量的固体杂质且溶液体积越大时，成核概率越大，考虑到降温过程中液体体积减小，Pj会随温度变化，式(6)明确定义了Pj的非均匀成核速率，所以，孔隙中Jhet随温度的变化机理成为预测的关键。
S2.对于土壤样品，确定-25℃下土壤的未冻含水量nw|T＝-25℃，将其作为残余含水量wr；在温度低于-25℃后，未冻含水量变化不大，或者说土中的液态水几乎不再结冰，故将此时的未冻含水量作为残余含水量wr。在同一种土壤中，残余含水量相差非常小，故此处确定残余含水量后，将其作为一个定值。
所述步骤S2包括：
S201.对于土壤样品，测量其质量含水率wm、初始体积含水量ws和土壤样品的干密度ρd；确定未冻含水量nw与土壤的干密度ρd和土壤质量含水率wm之间的关系：
Figure BDA0002857930550000083
S202.测量土壤样品在-25℃的质量含水率
Figure BDA0002857930550000084
并按照步骤S201计算-25℃下土壤样品中的未冻含水量nw|T＝-25℃：其中，ρw为水的密度；
S203.将-25℃下的未冻含水量nw|T＝-25℃作为土壤样品的残余含水量wr。
S3.对于土壤样品，给出-25℃、-2℃下土壤中的未冻含水量与初始体积含水量比值的变化规律以及-25℃、-24℃下的土壤中的未冻含水量比值；具体地，对于土壤样品，给出经验性的限定条件如下：
Figure BDA0002857930550000091
Figure BDA0002857930550000092
Figure BDA0002857930550000093
S4.确定0到-25℃之间的成核速率Jhet随温度变化的规律；
所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.将残余含水量wr与-25℃下的未冻含水量nw|T＝-25℃带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000094
记为S；
S402.设成核速率Jhet在0到-2℃之间线性变化：
在nw＝0.3ws时，将wr与nw带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000095
记为X1；
在nw＝0.5ws时，将wr与nw带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000096
记为X2；
在两个边界条件nw＝0.3ws、nw＝0.5ws下，分别计算的成核速率，得到：
Jhet1＝X1/(0-(-2))；
Jhet2＝X2/(0-(-2))；
计算Jhet1、Jhet2的平均值，作为-1℃的成核速率；
S403.计算-24℃下的未冻含水量
Figure BDA0002857930550000097
将残余含水量wr与-24℃下的未冻含水量nw|T＝-24℃带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure BDA0002857930550000098
计算
Figure BDA0002857930550000099
设Jhet在-24℃至-25℃之间保持恒定，计算得到-24℃至-25℃中的成核速率为：
Figure BDA0002857930550000101
S404.以温度为x轴，成核速率为Y轴，建立坐标系，拟合0到-25℃内成核速率Jhet随温度的变化线，且需要满足如下条件：
条件一、温度从0到-2℃变换时，成核速率随温度的变化线为直线，且-1℃时的成核速率为Jhet1、Jhet2的平均值；
条件二、温度从-24℃到-25℃变化时，成核速率保持恒定，恒为
Figure BDA0002857930550000102
条件三、温度从-2℃到-24℃变化时，成核速率随温度的变化线为曲线，且随着温度的下降，Jhet的变化由急到缓；
条件四、从0到-25℃，成核速率随温度的变化线沿X轴的积分为S；
通过上述条件，拟合得到一条唯一的成核速率Jhet随温度的变化线。
S5.给定待测土壤的测试温度T＝T1,首先测试待测土壤的初始体积含水量ws，然后根据步骤S4中确定的接触角随温度变化的规律，确定温度从T0到T时对应的
Figure BDA0002857930550000103
将ws、
Figure BDA0002857930550000104
以及步骤S2中获得的wr带入步骤S1的变化规律中，得到待测土壤在测试温度下的未冻含水量nw；在T1取0到-25℃之间的不同值时，得到不同温度下的未冻含水量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种确定土中不同温度液态含水量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.确定未冻含水量nw随测试温度的变化规律：
Figure FDA0003577403630000011
式中，ws为土壤中初始体积含水量，即温度为T0时土壤中的体积含水量，wr为残余体积含水量，T0是水的初始冰点，对于常压下的纯水，其值为0℃，T为测试温度；Jhet为成核速率，即土壤中过冷孔隙水中冰核的形成速率，q为预设的参数，单位℃/min；
S2.对于土壤样品，确定-25℃下土壤的未冻含水量nw|T＝-25℃，将其作为残余含水量wr；
S3.对于土壤样品，给出-25℃、-2℃下土壤中的未冻含水量与初始体积含水量比值的变化规律以及-25℃、-24℃下的土壤中的未冻含水量比值；
S4.确定0到-25℃之间的成核速率Jhet随温度变化的规律；
S5.给定待测土壤的测试温度T＝T1,首先测试待测土壤的初始体积含水量ws，然后根据步骤S4中确定的接触角随温度变化的规律，确定温度从T0到T时对应的
Figure FDA0003577403630000012
将ws、
Figure FDA0003577403630000013
以及步骤S2中获得的wr带入步骤S1的变化规律中，得到待测土壤在测试温度下的未冻含水量nw；在T1取0到-25℃之间的不同值时，得到不同温度下的未冻含水量。
2.根据权利要求1所述的一种确定土中不同温度液态含水量的方法，其特征在于：所述步骤S1包括：
S101.将土壤视为连通孔隙介质，并采用非均匀成核机理来研究土壤中的水分冻结，则冻结概率将是关于时间的函数:
Figure FDA0003577403630000014
其中，P(t)为冻结概率，t为成核时间间隔；Jhet为非均匀成核速率；
在土壤中，不考虑冰-水边界水分子扩散，单位时间、单位体积在接触面上的成核速率表示为：
Figure FDA0003577403630000015
其中Nc是与冰核接触的原子数，5.85×1018m-2；k是玻尔兹曼常数，1.38×10-23J/k；h是普朗克常数，6.626×10-34J·s；ΔG是冰形核自由能的总过剩量，将成核冰-液接触界面平面化，得到ΔG计算如下：
Figure FDA0003577403630000021
Figure FDA0003577403630000022
其中θ为冰与固体表面的接触角；σiw为冰与水之间的表面自由能；vw为冰中水的分子体积；Si为冰的饱和比；
S202.用一个很小的温度变化来代替dt，则有：
Figure FDA0003577403630000023
在第j个温度范围内，式(1)变换为：
Figure FDA0003577403630000024
其中，q为预设的参数，单位℃/min；
若知道Jhet的变化规律，则能够根据式(1)计算冻结概率，考虑到土中在超低温度还存在残余含水量，总成冰概率为：
Figure FDA0003577403630000025
其中wr残余体积含水量，其值不随温度改变；ws为初始体积含水量，其值在冰点以上不变，T0是水的初始冰点，对于常压下的纯水，其值为0℃；
冰的生成概率与冰体积含量成正比例关系，冰含量的降低时孔隙中的液态水含量会增加，在不考虑结冰引起土体变形的情况下，未冻含水量nw，定义为液态水体积与土的体积之比，根据体积含冰量ni与nw之间的关系计算如下：
ws-nw≈ni＝P(T)ws (8)
nw计算如下：
Figure FDA0003577403630000026
当土壤孔隙溶液中存在大量的固体杂质且溶液体积越大时，成核概率越大，考虑到降温过程中液体体积减小，Pj会随温度变化，式(6)明确定义了Pj的非均匀成核速率，所以，孔隙中Jhet随温度的变化机理成为预测的关键。
3.根据权利要求1所述的一种确定土中不同温度液态含水量的方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
S201.对于土壤样品，测量其质量含水率wm、初始体积含水量ws和土壤样品的干密度ρd；
确定未冻含水量nw与土壤的干密度ρd和土壤质量含水率wm之间的关系：
Figure FDA0003577403630000031
S202.测量土壤样品在-25℃的质量含水率
Figure FDA0003577403630000032
并按照步骤S201计算-25℃下土壤样品中的未冻含水量nw|T＝-25℃：其中，ρw为水的密度；
S203.将-25℃下的未冻含水量nw|T＝-25℃作为土壤样品的残余含水量wr。
4.根据权利要求1所述的一种确定土中不同温度液态含水量的方法，其特征在于：所述步骤S3包括：对于土壤样品，给出经验性的限定条件如下：
Figure FDA0003577403630000033
Figure FDA0003577403630000034
Figure FDA0003577403630000035
5.根据权利要求1所述的一种确定土中不同温度液态含水量的方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：
S401.将残余含水量wr与-25℃下的未冻含水量nw|T＝-25℃带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure FDA0003577403630000036
记为S；
S402.设成核速率Jhet在0到-2℃之间线性变化：
在nw＝0.3ws时，将wr与nw带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure FDA0003577403630000037
记为X1；
在nw＝0.5ws时，将wr与nw带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure FDA0003577403630000038
记为X2；
在两个边界条件nw＝0.3ws、nw＝0.5ws下，分别计算的成核速率，得到：
Jhet1＝X1/(0-(-2))；
Jhet2＝X2/(0-(-2))；
计算Jhet1、Jhet2的平均值，作为-1℃的成核速率；
S403.计算-24℃下的未冻含水量
Figure FDA0003577403630000041
将残余含水量wr与-24℃下的未冻含水量nw|T＝-24℃带入步骤S1的变化规律中，计算出
Figure FDA0003577403630000042
计算
Figure FDA0003577403630000043
设Jhet在-24℃至-25℃之间保持恒定，计算得到-24℃至-25℃中的成核速率为：
Figure FDA0003577403630000044
S404.以温度为x轴，成核速率为Y轴，建立坐标系，拟合0到-25℃内成核速率Jhet随温度的变化线，且需要满足如下条件：
条件一、温度从0到-2℃变换时，成核速率随温度的变化线为直线，且-1℃时的成核速率为Jhet1、Jhet2的平均值；
条件二、温度从-24℃到-25℃变化时，成核速率保持恒定，恒为
Figure FDA0003577403630000045
条件三、温度从-2℃到-24℃变化时，成核速率随温度的变化线为曲线，且随着温度的下降，Jhet的变化由急到缓；
条件四、从0到-25℃，成核速率随温度的变化线沿X轴的积分为S；
通过上述条件，拟合得到一条唯一的成核速率Jhet随温度的变化线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117990889B (zh) * 2024-04-03 2024-06-14 西南石油大学 一种确定非饱和土未冻水含量的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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RU2391650C1 (ru) * 2008-12-05 2010-06-10 Шлюмберже Текнолоджи Б.В. Способ определения содержания равновесной с газовым гидратом поровой воды в дисперсных средах (варианты)
CN105910941B (zh) * 2016-04-12 2018-10-23 天津城建大学 基于压力板仪的冻土未冻水含量的测试方法
RU2654832C1 (ru) * 2017-06-21 2018-05-22 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Способ определения содержания незамерзшей воды в мерзлых грунтах
CN109142444B (zh) * 2018-07-26 2020-10-23 中国科学院西北生态环境资源研究院 基于粘土胶体化学双电层理论的冻土中未冻水含量计算法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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