北方寒区季节性冻土对隧道工程的影响

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隧道冻害及整治

隧道冻害及整治

隧道冻害及整治我国幅员辽阔,冻土地区分布广泛(其中多年冻土占整个陆地面积的1/5),在寒冷地区修建隧道是不可避免的。

隧道冻害会导致衬砌冻胀开裂,以至疏松剥落,造成隧道衬砌结构的失稳破坏,降低衬砌结构的安全可靠性,严重影响运输的安全和隧道的正常使用。

防治与整治隧道冻害是十分必要的。

一、冻害的种类及其危害1.冰柱、冰溜子渗漏的地下水通过混凝土裂缝逐渐渗出,在渗出点出口处受低温影响积成冰柱。

尤其在施工接缝处,渗水点多,积冰明显,累积成十至几十厘米厚的冰溜子(又称为挂冰)。

如不清理,冰溜子越积越大,侵入限界,危及行车安全。

拱部渗漏形成的冰柱(冰葫芦),在一般地区仅仅是影响限界。

但在电气化牵引区段,冰柱下垂,可能挂在接触网高压电线上造成短路,坠断电线造成放电、跳闸,严重时危及人身安全。

隧道排水沟槽设施保温不良引起的冰冻称为冰塞。

因结冰堵塞,水沟地下排水困难,使水沟(管或槽)冻裂破损,衬砌周边因水结冰而冻胀,致使隧道内各种冻害接踵而来。

2.衬砌发生冰楔隧道衬砌背后与围岩之间若有空隙,则渗透岩层的地下水就会在排水不通畅时积在衬砌与围岩之间结冰冻胀,产生冰冻压力,再传递给衬砌。

经缓慢发展,常年积累冰冻的压力像楔子似的,使衬砌发生破碎、断裂、掉块等现象。

3.围岩冻胀破坏隧道修筑在不良地质地段,如果围岩层面及结构内含水多,冬季就易发生冻胀破坏,主要表现为如下方面。

①隧道拱部衬砌发生变形与开裂。

拱部受冻害影响时,拱顶下沉内层开裂,衬砌开裂严重时尚有错牙发生,拱脚变形移动。

冻融时又有回复(留有残余裂缝),多次循环危及结构安全。

②隧道边墙变形严重。

边墙壁后排水不畅,积水成冰,产生冻胀压力,造成拱脚不动,墙顶内移,有的是墙顶不动,墙中发生内鼓现象,也有墙顶内移致使断裂多段。

③隧道内线路冻害。

线路结构下部无排水设施,在地下水丰富地区,水在冬季冻结,道床隆起。

在水沟之处因保温不好,与线路一样有冻结,这样水沟全长也会高低不平。

冻融使线路和道床翻浆冒泥、水沟断裂破坏,水沟破坏后排水困难,渗入线路又加大了线路冻害范围。

季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温措施

季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温措施

季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温措施季节性冻土就是冬季冻结春季融化的土层,它主要受季节性的影响,我国季节性冻土区大约有513.7万平方千米的面积,占全国面积的53.5%。

本文对这一类型的白音察干至永泰公段高速公路隧道工程,冬季施工防寒保温的措施进行详细讲解,提出了相关技术难点,从这些难点上克服困难,最后总结出有效的技术措施,希望能够给施工部门带来更可贵的技术经验。

标签:季节性冻土区;隧道冬季施工;防寒保温目前,修筑公路、铁路工程,大多需要建造隧道用来更好的通车。

由于低下隧道气温低,施工作业能力需要高,所以其中的防寒保温措施的使用也是非常重要的。

我国内蒙古地区的公路白音察干至永泰公段高速公路隧道施工存在这样的技术难点,我们就以此工程的施工现状为主讲述其防寒保温的技术特点与措施。

一、季节性冻土地区隧道冬季施工防寒保温难点(一)能源消耗增大白音察干至永泰公段高速公路地处内蒙高原,属典型的温带大陆气候,日照强烈、气候干燥而少雨,且降雨量集中主要分布在7-9月份,暴雨多、年降雨量在150-350mm,盛行西北风,季节温差大,日温差大,最低气温-32.8℃,由于对此项工程的冬季施工需要的防寒保温工作时间长、用料多的特点,无论是用锅炉还是其他方式,都要保证机械、人员生存在一个温度相对较为适宜的环境中,所以长时间的消耗能源,对煤炭、水、电的使用量不断增加,造成施工成本也随之增长。

在锅炉使用中,其额定功率必须满足冬季施工的中、后期有效使用率的60%~80%,这就造成锅炉使用时长不断增加,能源浪费较为严重的现象出现。

(二)防寒保温覆盖面小冬季隧道施工作业,必须保证混凝土施工、洞内和洞口、洞外供水管和排水管、施工人员及机械设备都得到有效的防寒保温的支持,但是目前来看,一旦冬季施工作业开始,随着工程时间不断延长,施工范围的不断增加,导致防寒保温工作面也随之扩展,顾忌不到的地方有很多,各个区域温度不尽相同,甚至会出现较多区域因无法获得正常温度而停工的现象。

寒区隧道洞口工程施工

寒区隧道洞口工程施工

寒区隧道洞口工程施工寒区隧道洞口工程施工是在严寒地区进行的一项重要工程,由于寒冷气候的影响,寒区隧道洞口工程施工面临着许多特殊的困难和挑战。

本文将介绍寒区隧道洞口工程施工的一些关键技术问题及其解决方案。

一、寒区隧道洞口工程施工的困难1. 冻土问题:寒区隧道洞口工程施工地区的冻土层对施工造成了很大的困扰。

冻土层的融化会导致地基的不稳定,给隧道洞口工程施工带来很大的风险。

2. 保温问题:寒区隧道洞口工程施工过程中,保温是一个重要的问题。

由于低温的影响,混凝土的凝固速度会减慢,影响施工进度。

同时,低温还会对施工设备造成损坏。

3. 施工人员的生活保障:寒区隧道洞口工程施工地区气候恶劣,施工人员的生活保障是一个重要的问题。

如何保证施工人员的生活质量,提高他们的施工效率,是一个亟待解决的问题。

二、寒区隧道洞口工程施工的解决方案1. 冻土问题的解决:针对冻土问题,可以采用预热法、冻结法、换填法等方法来处理冻土层。

预热法是通过在地基中布置预热管道,提前对地基进行加热,使冻土层提前融化,从而达到稳定地基的目的。

冻结法是通过在地基中布置冻结管道,将地基中的水分冻结,形成冻结墙,从而达到稳定地基的目的。

换填法是将冻土层挖除,用砂石等材料进行换填,从而达到稳定地基的目的。

2. 保温问题的解决:针对保温问题,可以采用以下措施:提高混凝土的温度,采用加热棒进行搅拌,保证混凝土的凝固速度;对施工设备进行保温,采用保温套、保温毯等材料对设备进行覆盖,防止设备受冻;对施工人员进行生活保障,提供暖房、暖气等设施,保证他们的生活环境舒适。

3. 施工人员的生活保障:针对施工人员的生活保障问题,可以采取以下措施:提供足够的住宿和生活设施,确保施工人员的居住环境舒适;提供热饭、热水等生活保障,保证施工人员的饮食和生活需求;定期进行健康检查,提供医疗保障,确保施工人员的身体健康。

综上所述,寒区隧道洞口工程施工面临着冻土、保温以及施工人员生活保障等困难。

寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究

寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究

寒区隧道冻害形成机理与抗防冻设计探究1 引言高寒区的公路铁路隧道因受独特的气候影响,在施建及营运过程中除常规性病害之外还有衬砌开裂、酥碎、剥落、顶部及边墙挂冰,底部滴水、洞门墙开裂及洞口热融滑塌等特殊病害形式。

这些冻害使得隧道衬砌遭受不同程度的损伤与劣化,且出现的挂冰、冻胀侵入建筑限界而危及行车安全,不仅造成较大的安全隐患,也降低了隧道的使用功能。

在我国北方地区由于较大差异的温差现象引起隧道围岩间液体的冻融循环,冻胀变形对围岩及隧道结构产生不可逆的损伤性,并加剧围岩缩胀、损伤、开裂等一系列物理变化及可能的化学,使得围岩失稳及隧道冻害现象显著出来。

2 主要冻害现象分析对高寒区大量隧道冻害实例进行调查分析,可将寒区隧道冻害现象分为五类:①衬砌漏水、挂冰;②衬砌开裂、酥碎、剥落;③洞门墙开裂;④隧道底部冒水、积水、冻胀;⑤隧道洞口处热融滑塌。

(1)衬砌漏水、挂冰在排水系统不通畅的情况下,围岩内的地下水或融冰水由隧道衬砌向内渗漏。

渗漏水量的大小和出水点的位置不固定,随年降水量的变化而变化。

渗漏水量及位置随衬砌后背储蓄蕴含量及衬砌质量有关,一般说来,衬砌后背水量充足衬砌质量越差则渗漏量越多,且主要在施工缝或混凝土含蜂窝及麻面的地方渗漏。

在温度在冰点之下时渗漏水凝固成挂冰,主要集中于拱顶部位。

(2)衬砌开裂、酥碎、剥落衬砌裂缝形态可分为环向、纵向及斜向三种形式。

衬砌产生裂缝的原因除围岩情况、混凝土质量、结构类型和施工影响等因素相关外,由于冻土地区气温的日较差及年较差都很大,衬砌所产生的温度应力与冻胀力是寒区隧道衬砌开裂最主要的原因。

隧道衬砌环向开裂是垂直轴向的衬砌开裂,是寒区隧道出现冻害特性,其环向裂纹的形成及发展与地质关系往往不是很大,主要是集中于施工缝上。

这些裂缝虽然对隧道衬砌结构的受力影响不大,但当其数量增多时为地下水渗漏提供了通道,且也导致衬砌受风化剥蚀作用也更为强烈。

(3)洞门墙开裂隧道洞門墙的开裂,在隧道工程中较为普遍存在,但在寒区出现得具有其特性,隧道洞门墙产生开裂最主要的原因是温度应力的影响。

关于东北冻土区路基施工中的一些要点

关于东北冻土区路基施工中的一些要点

关于东北冻土区路基施工中的一些要点———浅谈如何解决冻融冻胀问题1 冻土介绍北黑高速处于东北寒冷地区,所经冻土区域较多,随着施工的深入,我们难免要遇到和考虑冻土这样的地质地貌。

针对冻土地区对路基施工的影响和危害,我们不仅要高度重视,还要充分认识冻土这种地质构造,对路基施工所产生的影响,积极总结施工经验和合理的施工方法。

就冻土而言,直观上我们可以理解季节性冻土和多年冻土,即常年伴随大气温度改变而融化的冻融层为季节性冻土,而自然因素不可以影响到融化的冻层为多年冻土层。

而根据冻土面积所占区域的比例,我们仅把冻土区分为连续冻土区( 冻土面积> 80%) 和岛状冻土区( 冻土面积< 80%) 。

当然根据含水率、土质类别、融化后潮湿积度和融沉性又可将多年冻土分为少冰冻层、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土、含土冰层,暂不缀述。

季节性冻土可以随着施工方法可以消除影响,所以对路基产生危害的主要是多年冻土。

2 冻土的危害形式和影响因素多年冻土的危害主要有冻胀和沉陷两种,冻胀即为水份冻结成冰产生的体积膨胀。

主要影响因素有土质﹑水份温度。

冰度层厚度冻结速度,当温度和土质一定的时候,水份是影响冻胀力的主要因素。

所以,施工中要注意减小填筑材料的含水率,可以减少冻胀对路基的影响。

当水份和温度一定时,土质的颗粒组成和冻胀力有密切关系。

不同土质的冻胀温度也不近相同,但纯净的粗颗粒土尽量处在不充分饱水条件下也几乎不产生冻胀,由此说明,我们在施工中选择适当的回填材料,对减少冻胀的影响也很重要,经前人多年的施工经验总结,为了保证道路结构层中的自由水及时排除,并满足防冻的要求,在水温条件不好的地段( 湿、中湿地段) 砂砾是最理想的填筑材料。

路基的冻胀不均匀,可以使沥青路面开裂﹑不平。

使混凝土路面出现错台。

综上所述,预防冻胀,我们可以从回填材料、含水率﹑填土高度等方面采取措施加以治理和预防。

沉陷又分为热融沉陷和压力沉陷,由于自然或人为因素的影响,改变地面湿度状况,引起融化加深,致使多年冻土层发生局部融化,导致融化土层在土体自重和外压力( 行车荷载) 作用下,产生沉陷,此现象称为热融沉陷。

季节性冻土对建筑物的影响及其防治措施

季节性冻土对建筑物的影响及其防治措施

季节性冻土对建筑物的影响及其防治措施摘要:我国北方地区有较长的寒冷季节,冻土分布广泛,使得冻土成为冬季建筑物施工的重要影响因素之一。

本文分析了冻土产生冻胀力的原因及其对建筑物造成的危害,并探讨了针对冻土危害的防治措施。

关键词:季节性冻土、危害、防治措施1、前言冻土是指温度在0℃以下,含有冰的各种岩石和土壤。

按照冰冻的时间长短分为季节性冻土和多年冻土。

季节性冻土是受季节影响,呈周期性冻结融化的土,并且在地面以下有一定深度,其上部往往受季节的影响,冬季冻结,春夏融化。

尚小云大剧院地处河北省南部,冬季比较寒冷,且尚小云大剧院紧邻南宫湖,呈三面环湖状,南宫湖的侧向补给水量大,地表层滞水丰富,极易在寒冷季节形成冻土。

其地基基础的施工必须考虑防冻胀问题,并做出相应的防冻措施。

2、冻土的冻胀性在寒冷地区并不是所有土类都存在冻胀,而主要是细粒土,尤其是粘性土,冻胀性最为突出。

粘性土产生冻胀的原因,不仅是由于水分冻结时体积增大1/11,更重要的是在冻结过程中,它还能把周围没有冻结区的水分吸附到冻结区(即迁移集聚),使冻结区水分源源不断地增加,冰晶体不断扩大,形成冰夹层,土体随之逐步膨胀,一直到水源补给断绝才会停止。

显然,在冻结过程中,水分自非冻结区向冻结区迁移的原因,是与粘性土中存在结合水及其迁移的特点有关。

但是,到目前为止,其中的奥秘人们还不是很清楚的。

粗粒土的冻胀性是微不足道的;细砂土即使含水量较高,也只表现轻微的冻胀现象。

粉砂中粘粒含量很少时,结合水的冻胀危害也是很小的。

当粉砂中粘粒含量较多时,有一定的结合水膜,其冻胀性与粘性土相似。

粘性土含水量接近塑限ω,才开始冻胀,即超过塑限的那部分含水量(主要是弱结合水)才能够构成冻胀性。

3、冻土对建筑物造成的危害土壤中的水分在冰冻过程中,体积会增大,产生冻胀力迫使土粒发生相对位移,这种现象称为土的冻胀。

冻胀土到了次年的春夏,冰层会融化,体积会变小,造成地基沉陷,这种现象称为融陷。

寒区隧道主要病害成因及处治措施

寒区隧道主要病害成因及处治措施

寒区隧道主要病害成因及处治措施摘要:针对山西省某寒区隧道的主要病害情况,结合当地气象水文地质情况,分析了隧道衬砌裂缝和渗漏水原因,提出了裂缝凿槽注浆补强、嵌入工字钢法和U型导管槽等处治措施,为寒区隧道主要病害的处治提供参考。

关键词:寒区隧道;隧道病害;处治措施我国寒区面积占国土面积的43.5%[1],由于特殊的自然环境影响,地下水随着季节的周期性变化产生反复冻融循环作用,寒区隧道的主要病害有两种类型:渗漏水(包括冻害)、衬砌结构裂损病害。

衬砌裂缝及渗漏水病害造成多方面的危害:(1)影响隧道正常使用寿命:衬砌裂缝为渗漏水提供路径,使得渗漏水中氯离子、硫酸根离子长期侵蚀衬砌结构,降低了衬砌结构的耐久性;衬砌对围岩的支护能力减弱,不能有效支持和维护隧道的稳定,降低了衬砌结构的安全性。

(2)影响隧道行车安全:拱墙上悬挂冰柱、冰棍;在隧底,易形成冰坡、冰锥,易造成行车打滑;渗漏水会使路面积水甚至结冰,降低了轮胎与路面的摩擦力,恶化行车环境,威胁行车安全[2]。

1工程概况隧道建成于1997年,全长1868m,最大埋深211m,穿越III、IV、V 类围岩(对应《设计规范》中IV、III、II级),为一级汽车专用公路,单向两车道隧道,隧道设计速度60km/h,隧道限界宽为9.60m,隧道设计横断面组成为(1.10+0.5+3.75×2+0.50)m。

建筑限界高度为5m,隧道设计双侧检修道。

隧道通过地质主要为奥陶系中统马沟组,以石灰岩为主的碳酸盐系,中厚地层,其次为白云质页岩,呈灰层状产出,中薄层;岩层平缓局部纵向,节理的主导方向为南北向,间距为0.2~1.5m。

地下水通过围岩裂隙作用,围岩中的地下水汇集到隧道周边。

隧址所处环境为温带大陆性季风气候,气候寒冷,年平均气温7.4℃,元月最低温度-9℃,极限最低温度-25℃。

年平均降水量450mm,无霜期年平均值130d。

最大冰冻深度1.25m。

2隧道病害情况经隧道土建结构定期、专项检查发现隧道砌裂缝51条,其中横向18条,占裂缝总数35.3%;纵向30条,占裂缝总数58.8%;不规则圆形2处,占裂缝总数3.9%;网状1处,占裂缝总数2.0%。

寒区隧道防寒抗冻设计应用

寒区隧道防寒抗冻设计应用

寒区隧道防寒抗冻设计应用摘要:阿尔格勒特山隧道是目前北疆地区唯一的一条公路隧道(在建),结合该地区的自然地理条件,确定防寒抗冻设计是该隧道设计中的重点,也是难点。

本文分析总结了目前国内外的公路隧道防寒抗冻设计的最新进展,并结合本项目的自身特点,提出了该隧道的防寒抗冻措施。

关键字:寒区隧道防寒抗冻冻胀力保温层一、引言冻害是寒冷地区隧道的常见病害,很多已建成的寒区隧道都发生了衬砌开裂,剥落,挂冰,路面冒水,结冰等病害。

由于近年来,国家对基础设施建设持续大规模投资,大量的寒区隧道不断建成,如何在这些隧道中采取有效措施,避免冻害的发生,是寒区隧道修建中需要解决的首要问题。

寒区隧道修建的技术问题比一般地区要复杂的多,其中一个关键问题是这些隧道一般要受到季节性冻融、冻胀作用的影响:当温度降低,使岩体温度降到冰点以下时,岩体孔隙水和外来补给水便冻结成冰,体积增大,产生对隧道结构起加载作用的冻胀力;而当温度回升时,岩体中的冰消融,出现融沉现象,造成对隧道结构的卸载,这种周期性的加载-卸载作用将造成隧道结构的破坏。

二、常用措施1、提高衬砌结构自身的抗冻能力,包括提高混凝土标号,增强衬砌混凝土的抗渗性,使用钢筋混凝土,增大衬砌厚度等措施,旨在提高隧道结构自身的抗冻害能力。

2、对隧道采取保温或供热措施防冻,主要有以下三种措施:(1)供热法:前苏联隧道供暖有的采用管式电力加热器;挪威在隧道排水系统中设置加热电缆;有些地方甚至利用地热水或蒸汽对水沟经行加温。

我国甘肃七道梁隧道采用了燃煤锅炉暖气供热。

这种方法简单有效,但是管理复杂,运营成本高,不适合大范围推广。

(2)防寒门法:在隧道进出口安装防寒门,以此来隔断隧道外冷空气与隧道内热空气的交换,从而达到保温的目的。

这种方法在铁路隧道应用较多,因为铁路运输时间相对固定,门开启的次数少而且有规律,对于行车密度较大,且需要通风的隧道明显不适合。

(3)敷设保温材料法:即将隧道衬砌表面敷上绝热材料以尽量防止地热的放出或外部热量的侵入,借以保持隧道衬砌表面的温度不致降到冰点以下或是防止多年冻土的融化。

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北方寒区季节性冻土对隧道工程的影响发表时间:2018-09-18T16:19:37.420Z 来源:《基层建设》2018年第26期作者:方贞[导读] 摘要:季节性是影响施工安全、进度和质量的主要因素之一,因此在施工过程中应采取一系列的技术措施和管理措施来降低其影响。

中建二局第三建筑工程有限公司湖北省武汉市 430000摘要:季节性是影响施工安全、进度和质量的主要因素之一,因此在施工过程中应采取一系列的技术措施和管理措施来降低其影响。

冬季施工是保证工期的必要选择,我国北方寒区冬季施工亦在逐渐增多,所以探讨北方寒区冬季施工的特点、安全处理措施是很有必要的。

关键词:北方寒区;冬季施工;隧道;安全措施一、寒区冬季施工特点及主要问题寒区冬季施工特点:(1)冬季施工受施工条件和环境的不利影响,是各种安全事故的多发期。

(2)隐蔽性、滞后性。

冬季发生质量事故往往不易察觉,到春天解冻时,一系列质量问题才暴漏出来,因而会对质量事故的处理带来很大的难度,同时也会埋下安全隐患。

(3)冬季施工的计划和准备时工作时间必须充分。

如果准备时间不足,仓促施工,技术要求复杂,往往会诱发工程安全事故的发生。

寒区冬季施工主要问题:(1)季节性冻土影响边坡稳定。

(2)季节性冻土影响隧道围岩稳定。

二.季节性冻土对边坡稳定的影响2.1水分迁移对边坡稳定性的影响对于土质边坡,冻结土表面随着温度升高逐渐融化,使土体含水量升高,抗剪强度降低,下层土体为一个近似不透水的冻结层,因此上层融化的水不能流入下层土体,只能沿交界面运动,形成流体状态的土,严重时会造成融冻泥石流和热融塌方等地质灾害。

季节性冻土区土坡由于土的蠕变特性,安全度随时间降低,同时边坡安全系数随边坡土体的温度升高也不断降低,土体的流变性随含水量的增加而增加。

2.2冻融循环对边坡的影响(1)冻融循环对岩质边坡的影响在冻融交替作用下,季节性冻土区边坡稳定性将会受到影响。

岩石边坡长时间冻融作用下主要表现为表层崩塌的破坏模式。

岩石边坡发生破坏主要是由于内在因素和外在因素互相影响的结果,前者表现为地形地貌、工程地质等,后者表现为降水、热融变形以及冻融影响等。

根据岩石冻融破坏原理,研究表明片落模式和裂纹模式是岩石发生冻融破坏的基本模式。

另外,含水率的大小对岩石冻融损伤有重要影响,水分迁移引起的冰分凝增加对岩石冷生风化有很大程度作用。

大量研究试验结果证明,岩石经过反复冻融后其抗压强度和弹性模量存在一定程度的降低,试样中旧有的裂隙明显加宽并诱生新的裂隙。

严寒的冬季常很少发生岩石崩塌现象,主要是因为低温条件下岩石强度和常温状态下相比要强,而且地下水和地表积水的渗流活动在低温情况下都受到约束。

进入融化期间,岩石崩塌由于积雪及冻结岩石的融化常易发生。

该阶段岩石边坡主要是表层发生破坏。

这种作用在含水率高、存在大量软弱结构面的岩体中表现尤为显著。

当岩石边坡表层发生冻结使地下水位上升时,裂隙表面水压力作用增强,从而引发边坡滑坡易造成较大规模的破坏。

与空气接触的岩石边坡,当边坡表层在气温降到零度以下时变成冻结面。

随着温度持续降低及作用时间延长,冻结面具有向内部延伸的趋势,由于水分的聚流作用向冻结面发生移动,边坡内部水分在裂隙面或空隙间向冻结面发生移动,使冻结面含水饱和度大大增加。

当饱和度达到一定范围时,液固变换的膨胀力大于岩石抗拉强度,产生的岩石裂缝使岩石承载强度下降。

综上所述,边坡的稳定性在冻融循环长时间作用下将引起滑塌,同时由于地质和地下水等的相互影响将引发更大范围的边坡破坏。

(2)冻融循环对土质边坡的影响在冻融循环作用下,土体的物理和力学性质将发生四个方面的以下变化:①渗透性,在岩土工程、土壤学和水力学等学科领域关于冻融对岩土渗透性作用的研究很多。

此外冻融使土的结构性发生改变,从而使其在垂直方向渗透能力变大。

②密实度,冻融会增大其孔隙比而使其密实度降低。

③含水率,在冻融期间水分向相变交界面周围移动,冻结土在夏季的融化与多年冻土上限周围地下冰的生成密切相关。

④力学性质,在较少冻融循环下,其变形模量会有大范围的减小,伴随细粒增多减少程度越大。

因此,冻融循环造成变形模量降低。

常认为冻结发生过程中土体密度以及土体结构性的变化造成土体强度的增大降小。

冻融过程中含水量与强度呈负相关。

在夏季,集中降水坡体含水量增大;常年冻融循环作用下,水分迁移使边坡上层土体含水量增多。

而土体的渗透性在冻融发生过程中变大,使得大量水分迁移到边坡,上层土体处于饱或过饱和状态,尤其新幵挖的人工边坡表现明显。

在各种因素综合作用下,多年冻土土质边坡稳定性降低。

2.3季节性冻土地区边坡失稳的类型边坡失稳按照其成因可以归纳为以下四种类型:(1)蠕变型滑坡冻土区的特殊性是冰以及冰一土胶结结构形成了冻土蠕变变形的特征。

在低应力情况下,边坡岩土体即具有蠕变行为,不论边坡的陡缓均可能具有蠕变变形。

高富冰区的冻土是非衰减蠕变,周期性蠕变作用导致边坡失稳。

另外,由于孔隙间水气冻化凝结形成的粒状冰,融解水渗流过程中结冻成冰透镜体,因此在多年冻土区边坡工程中,含有较为发育的土夹冰层、饱和冰和富冰冻土层,甚至部分地区在粗碎岩体积聚内部填充有地下冰。

含冰量越多,边坡就具有较强蠕变性。

边坡产生变形主要包含两阶段。

第一阶段是冻结时边坡土体沿坡面垂直方向隆起,融沉时沿法线方向降落而顺下坡发生移动;第二阶段是处于融化期的季节融化层在自重影响下沿顺坡方向的流变以及蠕变发育过程。

(2)冻结滞水型滑坡在适合环境下,边坡表层土体发生冻结时,促使边坡内部地下水不断富集和伸展,边坡的冻结滞水效应使岩体抵抗强度减小、静水压力及动水压力升高等,边坡的整体稳定性降低,变形破坏的加速促发滑坡产生。

冻结作用作为外动力因素加速冻区边坡整体变形并引发滑坡发生。

其作用特殊性主要是坡体冻结使地下水的渗流状况改变,坡体地下水逐步富积,坡体含水量增大、软化区域扩展、减小强度以及动静水压力增大,使边坡整体稳定性减小。

“季节性冻结滞水促滑效应”产生的必备因素就是地下水脉状分布状态和泉眼的排泄方式。

季节性冻融循环促使边坡整体变形加快,在寒区边坡发生滑塌的情况普遍性明显,具有在时间上的周期性往返性和积累性损坏的特征。

对冻融循环期滑坡工程地质灾害多发的特征,针对冻融作用剧烈的区域应加大危险边坡的监控量测工作,对治理发生滑坡灾害具有重要的现实意义。

此类滑坡治理技术中的防排水方法应保障冻融期使坡体的地下水能够顺利排出。

(3)融冻泥流融冻泥流是多年季节性冻土区冷生地貌形成途径之一。

在寒冻期冻土层扩展,风化作用、冻胀力、冻裂、冰锥体得以发育;在春暖期冻土层逐步退化,阻碍了上述因素影响,而热融化、泥流融冻、热侵烛等方面进一步扩展。

融化时节也是西部地区的年降雨量丰富的时期,促进寒区融化层的发展成形。

大部分降水一部分通过边坡排水沟排出,一部分渗流进周期性融化层,促使融化层自然湿度增大,使其达到或超过流塑状态,为融冻泥流的发育和形成创造了有利的环境。

同时长期暴露于空气的地表堆积物,在外部力作用下使土粒变细,为融冻泥流的发生创造较为有利的环境。

(4)热融滑塌冻结土中地下冰的融化是造成热融滑塌的主要因素,其常常存在于厚层及透镜状冻结冰的埋藏区域,所以在山间盆地、山谷及缓坡山地地带常见。

热融滑塌主要是岩土边坡透镜体地下冰在人类活动或自然状态下,其热量相对平衡状态受到破坏,促使地下冰发生融化,从而在自重影响下滑坡体顺地下冰顶面产生位置移动的过程。

滑坡体发生厚度有限,但具有较大发育规模,发育速度快,对滑坡后缘极易产生侵蚀、植被破坏和水土流失,破坏性极大,地质原貌环境难恢复。

此外,长期冻融循环使岩体损伤加快扩张,大幅减小岩体强度,最终导致崩塌。

所以,该处的冻融滑坡主要是对岩质边坡而论。

质硬且节理裂隙发育的岩石,如花岗岩、石灰岩、玄武岩及粗粒火成岩等,对风化影响极敏感,岩体发生崩解形成大粒径的岩块。

岩体作为一种自然损伤材料,长期性的冻融循环对含水量高且强度低的岩质边坡,将造成滑塌和失稳破坏。

三.季节性冻土对隧道围岩稳定性的影响3.1 未冻土体转化为冻土体时体积膨胀在冻土的形成过程中,当温度降低到土体的冻结温度以下时,水分向正在冻结的土体中迁移并发生相态变化,体积增大9%,当此温度持续或继续降低时,土体中的液态水大部分转变为固态水,相态变化逐渐缓慢直至消失,在这个过程中,土体中的液态水凝固并以冰的形式填充到土颗粒间隙中,当土体中水相态变化的体积膨胀足以引起土颗粒之间的相对位移。

从而导致隧道围岩变形,严重时导致隧道失稳。

3.2 未冻土体转变为冻土体物理力学性质的改变冻土的强度和变形特性与未冻土的最大差别在于冻土中冰的存在,冻土的力学特性一定程度上取决于冻土中冰的力学特性。

冰的强度随温度的降低而增加,随冰晶结构构造的变化而变化,随应变速率的增大而增大,在破坏类型上表现为由塑性向脆性的转变。

冰的这些力学特性导致了冻土具有与之类似的一些力学特性并使冻土相对于未冻土体表现出较大的物理力学性质上的差异。

通过以往研究经验和室内模型实验,冻土的抗压强度和抗剪强度相对于未冻土体有较大的提高。

这也是导致冬季施工工程事故隐蔽性和滞后性的原因之一。

冻土承载力较高,春融时围岩承载力降低,从而导致工程事故突显。

四.结论隧道冬季施工成为保证工期的重要选择,不仅仅增加了施工的成本,同时对安全施工提出了很高的挑战。

无论是边坡还是隧道围岩,造成稳定性影响的决定性因素都是水,所以治理水是保证冬季施工安全的关键。

4.1边坡水的治理(1)边坡地表水的防治。

地表排水主要是防止边坡(主要是不稳定边坡地段)外的积水进入存在病害的边坡内,并将病害边坡内的积水清除,而且通过引流或排水专道将地表水引走。

通常危险边坡外的水排除原则是阻栏和侧引,滑体内的水排除原则是阻渗、集中引流。

所以工程施工时常在危险边坡外布置多条环形截水沟,通过栏、截、引方式使地表径流不进入滑体范围内;在危险边坡内采用天然沟洼将排水系统设置成枝状。

存在湿地和水出露的危险边坡需建造渗沟或明沟等排水设备,减小对危险边坡的作用。

(2)边坡地下水的防治。

地下水是影响边坡安全稳定性的因素之一。

若产生变形的边坡内存在大量水,则会产生动水压和静水压,必须釆用地下排水来降低压力的作用,保证边坡的稳定。

根据边坡内地下水分布情况、补给条件、含水带厚度和地质水文条件,常采用截、排、疏和降低地下水位等方法。

若是坡的上方或一侧方向的地下水,建造栏截止水幕墙、盲洞、栏水盲沟等此类排水的措施。

若边坡内产生地下水,需利用渗水沟或多层排水孔(水平)等排水设备,前者是引出滑坡前缘土体中的水,后者排出边坡内深部的水。

(3)边坡防排水综合措施。

仅仅靠工程设计来进行边坡防排水远远不够,还应结合沿线水文地质条件、不同土质岩性、坡度、高度以及当地气候特征,适当培植各种植物与工程相结合的对策进行治水综合防护,这样才能保证沿线边坡的稳定。

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