季节性冻土地区路基的冻胀与融沉
季节性冻土地区道路冻深的研究
季节性冻土地区道路冻深的研究摘要：冻深的确定是季节冻土区路基防冻设计的主要内容之一。
根据察格高速公路典型路段道路冻深的现场观测资料，对确定道路冻深的各种现场方法的优缺点进行了对比，并且对影响道路冻深大小的气温、地下水位、土质和含水量、线路走向和路基断面形状等因素进行了分析探讨。
关键词：季节性冻土；道路；冻深季节性冻土是指冬季冻结而春夏融化的土层，受季节气候影响明显。
我国季节性冻土面积约为514万km2，占国土面积的53.5%。
季节性冻土的冻胀和融沉作用对工程影响非常大，冻结时地层承载力大，解冻时融陷强度低。
因此在季节性冻土地区进行公路、铁路建设时需严格考虑季节性冻土对工程的影响并采取适当的防范措施以保证冻土路基的稳定性。
土体的冻胀将造成公路、铁路线路不平整，甚至影响行车安全，所以设计冻深的合理确定是保证冻土路基稳定的前提。
土的冻结深度是冻结能力的体现，也是决定各种冻土地区工程防冻胀处理措施的主要指标。
1 设计冻深常用计算方法1. 1 改进的斯蒂芬公式法斯蒂芬公式是目前广泛应用的冻深计算公式，是基于冻深与气温之间相互关系得到的。
最初始的斯蒂芬公式考虑因素过于简单，使得冻深计算精度误差较大，后经多年实践研究，对公式中热量进行修正，提出了改进的斯蒂芬公式：2.1 气温在建立气温与冻深的经验关系时，为了能够较真实地反映气温对冻深的影响，通常引入空气冻结指数Tkd的概念，用空气冻结指数代替气温变量，建立空气冻结指数与冻深的关系空气冻结指数是指某地在冻结期间的日平均气温tkd累积值的绝对值，冻结期为从本年度入冬时月平均气温在零下那一个月开始到来年初春月平均气温在零上那一月终止的一段时间，日平均气温为每天2点、8点、14点和20点四个时刻气温的平均值。
冻结指数Tkd可用下式表示：空气冻结指数Tkd=冻结期日平均气温tkd的绝对值气温不仅影响冻深值大小，而且还影响最大冻深出现的时间。
2.2 土质和含水量对冻深的影响路基土对冻深的影响有两方面，一是土质，二是含水量。
冻土工程施工
冻土工程施工冻土是指在连续两年以上，土壤或岩石温度低于0℃的土壤或岩石。
冻土地区广泛分布于我国北方和西部地区，由于其特殊的地质条件和环境特点，使得冻土工程施工面临着诸多挑战。
本文将探讨冻土工程施工的相关问题。
一、冻土工程施工的挑战1. 冻胀和融沉冻土地区由于温度低，土壤中的水分在冬季结冰，产生冻胀力，使土壤体积膨胀；在夏季，冻结的土壤融化，产生融沉力，使土壤体积缩小。
这种冻胀和融沉的循环作用，会对工程施工产生不利影响，如导致地基变形、道路破裂等。
2. 地基稳定性差冻土地区地基稳定性差，容易发生地基沉降、滑坡等地质灾害。
这给工程施工带来了极大的风险。
3. 施工设备磨损严重冻土地区气候恶劣，施工设备在寒冷环境中容易发生磨损、故障，影响施工进度和质量。
4. 施工人员生活条件差冻土地区气候恶劣，施工人员在生活中面临着严寒、缺氧等困难，对身体健康产生影响。
二、冻土工程施工的技术措施1. 合理选择施工时间冻土地区的施工应尽量避开寒冷的冬季，选择在气温相对较高的季节进行。
这样可以降低施工过程中冻胀和融沉的影响。
2. 地基处理在地基处理方面，可以采用换填、加固等措施，提高地基的稳定性。
换填是指将不稳定的冻土层挖除，换填稳定性较好的土层；加固是指采用冻结、桩基等方法，提高地基的承载能力。
3. 施工设备选择与维护选用适应寒冷环境的施工设备，并对设备进行充分的维护和保养，确保设备在施工过程中的正常运行。
4. 施工人员生活保障为施工人员提供良好的生活条件，包括温暖的住所、充足的供暖设施等，确保施工人员的身体健康和生活质量。
三、结论冻土工程施工面临着诸多挑战，但通过合理选择施工时间、地基处理、施工设备选择与维护以及施工人员生活保障等措施，可以有效降低冻土工程施工的难度，保证工程质量和进度。
在今后的冻土工程施工中，还需不断总结经验，积极探索新技术和新方法，为我国冻土地区工程建设贡献力量。
季冻区道路冻胀、融沉机理分析及防治现状
季冻区道路冻胀、融沉机理分析及防治现状摘要：对东北地区季节性冻土的冻胀、融沉机理进行深入分析，通过毛细理论、水分迁移理论得出冻胀、融沉过程的影响因素，得出季冻区冻胀融沉的主要影响因素是土质、含水量以及温度，并据此提出具体的防治措施，为相关研究提供借鉴经验。
关键词：季节性冻土；冻胀；融沉；防治0 前言中国是受冻胀危害比较严重的国家之一，主要分布在大兴安岭、小兴安岭等东北地区以及青藏高原等西部高山区域，季节性冻土面积占我国国土总面积的53.5%[1]，位于季节性冻土地区的公路面临着冬季冻胀、春季回暖融沉的问题，这是导致寒冷地区各种道路病害的主要原因[2]。
因此，针对冻土地区的冻胀、融沉过程的深入研究分析逐渐受到更多的重视且势在必行。
1 冻胀和融沉机理分析1.1 冻胀季冻区道路冻胀，主要指的是路基土体的冻胀。
由于大气负温的作用，土体中的水分冻结成冰，土体发生水分迁移，路基土随着温度降低的方向形成冰晶体，导致土体的体积增大膨胀[3]。
由于路基土体中的含水量和密实度在不同季节、不同气候条件下发生的不均匀改变，加之道路周边复杂的地理环境的相互影响，直接导致路基土的冻胀变形的不均匀性[4]。
因此，路面在受到不均匀的冻胀力的影响下，内部发生拉应力效应。
1.2 融沉春季气温上升，土中冰晶体融化之后，土颗粒之间的胶结程度降低，摩擦力减小[5]。
在其自重应力的作用下，土颗粒之间的空隙逐渐被压缩，土体的体积减小。
路基开始融化，导致路面下地基土较两侧的路肩土的融化速度快，造成路基的凹形冻土核残留，土层上部已经融化的水分在融化区域内无法排出，进而造成翻浆。
2 冻胀和融沉影响因素分析2.1 冻胀影响因素季冻区路面易出现冬季低温冻胀、春季回暖融沉的问题，给道路造成不同程度的破坏，包括鼓包、开裂、路基不均匀沉降等。
而道路冻胀主要受到路基的影响，由于各路基土体的土质、压实度、含水量的不同，导致路面受到不均匀冻胀力的作用影响[6]。
季节性冻土区铁路路基冻胀变形特性研究
季节性冻土区铁路路基冻胀变形特性研究曹太平【摘要】沈丹客专穿越我国东北地区季节性冻土区,为减小路基冻胀和融沉造成的不均匀变形,设计时采用了换填路基材料、改善基床结构、设置防冻胀层、加强地表水与地下水排泄等路基防冻胀措施.通过对沈丹客专三个完整冻融周期(2012～2015年)人工观测和自动监测数据的综合分析,研究路基冻胀变形发生、发展和变化的规律.结果表明:沈丹客专路基冻胀变形的发展变化过程可划分为冻胀初始波动、冻胀快速发展、低速稳定持续发展、融沉波动、融沉稳定5个发展阶段.宜在建设期补强防冻胀设计,以更好地控制路基冻胀.【期刊名称】《铁道勘察》【年(卷),期】2019(045)001【总页数】4页(P59-62)【关键词】路基;季节性冻土;冻胀变形;防治措施【作者】曹太平【作者单位】中国铁路设计集团有限公司,天津300142【正文语种】中文【中图分类】TU413近年来，伴随着我国高速铁路建设的快速发展，列车对线路平顺度、安全性的要求显著提高，而铁路路基的稳定性和变形控制是高速铁路路基设计和施工的关键[1]。
我国东北、华北、西北等地区广泛分布有季节性冻土，在这些地区修建高速铁路，应着重考虑路基冻胀变形。
对季节性冻土区高速铁路路基冻胀变形影响因素、规律及防治措施等问题的研究已取得了很大的进展，如石刚强等通过工程实例观测，分析影响严寒地区铁路客运专线路基冻胀的主要因素，并从地基防冻胀处理、路基防冻胀结构设计、路基排水三个方面提出了具体的防治技术[2-3]。
赵润涛等结合哈大客运专线沈大段路基工程设计情况，对季节性冻土区客运专线路基工程防冻胀处理措施进行了说明[4]。
赵晓萌采用基于物联网技术的冻胀监测系统及水准测量方法对牡绥铁路路基进行冻胀监测，研究其路基冻胀规律[5]。
沈丹客专起自沈阳南站，经本溪、南芬、通远堡、凤凰城，止于丹东市，正线全长205.704 km，其中，路基段长39.928 km，设计时速250 km。
季冻区路基冻胀融沉控制指标研究项目简介
吉林交通科技SCIENCE AND TECHNOLOGY OF JILIN COMMUNICATIONS2019年第3期季冻区路基冻胀融沉控制指标研究项目简介秦卫军吉林省交通科学研究所季节性冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室(长春)(长春130012)我国冻土面积约占国土面积的75%,冬季冻 结、春夏季融化的季节性冻土遍及长江流域以北的 广大疆域，占国土面积的53.5%。
季节性冰冻气候对 公路工程质量的影响十分显著，伴随着土体中水的 冻结和融化，发生着一系列特有的现象。
尤其是在 挖方路段地下水位较高或地表排水不良、路基填 土冻胀性强的路段，随着大气温度的下降，土体温 度降到土中孔隙水结晶点时，土体便发生冻结，出现冰晶体，导致土体体积膨胀，引起附加的应力和 变形，当路基冻胀引发的路面变形超过路面材料的 容许变形值时，沥青路面发生横向、纵向开裂，冻胀 隆起等现象。
进入春融期后，随着气温的上升，冻结后的土体 从上层和最底层开始融化，但冻土层的中间层尚未 融化，水分无法下渗，使上层土体含水率增大，导致 路基强度降低,会使路基局部或全部失去承载力，使路面结构发生沉陷变形及道路翻浆等现象。
导 致路面使用质量降低，影响行车安全，养护维修成 本增加。
冻土融化过程中，冻土中的冰晶融化成水，土体 体积缩小，产生融化沉降;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图1实体工程应用脱静电作用时，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。
融化终结后，排水固结并不马上结束，而是继续进行一段时间，直至土体固结沉降达到稳 定。
一般冻土的融沉量要大于冻胀量，有时融沉会变 为突陷。
融沉的不均匀性及突陷往往会导致路面平 整度的降低和路面开裂，影响行车安全、舒适性及路 面质量。
目前公路超载、超速现象严重，增加了路面 结构和路基的动荷载，因此，路基在融沉过程中，不 仅自身重力、路面结构的静荷载对融沉产生影响，动 载的影响也加剧了融沉的发生。
季冻区路基冻胀融沉控制指标研究
季冻区路基冻胀融沉控制指标研究我国是世界上拥有冻土面积第三大的国家,季节性冻土分布十分广泛,面积达到国土面积的一半以上。
受公路建设条件限制,公路路基填筑难以实现全部采用非冻胀敏感性材料,而且随着公路建设理念的不断提升,具有明显节地效果的低路堤已在季冻区公路建设中普遍采用。
路基冻胀和融沉将导致路面开裂、不均匀变形及整体承载能力下降,冻胀引起的变形及沉陷难以养护,对行车安全造成的影响大,季节性冻融和冻胀已经成为困扰我国季冻区公路路基建设和运营质量的重要难题。
近年来,公路设计技术和理念不断发展,具有安全、占地少、环保、与自然环境协调性好等优点的低路堤公路成为今后的发展趋势。
但是,因为低路堤公路的地下水位较高,增加了湿度,大大增加了冻胀融沉隐患。
再加上由于受路面施工等方面因素影响,路面结构层的层间不能完全粘结,路基的冻胀融沉变形与路面结构的容许开裂之间的关系将变得更加复杂,对路面开裂控制将更加不利。
因此,基于路基路面变形协调和一体化设计的路基冻胀融沉控制指标研究将更加必要且有意义。
本文以季冻区路基冻胀融沉变形为研究对象,通过对吉林省公路路基冻胀融沉变形进行观测和监测,系统研究了季冻区路基冻胀融沉变形的监测方法以及基于路面开裂和平整度控制的路基冻胀融沉控制指标。
通过典型路段路基的冻胀融沉变形观测及监测,分析了路基冻胀融沉变形随时间变化规律,首次采用分布式光纤传感技术监测季冻区路基冻胀融沉变形,提出了路基冻胀融沉变形综合监测技术。
分析了10种工况条件下路基冻胀融沉变形对路面开裂的影响,提出了不同路面层间连接状态下路基冻胀融沉变形的致裂层位。
通过室内试验研究,提出了冻胀融沉试验边界条件及不同因素对路基土冻胀融沉变形规律的影响。
建立了基于路面开裂和平整度控制下的路基冻胀融沉变形分析理论,基于路面结构响应提出了季冻区路基冻胀融沉控制指标。
结果表明,高速公路半刚性基层沥青路面路基允许冻胀值不大于25mm,柔性基层沥青路面路基允许冻胀值不大于50mm。
季节性冻土地区高铁路基冻胀规律及防治对策研究
石刚强：季节性冻土地区高铁路基冻胀规律及防治对策研究・99・DOI：10.13379/j.issn.1003-8825.2019.03.19季节性冻土地区高铁路基冻胀规律及防治对策研究石刚强(中国铁路总公司工程质量监督管理局，北京100844)摘要：哈大高铁是世界上首条投入运营的新建高寒季节性冻土地区高速铁路。
通过对哈大高铁路基冻胀监测数据综合分析，研究了路基冻胀发展变化规律，结果表明：路基冻胀发展包括初始波动、快速发展、稳定维持和融化回落期4个阶段，最大冻结深度普遍大于标准冻深；冻胀变形总体可控并趋于稳定，冻胀变形主要集中在表层级配碎石层，较高的路基含水率加剧了冻胀变形。
建议后续路基冻胀防治应对设计冻深根据填料类别等因素进行修正，采用路基基床级配碎石掺水泥不冻胀整体结构，将冻胀观测结果作为沉降评估的重要依据。
关键词：高寒季节性冻土地区；高速铁路；路基工程；冻胀；防治对策；工程质量中图分类号：U416.1+68文献标志码：A文章编号：1003-8825(2019)03-0099-050引言我国季节性冻土主要分布在东北、华北、西北等高纬度地区，占国土面积的53.5%⑴，其中冻深超过1.5m的季节性冻土区域约占国土面积的37%o季节性冻土区的铁路路基因处于开放的大气环境中，经受周期性冻融循环作用，随着寒季填料中水结成冰和暖季冰融化成水，路基面会产生冻胀抬升或融化下沉现象。
当不均匀的冻胀引起轨道几何尺寸超过容许偏差时就形成了冻害，严重影响线路的正常运营。
穿越我国东北地区的哈大高速铁路是我国在高纬度严寒地区设计建设的标准最高的无祚轨道高速铁路，于2012年12月1日开通运营，线路全长903.939km,正线路基长231.245km,其中无祚轨道路基长181.97km。
沿线最冷月平均气温-3.9~ -23.2咒，极端最低温度-39.9最大季节冻土深度93-205cm,每年从10月底开始冻结，次年4 ~5月全部融化。
季节性冻土地区路基的冻胀与融沉
关键词 季节性冻土路基 冻胀 融沉 影响因素
1 前言
中国冻土可分为季节性冻士和多年冻土 。多年 冻土指冻结持续三年以上的土 ; 季节性冻土指地表 冬季冻结而在夏季又全部融化的土 。我国季节性冻 土 区 面 积 大 约 51317 万 km2 , 占 国 土 面 积 的 5315 % , 其南界西自云南章凤 , 向东经昆明 、贵 阳 , 绕四川盆地北缘 , 到长沙 、安庆 、杭州一带 。 季节性冻土地区的公路路基容易产生冻胀和融沉 , 严重影响行车条件 。因此 , 对其进行深入研究是非 常必要的 。
(4) 采用 LS - DYNA 程序进行数值模拟 , 是 研究爆炸问题的一种非常有效而且经济方便的手 段 。目前虽有其局限性 , 但随着数值计算的进一步 完善它将起到试验无可替代的作用 。
同时刻的爆腔发展历程图 。
4 结论 (1) 由于爆炸法具有经济 、方便 、快捷 、应
用广泛的优势 , 用于处理野战机场土基施工具有较 好的推广价值 。
胀量不大 。对于致密的粘土 , 颗粒粒径小于 01002
mm , 由于其导水能力很弱 , 未冻水不易向冻结区
迁移 , 因此冻胀量也不大 。唯颗粒粒径在 0105 ～
01002 mm 的土具有较大的冻胀性 。
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技术研究 》资助 。 宋 珲 , 男 , 硕士研究生 。
2 冻胀和融沉原因 [ 1 ] , [ 2 ] 211 冻胀
路基土开始冻结时 , 由于负温的作用 , 水分开 始由下层向冻结锋面集聚 , 形成冰晶体 、夹冰层 , 通常路面特别是黑色路面 , 其导温性较两侧路肩强 得多 , 因此路面下基土冻结速度大 , 冻结深度也 大 , 冻结线在路面下呈凹曲线 (见图 1 ) , 路基下 部和路肩土体中水分将向路基中部集聚 , 使路面下 部形成较厚的聚冰层 , 从而产生冻胀 , 造成路面不 平或产生裂缝 。
关键词 季节性冻土路基 冻胀 融沉 影响因素
1 前言
中国冻土可分为季节性冻士和多年冻土 。多年 冻土指冻结持续三年以上的土 ; 季节性冻土指地表 冬季冻结而在夏季又全部融化的土 。我国季节性冻 土 区 面 积 大 约 51317 万 km2 , 占 国 土 面 积 的 5315 % , 其南界西自云南章凤 , 向东经昆明 、贵 阳 , 绕四川盆地北缘 , 到长沙 、安庆 、杭州一带 。 季节性冻土地区的公路路基容易产生冻胀和融沉 , 严重影响行车条件 。因此 , 对其进行深入研究是非 常必要的 。
重的增大而减小 。热融下沉的实质是冻土融化过程
中土孔隙发生变化 。热融下沉量随土孔隙减小而减
小 。所以土中孔隙比越大 , 融化下沉系数也越大 。
5 结论 (1) 土体冻胀与土质 、土体密度 、荷载 、含水
将自重引起的沉降纳入压缩系数中 , 但是试验测试
很难区分这部分分量的大小 。所以在融化试验中尽
管不施加外力 , 测量的融化压缩系数的值偏大 , 就
是包含了土体自重产生的压密沉降量 。而外部荷载
的作用使得土体进一步发生压密及固结作用 , 引起
土体在融化时沉降量的增加 。
(4) 土体密度 (压实度 ) 。融沉系数随冻土容
212 融沉 春季路基开始融化 , 这时路面下土比路肩土融
化快 , 使路基形成凹形残留冻土核 (见图 2 ) , 冻 土核为一不透水层 , 使其上部已融化土中的水分不
(2) 通过使用 LS - DYNA 程序对土中爆炸成 腔进行的三维仿真是成功的 。模拟所得的结果与试 验结果基本相符 。
(3) 数值模拟所用的土介质本构模型为软件 自带模型 , 不具有普遍适用性 。下一步需通过试验 建立实际工程土的本构模型 , 对软件进行 2次开发 向 LS - DYNA 程序中添加制定有土介质材料的本 构模型 。
(4) 采用 LS - DYNA 程序进行数值模拟 , 是 研究爆炸问题的一种非常有效而且经济方便的手 段 。目前虽有其局限性 , 但随着数值计算的进一步 完善它将起到试验无可替代的作用 。
同时刻的爆腔发展历程图 。
4 结论 (1) 由于爆炸法具有经济 、方便 、快捷 、应
用广泛的优势 , 用于处理野战机场土基施工具有较 好的推广价值 。
(2) 含水 量 。朱元 林等 ( 1982 ) 、童 长江 等
(1985) 、吴紫汪等 ( 1981 ) 及陈肖柏 ( 1981 ) 的
现场及实验室试验发现 , 冻土融沉系数与含水量间
的关系非常密切 。在允许自由排水条件下 , 融沉系
数 A0 随含水量 w 的增加而急剧增加 。各种土质的 变化规律均相似 , 大部分情况下 , 当 w 小于等于
因而土体的冻胀率随着土体的温度降低而增大 。对
于不同土质的土体 , 冻胀率不同 , 但随温度变化的
·28·
全国中文核心期刊 路基工程 2007年第 1期 (总第 130期 )
规律相似 。一般土体温度在 - 3 ℃左右 , 土体的冻 胀量值约占最大冻胀量的 70 % ～80 % , 其中未冻 水含量急剧减少 ; 土体温度在 - 3 ～ - 7 ℃范围内 时 , 冻胀量增大值约占最大冻胀量 15 % ～20 % , 期间未冻水含量处于缓慢减少的过渡状态 。土体温 度低于 - 7～ - 10 ℃以下 , 土体冻胀量占最大冻胀 量的 5 %以下 , 有些几乎不增加 , 土中未冻水含量 减少相当缓慢 。
胀量不大 。对于致密的粘土 , 颗粒粒径小于 01002
mm , 由于其导水能力很弱 , 未冻水不易向冻结区
迁移 , 因此冻胀量也不大 。唯颗粒粒径在 0105 ～
01002 mm 的土具有较大的冻胀性 。
(2) 土体密度 (压实度 ) 。一般情况下 , 三相
体系土体密度增加 , 只是缩小了土体的孔隙 , 并不
密度一定时 , 其冻结速度随着土体饱和度的减少而
增加 , 因而随着土体饱和度增大 , 冻结深度的发展
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
曲线逐渐变缓 , 这是因为 , 土中水分增加时 , 冻结
过程水的相变潜热也增大 , 降低了土体的冻结速
率 。同样 , 在饱和度一样的情况下 , 土体密度增
大 , 冻结速率加快 。这是由于密度增大使单位体积
内骨架颗粒数量增加 , 孔隙减少 , 导热系数增大
所致 。
(3) 荷载 。当增加土体外部附加荷载时就会
对土体冻胀产生显著的抑制作用 。土体外部压力增
加 , 增大颗粒间接触应力 , 降低了土体冻结点 , 影
响着土中水分相态转化 。在外荷载作用的同时会减
少未冻土中水分向冻结锋面的迁移量 , 这就是说会
影响水分迁移的抽吸力 。这种抽吸力是土粒中冰与
过程中产生冻胀的重要因素之一 。水分的多寡及其
补给是造成相同条件下具有不同冻胀量的基础 。冻
结过程中 , 由于水分向着冻结锋面迁移的结果 , 使
冻土中水分出现重分布 。一般冻结后 , 土体上部含
水量增加而下部含水量减少 。
(5) 温度 。土体冻结过程 , 实际上是土中温
度变化的过程 。土体的冻结温度取决于土体的颗粒
冻结速度是温度从另一方面来影响土体冻胀性 的大小 。冻结锋面在土体中的移动速度反应了土中 某一瞬间冻结锋面的热平衡状态 。当冻结锋面通过 己冻区向上传递的热量大于未冻区通过热传导传递 上来的热量和在冻结锋面上水的相变潜热时 , 说明 某时刻内冻结锋面上冰析出量少 , 冻结速度快 , 冻 胀量小 。相反 , 则冻胀量大 。在同一温度条件下 , 土体的冻结速度取决于土中含水量和冰析出率 , 以 及土体的密度 、导热系数等 。
铁路规范中按各类土的冻胀变形强弱 (冻胀系 数 )η分为四个等级 : ①非冻胀性土 , η≤1 % ; ② 弱冻胀性土 , 1 % <η≤ 3 % ; ③冻胀性土 , 3 %
<η≤6 % ; ④强冻胀性土 , η > 6 %。
A0 一般小于 3 % ～4 % , 相反 , 则随粉粘粒含量增 加而急剧增大 。
通常用冻胀量和冻胀率来表征土体的冻胀特
性 。冻胀量是指土体冻结时引起地表总的上升量 ; 冻胀率 (也称冻胀强度或冻胀系数 ) 是一相对值 , 用冻胀量与冻结土层厚度之比来计算 , 通常用百分 数计 , 如式 (1) 。
η = h ×100 %
(1)
H
式中 η———冻胀率 , % ;
h———冻胀量 , mm;
对于路基而言 , 冻胀量大小和冻结线向土基推 进速度与气温下降速度有直接关系 。入冬时 , 如果 气温骤降 , 冻结线迅速向下推移 , 土体中水分就地 冻结 , 析冰充填了土孔隙 , 整个土基冻胀量极小 , 若气温下降缓慢 , 未冻区水分可以充分地向锋面迁 移 , 则会在冻结锋面形成较厚的聚冰层 。
收稿日期 : 2005 - 11 - 14
宋 珲等 : 季节性冻土地区路基的冻胀与融沉
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能排出 , 从而造成翻浆 。
3 冻胀影响因素及评价 土的冻胀 , 是由于土温降至冰点以下 , 土体原
孔隙中部分水结冰体积膨胀 , 更主要的是在土壤水 势梯度作用下未冻区的水分向冻结前缘迁移 、聚集
并冻结 , 体积膨胀所致 [ 3 ] , [ 4 ] 。由于地基土往往不 均一 , 而且地基土的冻结程度不一样 , 因而地基土 的冻胀变形也是不均一的 , 再加上路基本体由于各 种原因冻胀也不均匀 , 这就使得路基各部分被抬升 的程度不同 , 于是产生了不均匀变形 。一旦这种不 均匀变形超过允许值 , 路基就产生破坏 。
改变土体的水分含量 , 但却改变着土体的饱和程
度 。它们之间的关系如式 (2)
w =Sr
( Gsγw
-
γ d
)
Gsγd
(2)
式中 w ———土体含水量 , % ;
Sr ———饱和度 , % ; γd ———土的干容重 , g / cm3 ; Gs ———土颗粒的重度 ; γw ———水的容重 , g / cm3。 土体密度同样影响着土体的冻结速度 。当土体
水之间的界面力 。饱和土中冰生长的理论公式为式
(3) 。
ΔPi
+ΔPw
= 2σiw
ri
(3)
式中 σiw ———冰水间的界面能量 , J /m2 ;
ri ———有效孔隙半径 , μm;
ΔPw ———水中的抽吸力 , N /m2 ;
ΔPi ———冰上的压力 , N /m2。
(4) 含水量 。土中水分的存在是构成土冻结
参考文献
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