Unfrozen Water Content of Frozen Soils and Soil Moisture Suction

The unfrozen water content of various soils has been measured by calorimeter. The suction-moisture content characteristics of the same soils were also determined at room temperature, with conventional pressure plate and pressure membrane apparatus. Using the values of unfrozen water content measured during freezing, and the suction characteristics obtained during drying, a relation was found between the two sets of results. The relationship aproximates that of Schofield, between suction and initial freezing point, of soils at various moisture contents. Knowledge of the relationship permits prediction of the amount of water remaining unfrozen in a soil at negative temperatures down to -1.0 degrees C and often somewhat lower. Such prediction requires only determination of suction-moisture content characteristics by conventional methods together with a simple determination of the freezing point of an extract of the soil solution. In many cases, the accuracy of the prediction is apparently as great as can be obtained using even complex calorimetric methods. Using these relatively easily determined values of unfrozen water content at various temperatures, realistic estimates can be made of the apparent specific heats of frozen soils. The observed relationship provides a basis for studies of the effects of both load and temperature, on the proportions of ice and water in frozen soils and on the state of stress within the ice and unfrozen water.La teneur en eau non gel\ue9e de divers sols, a \ue9t\ue9 mesur\ue9e par calorim\ue8tre. Les caract\ue9ristiques des teneurs eau-succion des m\ueames sols furent aussi d\ue9termin\ue9es \ue0 la temp\ue9ature ambiante, avec plaque conventionnelle de pression et appareil \ue0 membrane de pression. En utilisant les valeurs des teneurs en eau non gel\ue9e mesur\ue9es pendant la cong\ue9 lation, et les caract\ue9ristiques de succion obtenues pendant le s\ue9chage, un rapport fut trouv\ue9 entre les deux s\ue9ries de r\ue9 sultats. Le rapport se rapproache de celui de Schofield, entre la succion et le point initial de cong\ue9lation de sols de diverses teneurs en eau. La connaissance du rapport permet de pr\ue9dire la quantit\ue9 d'eau restant non gel\ue9e dans le sol \ue0 une temp\ue9rature descendant jusqu'\ue0 -1.0 degr\ue9s C et souvent quelque peu plus basse. Une telle pr\ue9diction n\ue9 cessite seulement la d\ue9termination des caract\ue9ristiques de la teneur eau-succion par les m\ue9thodes conventionnelles, ainsi qu'une d\ue9termination simple du point de cong\ue9lation d' un pr\ue9l\ue8vement de solution du sol. Dans beaucoup de cas, l' exactitude de la pr\ue9diction est apparemment aussi grande que celle qui peut \ueatre obtenue m\ueame en utilisant des m\ue9thodes calorim\ue9triques complexes. En utilisant ces valeurs d\ue9 termin\ue9es d'une mani\ue8re relativement facile de teneur en eau non gel\ue9e \ue0 diverse temp\ue9ratures, on peut faire des \ue9 valuations r\ue9alistiques des chaleurs sp\ue9cifiques apparentes des sols gel\ue9s. Les rapports observ\ue9s fournissent une base pour les \ue9tudes des effets \ue0 la fois de charge et de temp\ue9 rature, sur les proportions de glace et d'eau dans les sols gel\ue9s et sur l'\ue9tat des contraintes dans la glace et l'eau non gel\ue9e.Peer reviewed: NoNRC publication: Ye