低温结构的基本类型
解释可靠的特定功能的生成和发展不同类型的叠加和继承了低温结构(表4.1)我们应该知道的机制和模式形成的垂直和水平层冰在土壤冻结(融化)。
叠加低温结构通常出现在土壤相对均匀(冻结),由于冷冻过程,而不是结果的主要土壤解冻(初始)结构。三种基本类型通常是杰出的叠加中低温冻结土壤结构存在,形状和位置的冰层。这些结构是:巨大的,冰纹影不是视觉效果明显;分层,elongated-oriented冰层;网格的形式,当冰纹影部分形成一个网络或一个网格。
大规模低温结构时形成的物理条件隔离成冰作用没有得到满足或低温的热物条件形成结构一般不满足。后一种情况通常是当有一个高速度水的冰点饱和或不饱和土壤,或在任何的冻结速度低土壤水分含量细粒度和粗粒度的土壤,当水迁移几乎是不存在的,而地下水在冻结孔是固定的。在这种情况下,接触、电影、孔隙和基底的冰形成水泥是最常见的类型。
大规模低温结构的形成也可以与水发生迁移在冰冷的地面,但只有离析冰形成的物理条件不满意,强调在地上不克服其在当地的实力。当地的力量可以负责控制的一般增加冰没有隔离成冰作用的内容和over-compacted或巩固土壤和土壤初始含水量小于的收缩限制。在这些情况下,然而,有形成独立的可能性
土的岩性特征 |
热物理cryostructures的生成条件 Qph +我 |
物理力学条件cryostructures的外观 |
类型的cryostructure |
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的条件形成的冰纹影| |冻结 ' ^ coh + ^多拉) |
冰纹影_L冻结前的生成条件Pn = Pshr ~ p prup >»李«寇 |
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土壤与不同组成、结构、层理和属性 |
不满意 |
由于不满意不满意热物理的条件 |
大量接触,电影 |
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满意 |
不满意 |
大量(毛孔,基底) |
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细粒土均匀的组成、结构、层理和属性 |
满足并提供水迁移到冻结冻结土壤的一部分 |
偶尔满意 |
Porphyryitic |
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条件只开始satisifed提供形成不完全发达的纹影 |
不满意 |
不连续semi-layered |
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偶尔满意 |
Semi-layered phorphyritic |
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条件只是开始只能不完全满意提供形成发达的纹影 |
Semi-meshy |
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满意 |
分层与不连续垂直条纹 |
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满意 |
网状的 |
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不满意 |
分层 |
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冰纹影和冰窝(斑状cryostructure)由于不稳定(情景自然)必要的物理条件,由于大毛孔,微裂缝和其他的非均质土壤。
大规模低温结构有时当压力出现在土壤可以克服当地土壤凝聚力但足够大的外部负载(例如,Pdom)防止这一点。
分层低温结构是形成土壤冻结期间,如果满足热物及物理条件对冰形成隔离层,与冰冷的前面,但条件不足形成的垂直冰纹影。分层的低温结构的生成和增长通常发生在负温度的时间间隔从-0.2 - 3°C。这种类型的结构主要发生在细土(sandy-silty,粉砂和粘土土壤),有时在尘土飞扬的沙漠。分层的低温结构,与其他类型的纹影低温结构相比,在本质上是更频繁,以低利率是最明显的冻结。它的形成始于个人的外观microschlieren薄透镜和冰。后来他们的大小增加,他们合并,组成一个细长的冰纹影与冻结前可以跟踪视觉。如果冻结速率亦减少和冰水流对水平层/ w增加,那么厚的冰形成条纹。
各种各样的分层低温结构(分层、lens-like lens-like-woven,等等)是由特定的组成、结构和geological-genetic土壤特性和各种条件下的冻结和热强度和质量交换和加结构流程。多个品种的分层结构的纹影的形状,它们的长度和方向,冰纹影和土壤矿物层厚度之间的关系等。(第7章)。
网低温结构时形成热物条件持续满足和并发物理力学条件形成的水平和垂直冰层也满意(4.3 ^ 1.4)条件。由于横向剪切应力总是大于正常(垂直的)压力,纯粹的叠层低温结构的形成是可能的,而只有垂直冰纹影的形成(没有水平的人)原则上是不可能因为migrational-segregational机制的生成。在一些土壤,随着冻结速率的增长逐步转变发生的分层结构是因为和大规模低温结构。因此,在某些寒冷的政权,形成更多的同样的条件创建垂直和水平的区域的临界应力集中。
特定功能的开发和进一步发展的网格低温结构,与分层,是由水迁移在块从水平和垂直方向上。此外,水流纹影垂直于冻结前只有在研究生Pn的影响,而它纹影与温度梯度的影响下的冻结前(或研究生Wunt)和压力梯度研究生Psh。
网格低温结构在不同形状(棱镜、平行六面体、立方体等)和土壤块大小不同的关系正常和剪切应力冻结土壤的不同成分,structural-textural特性和力量。的频率分布或水平之间的距离/ |和垂直l±冰层之间由关系:/ / | =(1 /研究生Psh)和l±= /(1 /研究生Pn)。
应该特别提到,然而,冻结速率的增加(因为脱水率低的解冻和小肿胀部分地面的冷冻区)导致的最终结果值的减少剪切和正常压力和减少相当大的生成和增长的区域的垂直和水平冰层。这个过程鼓励(由于冰纹影形成的短时间)的外观部分开发低温结构(semi-mesh, semi-layered angular-discontinuous,等等)。
随着冻结速率的增加,条件可能出现竖纹影时不再能形成和一个经常好但经常discontinuous-layered低温结构形成(或discontinuous-lenslike,鳞片状,等等)。
低温结构的类型不是只有冻结条件决定,而是大大取决于冻结层的岩性。的细胞cryostructure各种块结构,证明了这一点。它与网格和分层结构模式的形成和发生主要在膨润土粘土。例如,附近土壤的冻结前膨润土显示不同的细胞不规则多边形形状的冰的一个框架。膨润土的细胞低温结构完全依赖和预定由其特定的微观结构和纹理,创造细胞或蜂窝结构在解冻脱水土壤的一部分。
各种叠加低温结构的分析表明,有原则上的可能性甚至形成独立开发倾斜或垂直冰层,由许多再保险——观测到的
b b
图4.3。继承了低温结构:a - b -区域的结构性缺陷,一般冻结之前和之后对土壤结构错位:1,2开裂缝冻结之前,1 * 2 *——冻结后,3,4,5 -关闭(医治)裂缝冻结之前,3 * 4 * 5 * -后冻结;c -区外来夹杂物的影响;d -区域应力集中(互层高岭石粘土和石英砂在45°角热和迁移流动的方向。
图4.3。继承了低温结构:a - b -区域的结构性缺陷,一般冻结之前和之后对土壤结构错位:1,2开裂缝冻结之前,1 * 2 *——冻结后,3,4,5 -关闭(医治)裂缝冻结之前,3 * 4 * 5 * -后冻结;c -区外来夹杂物的影响;d -区域应力集中(互层高岭石粘土和石英砂在45°角热和迁移流动的方向。
搜索者,在第四纪沉积。这些冰层由于许多各种形状的裂缝解冻脱水土壤(裂缝由于弯曲,扭曲,剥落等)。此外,在自然条件下,通常会有一个不规则边界的冻结(相对于地面是倾斜的,起伏的角,等等)。冰纹影生成和成长主要是平行或垂直于前冻结/解冻意味着存在叠置低温结构,复杂的系统的冰纹影(起伏、径向、环、菱形等)引起的不规则表面冻结或解冻边界(图4.2)。
继承了低温结构冻结土壤很常见。他们是由不同的岩性和缺陷非均质松散的存款。继承了低温结构相关联的主要成因类型与strength-defective和紧张的接触区和外来夹杂物(图4.3)。形成,叠加的低温结构,决不能没有离析冰的热物及物理条件的形成。
继承了低温结构区土壤的结构性缺陷(strength-defective类型)是局限于区域的机械压皱,错位,滑动平面,封闭裂缝和其他缺陷的结构和纹理。冰纹影跟随结构性缺陷的形状的削弱了区域土壤冻结。土壤的临界压力为当地的破坏首先集中在这些区域在由shrinkage-swelling变形和结构的形成在冰冷的地面上。
继承了低温结构在应力集中的区域不同土壤(接触应力结构)之间的联系,与strength-defect cryostructures,出现不削弱了区域土壤,但在不同的土壤热接触的区域和质量交换和shrinkage-swelling特征。联系人,金额的差异变形由于收缩和膨胀产生临界压力(应力集中区域)。
因此,土壤的凝聚力是克服主要产生在这些地方和冰纹影。例如,在冻结的分层土壤,通常拉长离析冰条纹出现在接口层(图4.4)。他们完全继承初始纹理(水平、垂直、倾斜或斜)松散细土的存款。
在冰冷的土壤,继承了低温结构可能是由于外来夹杂物和有以下特点。首先,防水包体块迁移流动冻结前,从他们和下游地面是脱水和大规模cryostructure形成(或冰纹影变薄),而在他们身后的冰内容生长和纹影cryostructure出现。其次,这些夹杂物,从土壤中有很大的不同在他们的变形特性,应力集中在他们经常接触土壤从而导致冰纹影的出现。此外,在外来夹杂物(在一定的距离)冰的几何纹影夹杂物的轮廓,即重复冻结边界移动的特点,在其把预定的存在包含与导热系数不同于地面。
在冷冻解冻的一部分土壤温度梯度,migration-segregation冰的积累和低温结构的形成也可能(图4.5)。实验表明,低温结构的发展在冷冻解冻的一部分土壤冻结期间具有相同的特性。在这个过程中叠加和
图4.4。继承了低温结构海洋透镜状粘土(图片由特种部队
Dubikov)。最大的冰透镜底部是c。3厘米。
图4.4。继承了低温结构海洋透镜状粘土(图片由特种部队
Dubikov)。最大的冰透镜底部是c。3厘米。
继承类型的低温结构可以开发一代,增长和配置的冰纹影预定的初始成分和结构的土壤和条件,其解冻。这些结构的形成当然需要热物理及物理的存在条件下的纹影冰在融化的过程中形成。
在此基础上分析,低温结构的成因分类(根据外观和开发)建议分组逻辑上几乎所有已知的类型和品种cryostructures(8),表4.1说明了这个分类。每个类的结构(有或没有纹影)分为前面描述的类型,每个类型分为种cryostructure根据生成的频率和厚度的冰纹影。种结构的数量(通过冰纹影的出现频率)在每个类型之间的差异和不同距离/纹影决心在自然条件的岩性冻结或解冻存款,由外部热力学条件下,与压力梯度连接。
图4.5。生成和增长的隔离的冰纹影从上方土壤解冻冷冻的部分(叠加cryostructures):——分层结构(缓慢解冻);b -块结构(快速解冻)与初始大规模cryostructure高岭石粘土;c -解冻与最初的纹影cryostructure clay-rich土壤。
图4.5。生成和增长的隔离的冰纹影从上方土壤解冻冷冻的部分(叠加cryostructures):——分层结构(缓慢解冻);b -块结构(快速解冻)与初始大规模cryostructure高岭石粘土;c -解冻与最初的纹影cryostructure clay-rich土壤。
分工的各种cryostructures成大,中产阶级和small-schlieren(使用数值)并不是适合所有的情况下只有在任何类型的结构应用于一个实际的类型的地面。否则这个细分失去它的目的,因为它不会与他们的形成。因此,在低温的分类结构,只考虑极端变异,换句话说,形成的模式(改变方向)的水平和垂直冰纹影根据研究生Psh和研究生Pn。然后为每个这些变异,四个极端类型的结构是公认的冰纹影的厚度,和它们之间可以有许多品种。事实上,一种类型转变成另一个是平滑和渐进的。类型的简单分为厚,中产阶级和fine-schlieren结构(未经正当账户类型的结构、材料的地质成因和冻融条件)是试探性的,因为它不显示,甚至在冰的厚度层隐藏模式。
上述低温结构冻结土壤migration-segregation创世纪。然而,在自然条件下,低温结构也可能出现的其他机制。例如,在非常潮湿的弱岩化的土壤低温结构形成的机理与寒冷相关的主要是游离水和选择性正交的冰的形成。这种机制是一个主要的结果矩阵结构的淤积和弱岩化的细粒度的多孔土壤,更大的水是免费的(未绑定)的一部分,而土壤颗粒不能积极互动。水的冰点产生冰框架(block-framework低温结构),在垂直和倾斜冰层出现,比水平crossmem-bers快得多。冰晶推出矿物颗粒增长从而集中他们的方向在街区,如冰的墙壁之间的空间框架充满了潮湿的土壤矿物的一部分。的冰墙框架成长(增厚和长),冻结土壤的矿物部分由压缩脱水和强化。这种机制的生成结构叫做orthotropic-compres-sional (12)。此外,用细粒度材料冻结所有其他条件不变的情况下,土壤经常分离成冰和矿物层,形成一个细胞低温结构。块用更少的冰层形成于低温结构粗的土壤。 The same type of pattern is observed as the rate of freezing decreases.
在自然条件下的注入机制形成的冰层也是活跃的。的形成注入和混合(migration-pressure)低温结构可能只有在静水压力的情况下的水被注入超过土壤结构连接的强度。在高压力,hydroburst甚至可以发生在冻土,瞬时注入的水和更大的注入层冰的形成。在水动力压力高于临界土的长期强度,薄水电影发生的长期注射pressure-migrational离析冰的形成。
低温结构形成冻结下随时间变化的结果负温度梯度的影响,机械应力、孔隙溶液的浓度,和其他外部字段。在这个过程中,在同生和后生层的层永久冻土和季节性冻融、已经存在的冰层可能会和新冰纹影可以生成,在某些情况下,也消失了。
继续阅读:结构在冻融土壤的形成
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