（1）融沉机理。
当冻结土层的温度上升时，冻土发生融化，冰晶融化成水，体积缩小约9%。此外颗粒接触处的冰融化后，降低了冰与土颗粒包裹体的胶结程度，原来由包裹体承受的部分上部荷载转移到了土骨架上，增大了作用在土体骨架上的有效应力，而在此过程中产生的未冻水则减小了土颗粒之间的摩擦，土颗粒结构易于调整，在自重应力作用下土体中的空隙被压缩，土体体积减小，从而发生融沉。
融化过程中，冻土产生融沉由以下三种原因引起：①融化过程中土体温度上升，冻土发生融化，冻土中的冰晶融化成水，土体体积缩小；②土体原有结构冻胀时形成的裂缝在融化时闭合，产生融化沉降；③同时冻土在融化过程中未冻水含量随地温的升高而增加，直至达到相变温度点，冰全部变成孔隙水，当未冻水含量增加到足以摆脱静电作用时，土体便在重力和上覆荷载的作用下发生排水固结，土颗粒运动，孔隙度变小而压密，产生固结沉降。
（2）融沉计算。
冻土融化后的沉降是由融化沉降和压缩沉降两部分构成的。其中融化沉降可以用融沉系数表示，压缩沉降用融化压缩系数表示。
融沉系数的大小与压力无关，只与土体本身的属性及冻融条件有关，是衡量土体融沉特性的主要指标，其计算公式是：
式中：α0——融沉系数，%；
Δh0——冻土融化下沉量，mm；
h0——冻土初始高度，mm。
压缩系数反映了在上部荷载作用下融土固结产生的沉降量。某一范围压力内冻土融化压缩系数的计算公式为：
式中：αic——融化压缩系数，kPa-1；
Si——某一压力稳定后的单位固结量；
Pi——某级压力值，kPa。
某一压力稳定后的单位固结变形量Si由式（2.14）计算：
式中：Si——某一压力稳定后的单位固结量，cm/mm；
Δhi——某一压力下变形量，mm；
h0——冻土初始高度，mm。
（3）冻胀影响因素。
1）含水（冰）量对融沉的影响。
与冻胀有着同样的特点，含水率的大小在影响冻土的融沉时也存在一个“起始融化下沉含水率”，当低于此含水率时，没有融化现象的产生，反而出现了及其微小的热胀现象（热胀量Δh/h＜0.5%）。这种现象产生的原因是，含水（冰）量过小，只有孔隙冰存在，它融化后土体体积并没有变小。起始融化下沉含水量与塑限含水量的关系可用下式表示：
2）冻土密实度对融沉的影响。
由于冻土融化过程中土孔隙发生变化是影响融沉的关键因素，因此土孔隙减少的数量也直接制约着融沉量。由此可见，除非有冰大孔隙的存在，否则在冻融作用下土体结构不会发生明显变化，这一规律普遍适用于各类土。
此种状态下的土，从冻结到融化的过程均不产生下沉作用，其孔隙比称为最优孔隙比，几种典型冻结土实测的最优孔隙比见表2.1。
当土孔隙比等于或小于emd时，融化下沉系数均小于1%。
当孔隙比大于最优孔隙比后，其融化下沉系数随孔隙比的变化而变化，且冻土天然孔隙比与融化下沉系数成正比关系，即：
式中：e——孔隙比；
emd——最优孔隙比；
k1——常数，其值可参考表2.2。(www.xing528.com)
表2.1 几种典型冻结土实测的最优孔隙比
表2.2 几种典型冻结土的k1值
考虑到现场实际条件，我们将融化下沉系数与冻土的干容重进行相关。试验证明，融化下沉系数随干容重减小而呈线性增大，即：
式中：yd——冻土的干容重；
ymd——冻土的最佳干容重；
C——融化下沉系数与干容重的相关系数。
冻土最佳干容重的实验室测量值以及融化下沉系数与干容重的相关系数，可根据表2.3查询。
表2.3 冻土最佳干容重以及融沉系数与干容重的相关系数
3）土中的粉黏粒含量对融沉的影响。
室内试验表明，在充分饱水条件下冻结的粗颗粒类土的融化下沉系数随其粉黏粒成分含量的增加而增大。但粉黏粒含量从0增加到12%时，融化下沉系数缓慢地呈线性递增趋势；而当粉黏粒含量大于12%时，融化下沉系数则随着粉黏粒含量的增加而急剧增加。显然，前者的工程性质要好于后者，因此，我们以粉黏粒含量等于12%为界，将粗颗粒土分为两类。自然界存在纯净砂砾被冰包裹的情况，这是长期的自净作用与冻结缘水分反复迁移的结果。
4）土的可压缩性对融沉的影响。
融化下沉系数与土的含水率、干密度分别相关，且随含水率增加，干容重减少，孔隙比增大。因此，可以利用单一的土物理指标（如含水率、干容重等）来计算融化下沉系数。但冻土的融化下沉性又同时依赖于土中含水率和孔隙的变化，很明显，冻土融化过程中，若没有排出水分的条件，其融化下沉量仅是冻土中冰融化为水所缩小的体积，这是很有限的。实际上，冻土融化下沉系数却往往很大，从百分之几至百分之八九十。例如一般黏性土，含水率在35%左右（相当于e≈1.0），其融化下沉系数约等于10%；当含水率在55%左右（相当于e≈1.5）时，融化下沉系数约为25%。可见冻土的融化，仅是产生融化下沉的基本条件之一，即为冰所胶结的土颗粒失去了支撑作用，为排水和孔隙的压缩提供了前提。融化下沉量还取决于在自重作用下的排水能力和密实能力，即土的可压缩性。从实验资料可知，随着冻土含水率增大，融化过程中在土的自重作用下从土中排出的水量增多，虽然残留于土中的水分也随之增多，但残留的水分是有限的。如风火山地区冻结粉质黏土含水率为35%时，融化后在土的自重作用下，残留的含水率为25%～27%；而当含水率为50%时，融化后残留于土中的含水量也只有30%～34%。这就是融化土的压缩系数随着融化下沉系数增大而增大的原因。
5）外部荷载对融沉的影响。
荷载对融沉的影响主要体现在融土的固结过程，随着冻土中冰的融化，融土的含水量会逐渐增大，形成超静孔隙水压力，而超静孔隙水压力在外部荷载的作用下会逐渐消散，从而有效应力逐渐增长，试验表明，融土在较大的荷载作用下，孔隙水压力会加速消散，随着融土中孔隙水的排出，孔隙被压密实，融土便产生较大的压缩沉降。
（4）桩土体系的融沉机理。
在桩土体系中，由于冻结时桩周土体的水分向桩侧迁移并冻结，使得离桩近的土体含冰量大，在融化过程中，同一深度桩距小的土体中的冰完全融化产生的体积变形会比桩距大的土体大，桩距小的土体冻胀时形成的裂缝更明显，在融化时闭合产生融化沉降的量更大；同时桩距小的冻土在融化过程中未冻水含量随地温的升高而增加，达到相变冰点时土体在重力和上覆荷载的作用下发生排水固结的量更显著，使得离桩近的土体自由融沉量更大。而桩周土体的融沉量为土体自由融沉量与桩对土体融沉的约束的差值，若融化过程中土体自由融沉的效果大于桩的约束的效果，会使得离桩近的土体最终融沉量大。融化过程中桩周土体的融沉机理示意图如图2.6所示。
图2.6 融化过程中桩土体系融沉机理示意图
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