如何判斷凍結(jié)過程是否異常？

溫度變化曲線

觀察斜率：在正常的凍土凍結(jié)過程中，溫度下降通常有Y定的規(guī)律。剛開始時(shí)，溫度下降速度相對較快，這是顯熱釋放階段。當(dāng)溫度接近凍結(jié)溫度時(shí)，由于潛熱釋放，溫度下降會明顯變緩，形成一個(gè)溫度平臺。如果在這個(gè)過程中，溫度下降斜率突然變化，如在沒有到達(dá)潛熱釋放階段就急劇變慢，或者在潛熱釋放階段溫度下降速度不符合正常范圍（通常應(yīng)該是比較緩慢且穩(wěn)定地釋放潛熱），這可能意味著凍結(jié)過程異常。例如，正常情況下潛熱釋放階段溫度下降斜率可能在 - 0.1℃/min - 0℃/min 左右，如果出現(xiàn) - 0.5℃/min 甚至更低的下降斜率，就需要考慮凍結(jié)過程是否受到干擾。

檢查溫度平臺：溫度平臺是判斷凍結(jié)過程是否正常的關(guān)鍵標(biāo)志之一。正常的溫度平臺應(yīng)該相對穩(wěn)定，其波動范圍一般在 ±0.2℃以內(nèi)。如果溫度平臺過高或過低，超出了正常凍土的凍結(jié)溫度范圍，或者平臺持續(xù)時(shí)間過短或過長（一般來說，對于典型的凍土樣本，平臺持續(xù)時(shí)間在數(shù)分鐘到數(shù)十分鐘之間），都可能表示凍結(jié)過程出現(xiàn)問題。例如，若平臺溫度比已知的該種土質(zhì)正常凍結(jié)溫度高出 1℃以上，可能是樣本受到了外部熱源的干擾或者樣本本身的成分有較大變化。

樣本外觀變化

觀察冰透鏡體形成：在凍土凍結(jié)過程中，冰透鏡體的形成是正常現(xiàn)象。冰透鏡體通常在土顆粒間的孔隙水凍結(jié)時(shí)出現(xiàn)，呈現(xiàn)出薄片狀或透鏡狀的冰層。如果在凍結(jié)過程中沒有觀察到冰透鏡體的形成，或者冰透鏡體的分布和形態(tài)異常（如大小不均勻、形狀不規(guī)則、位置不符合常理），這可能暗示凍結(jié)過程不正常。例如，正常情況下冰透鏡體應(yīng)該均勻分布在樣本的Y定深度范圍內(nèi)，如果全部集中在樣本表面或者某一側(cè)，可能是溫度分布不均勻或者樣本結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е碌摹?/p>

檢查樣本體積變化：凍土在凍結(jié)過程中會因?yàn)樗Y(jié)冰而發(fā)生體積膨脹。正常情況下，樣本體積膨脹應(yīng)該是逐漸且均勻的過程。可以通過觀察樣本容器的變形情況或者使用專門的體積測量裝置來監(jiān)測體積變化。如果樣本體積膨脹過快、過慢或者出現(xiàn)局部膨脹的情況，可能是凍結(jié)過程異常。例如，若樣本某一側(cè)出現(xiàn)明顯的鼓起，而其他部分沒有膨脹，可能是該側(cè)的溫度過低或者樣本內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致的。

凍結(jié)時(shí)間與速度

對比預(yù)期凍結(jié)時(shí)間：根據(jù)凍土樣本的類型（如粉質(zhì)土、黏土、砂土等）、含水量、初始溫度以及試驗(yàn)儀的制冷功率等因素，可以大致估算出正常的凍結(jié)時(shí)間。如果實(shí)際凍結(jié)時(shí)間與預(yù)期時(shí)間相差較大（例如，預(yù)期凍結(jié)時(shí)間為 30 分鐘，而實(shí)際凍結(jié)時(shí)間超過 1 小時(shí)或者少于 15 分鐘），這可能表明凍結(jié)過程出現(xiàn)異常。這種差異可能是由于制冷系統(tǒng)故障、樣本特性與預(yù)估不符或者外部環(huán)境干擾等原因造成的。

分析凍結(jié)速度變化：在整個(gè)凍結(jié)過程中，凍結(jié)速度應(yīng)該有合理的變化。如前面提到的，先有一個(gè)較快的顯熱釋放階段的降溫速度，然后在接近凍結(jié)溫度時(shí)速度變慢。如果凍結(jié)速度沒有按照這個(gè)規(guī)律變化，比如在應(yīng)該是顯熱釋放階段凍結(jié)速度卻異常緩慢，或者在潛熱釋放階段凍結(jié)速度突然加快，這都可能是凍結(jié)過程異常的表現(xiàn)。可以通過計(jì)算不同階段的溫度變化率來量化凍結(jié)速度，以便更準(zhǔn)確地判斷。