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(duì)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(huì)明顯變緩，形成一個(gè)溫度平臺(tái)。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(tái)：溫度平臺(tái)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(tái)應(yīng)該相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)范圍一般在 ±0.2℃以內(nèi)。如果溫度平臺(tái)過高或過低，超出了正常凍土的凍結(jié)溫度范圍，或者平臺(tái)持續(xù)時(shí)間過短或過長(zhǎng)（一般來說，對(duì)于典型的凍土樣本，平臺(tái)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(tái)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(huì)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?？梢酝ㄟ^觀察樣本容器的變形情況或者使用專門的體積測(cè)量裝置來監(jiān)測(cè)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(duì)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。