冻胀性评价
基于模糊层次分析法的膨胀土冻胀性评价
基于模糊层次分析法的膨胀土冻胀性评价徐丽丽【摘要】膨胀土冻胀性评价的准确性不仅影响着工程能否正常运行,也是工程安全性的重要保证.文章对膨胀土的冻胀性评价方法进行研究,采用模糊层次分析法建立膨胀土的冻胀性评价模型,从颗粒级配指标、物理性质指标、膨胀性指标、冻胀性指标等方面,选取5个评价因子,进行定量评价,评价结果与实际吻合,证实模糊层次分析法用于膨胀土的冻胀性评价是可行的、准确的.【期刊名称】《大坝与安全》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】7页(P47-52,61)【关键词】模糊层次分析法;膨胀土;冻胀性评价【作者】徐丽丽【作者单位】黑龙江省水利科学研究院,黑龙江哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】TV431膨胀土问题是当今工程地质学和岩土力学领域中最复杂的世界性研究课题之一。
目前国内现行的规程、规范对膨胀土或冻土都制定了相应的分类方法，但是没有针对膨胀土冻胀性的分类方法，导致寒区水利工程建设中对膨胀土的考虑不足。
因此，在勘察、设计中，最先遇到和最迫切需要解决的问题就是膨胀土的冻胀特性分级问题，即将工程性质基本相近的膨胀土划为同类，工程性质相差较大的划为不同类属，以便为工程的设计和施工提供合理的参数和科学依据。
我国现行规范中，GB/T 50662-2011《水工建筑物抗冰冻设计规范》是根据土中粒径小于0.075 mm的土粒质量占总质量的百分比作为冻胀性土的判别标准，并且根据地表冻胀量或地基土冻胀量进行冻胀分级[1]。
GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》、JTG D63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》、TB 10035-2006《铁路特殊路基设计规范》、JGJ 118-2011《冻土地区建筑地基基础设计规范》是根据土的名称、冻前天然含水量、冻前地下水位至地表距离、平均冻胀率进行冻胀分级[2-5]。
《膨胀土地区建筑技术规范》是根据土的自由膨胀率进行膨胀性分类的[6]。
某寒区铁路隧道衬砌冻胀力分析
１ 冻 胀力 计算 方法
冻土既不是理想 的弹性材料 ，也不是理想 的塑 性材 料 ， 而是应变硬化或软化 的弹塑性材料 ， 且静水压力及主应力影 响着屈服 与破坏准则 ， 塑性应变增量方 向一般也不与屈服 面 正交 。本文主要分析隧道围岩的冻胀 ， 因此 ， 分析 中将冻土体 视 为弹塑性材料来进行模拟 。在 已有温度场 的基础 上 ， 采用 间接耦合 的方法 ， 即把施工结束后最低温度场结果作 为温度 荷 载加到冻胀 结构上得 出围岩的冻胀对衬 砌结构 产生 的力 场结果 。
图 ４ 冻 胀 率 为 ００ ．６时
图 ５ 冻胀率为 ００ ．６时 隧道衬砌的最小主应力等值线图（ａ Ｐ）
隧道衬砌的最大主应力等值线图（ａ Ｐ）
从 图 ４和图 ５ 以看 出 ： 可 施工结 束后 ， 在冻胀 率为 ０ ６ ． ０
时昆仑 山隧道衬砌 Ｄ ９ ７ ６ ０断 面的最 大拉应力出现在拱 Ｋ ７＋０
凝土衬 砌被拉裂 。 Biblioteka 箱 ２ ／７ ２ｓ 惜
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００ ５时昆仑 山隧道衬砌 Ｄ ９７ ６０断面 的混凝 土衬砌 满 ． ３ Ｋ ７＋０
足结 构安全 的要求 ，在实际施 工中在最大拉 应力处适 当加
‰
图 ２ 冻胀率为 ０ ３ ． ５时 ０ 隧道衬砌 的最大主应力等值线Ｉ （ａ ￣Ｐ ） ｌ
图 ３冻胀率为 ００ ５时 ． ３
包兰线路基土冻胀特性试验分析
参 考 文 献 ［］ Ｇ １－ ２０ ， 路 路基 施 工 技 术 规 范 ［ ］ １Ｊ Ｆ０ ０６ 公 Ｔ ｓ． ［］ Ｇ ８／－ ２０ ， 路 工程 质 量 检 验 评 定 标准 ［ ］ ２ Ｊ Ｐ０１ ０４ 公 Ｔ ｓ．
况下 ， 为充 分压实 填石路堤 和提高 生产效 率 ， 石料 的 填
胀特性 。试验 结果表 明 ， 封 闭 系统 下冻胀量 随含 水量 的增 大 而增 长 ， 密 实度增 加 而减 少， 当冷端 在 随 且
温度 降低 至 一５ｃ 时冻胀量增 长显著 ； ＝ Ｉ 开放 系统冻胀 量远 大 于封 闭 系统 冻胀量 ， 且与初 始含 水量有 关。
关键词 ： 胀量 冻 含 水 量 密 实度 封 闭 系统 开 放 系统 中 图 分 类 号 ：１ ４ 文 献 标 识 码 ： １ ４５ Ｕ Ａ
上多达 １４处 ， 展５００ ｍ， ２ 延 ０ 多 冻胀 量 在２ ｍ以下 的 ０ｍ 达到 了近３ ｍ ０ｋ 。对铁路 运行安 全带来 严重威 胁 ， 严重 制约着 列车速度 的提升 。为 了有 针 对 性地 防 治 冻胀 ， 作者分别研 究 了含 水量 、 密实 度 和地 下 水源 所 形 成 的
李建 宇 ， 刘建 坤 ， 继彪 孙
（ 京 交 通 大 学 土 木建 筑 工 程 学 院 ， 京 １０ ４ ） 北 北 ００ ４
摘 要 ： 过 不 同 含 水 量 、 同 密 实 度 的 封 闭 系统 冻 胀 试 验 和 开 放 系统 冻 胀 试 验 ， 究 了 包 兰 线 路 基 土 冻 通 不 研
４ 由于填石材料 密度检 测工作 量大 ， 作不 方便 ， ） 操
［］ 治 ， 光 荣 ， 礼 彪 ． 硬 石 料 填 石 路 堤 修 筑 技 术 试 验 研 ３郑 漆 陈 坚 究 ［］公 路 交 通 科 技 ，０２ １（ ）１． ． Ｊ． ２０ ，９ ６ ：３１ ６
冻胀试验
目的和适用范围
土体在冻结过程中的冻胀变形量即为冻胀量
本试验的目的是
测定土冻结过程的冻胀量从而计算表征土冻胀性的冻胀率
本规程适用于原状的及扰动的粘质土和砂质土
仪器设备
仪器设备
试验装置由试样盒恒温箱和温控系统温度监测系统变形量测系
统补水系统及加压系统组成
试样盒由外径
温度监测系统由热敏电阻温度计数字电压表组成
的顶底板温度
监测试验
过程中土样顶底板温度和箱温变化
补水系统由恒定水位装置图
通过塑料管与顶板相连
水位应低于顶板与土样接触面
变形监测系统
百分表或位移传感器
量程
分度值
加压系统由加压框架和砝码组成
仪器设备的检定和校准
土样应按自然沉积方向放置剥去蜡封和胶带开启土样筒取出
土样
用切土器将原状土样削成直径为高为的试样称量确
定密度并取余土测定初始含水率
在有机玻璃试样盒内壁涂上一薄层凡士林放在底板上并放一
张滤纸然后将试样从顶装入盒内让其自由滑落在底板上
在试样顶面上放一张滤纸然后放上顶板并稍稍加力以使土
箱内温度为顶底板冷浴温度为
试样恒温并监测温度和变形待试样初始温度均匀达到
以后开始试验
底板温度调节到并持续让试样迅速从底面冻结然
后将底板温度调节到粘质土以砂质土以速度
下降保持箱温和顶板温度均为记录初始水位每隔记录水
位温度和变形量各次试验持续
试验结束后迅速从试样盒中取出试样量测试样高度并测定冻
柱与顶底板接触紧密
将盛有试样的试样盒放入恒温箱内试样周侧顶底板内插入
土壤冻胀特性的试验研究
〔收稿日期〕 2003-08-25土壤冻胀特性的试验研究张世银 汪仁和(安徽理工大学土木工程系)摘 要 通过对不同含水量、不同土样的冻胀试验,得出土壤的冻胀特性与土的含水量、饱和度、塑性指 数、冻结温度的关系,并进行深入地分析探讨。
关键词 冻胀 含水量 塑性指数 冻结温度 冻结法施工是岩土工程中的一种特殊有效的施工方法,这种方法首先应用在煤矿凿井,目前已在城建、地铁、桥墩锚锭等工程中应用,并掌握了一定的冻结特性和取得了许多成功的经验。
但人工冻结法在岩土工程中应用时,会出现冻胀和融沉现象,这些现象将对工程和环境带来不利的影响,在煤矿冻结法施工中,冻胀会造成冻结管断裂,如谢桥矿井筒在冻结段施工中,冻胀引起冻结管断裂造成淹井,同时岩土的冻胀会危害到附近管线及建筑物的安全。
所以掌握不同的土层以及相同的土层、不同的含水量所形成的冻胀特性,对人工冻结土的进一步安全应用具有实际意义[1,2]。
1 冻胀特性试验内容与方法(1)土样采用不同的粘土层和砂层进行试验,试验严格执行《土工试验方法标准》G B/T50123-1999标准,了解掌握冻胀与土样本身以及各种土样与含水量之间的关系[3]。
(2)取相同土样、相同含水量在不同的温度状态下以及相同的土样在不同的含水量状态下进行试验,试验时密封试样,使试样与大气隔绝,以免水份进入试样而引起含水量增大。
以求冻胀在不同的温度和不同含水量的状态下而变化的规律。
(3)采用粘土、粘土质砂、砂土等不同的土样经烘至恒重后再进行人工冻结,视其在干燥状态下是否存在冻胀。
2 试验结果分析2.1 试验结果根据以上试验方法试验结果如表1～3。
2.2 试验结果分析(1)冻胀量与含水量的关系:由试验结果表明表1 不同土样的冻胀率土样含水量/(%)饱和度/(%)塑限/(%)液限/(%)塑性指数冻胀率/(%)粘土19.4397254520 6.3粘土22.639621.540.519 6.64粘土26.9710018.538.520 6.68砂质粘土22.311002551267..51粘土22.821002754277.8中粗砂14.8581 4.64细砂18.0893 5.08表2 相同土样不同含水量的冻胀率土样含水量/(%)冻胀率/(%)砂质粘土5 1.3砂质粘土10 1.6砂质粘土12 1.7砂质粘土17 2.6砂质粘土20 2.8砂质粘土25 3.9砂质粘土30 4.6砂质粘土34 5.3表3 相同土样不同温度的冻胀率温度/(℃)冻胀率/(%)冻胀增量100-5 1.6 1.6-10 2.10.5-15 2.130.03-20 2.140.01(表2、图1),冻胀量与土样的含水量的关系特别明显,冻胀量随着土样含水量的增大而增大[4]。
混凝土材料的抗冻性评估
混凝土材料的抗冻性评估抗冻性是混凝土材料在低温环境下抵抗冻融循环破坏的能力。
混凝土在冬季或寒冷气候地区广泛应用，因此其抗冻性评估具有重要意义。
本文将探讨混凝土材料的抗冻性评估方法以及常用的抗冻性改善措施。
一、抗冻性评估方法1. 传统试验方法传统的混凝土抗冻性评估方法主要有低温冻融试验和抗冻添加剂试验。
低温冻融试验通过将混凝土试件置于低温条件下进行冻融循环，观察试件的抗冻性能变化。
抗冻添加剂试验则是在混凝土中添加某些具有抗冻性能的添加剂，通过对试验结果的对比来评估混凝土的抗冻性。
2. 数值模拟方法随着计算机技术的发展，数值模拟方法在混凝土抗冻性评估中得到广泛应用。
数值模拟方法可以通过建立混凝土的热学模型和力学模型，计算混凝土在冻融循环过程中的温度变化和应力分布，从而评估混凝土的抗冻性能。
二、抗冻性改善措施1. 优化配合比混凝土的配合比对其抗冻性有着重要影响。
合理的配合比可以提高混凝土的孔隙结构和密实性，降低冻融循环时的温度变化和应力集中程度，从而改善混凝土的抗冻性能。
2. 使用抗冻添加剂抗冻添加剂是提高混凝土抗冻性的有效措施之一。
常用的抗冻添加剂包括空气包结剂、冻融剂和防洪剂等。
这些添加剂能够改善混凝土的孔隙结构，减少冻融循环时的水膨胀和冰晶形成，提高混凝土的抗冻性。
3. 加强养护措施养护是混凝土抗冻性改善的关键环节。
在混凝土浇筑后，应加强养护措施，保持其湿润、避免过早脱模和水凝胶的形成，从而提高混凝土的抗冻性能。
4. 使用高性能混凝土材料高性能混凝土材料具有较高的抗冻性能。
采用高性能混凝土可以提高混凝土的抗冻性，并且具有更好的强度和耐久性。
三、结论混凝土材料的抗冻性评估是保证混凝土工程质量的重要环节。
通过传统试验方法和数值模拟方法可以对混凝土的抗冻性能进行准确评估。
为了提高混凝土的抗冻性，可以采取优化配合比、使用抗冻添加剂、加强养护措施和使用高性能混凝土材料等措施。
这些措施将有助于提高混凝土在低温环境下的抗冻性能，确保混凝土工程的安全和可靠性。
铁路路基冻胀模糊综合评判
Ｕ ＝ ｛，，． ｕ ， ４ １ ，６ １ ｕ ，， ｕ ，， Ｉ ｝ ／ ２ ｓ ｌ ／ ｔ ５
（） １
式 中， ，为 土 体 的 含 水 量 （ ） ｕ ｕ ％ ； 为 初 始 干 容 重 （／ｍ ） “ ｇｃ ￣ ；３为 冻结速 率 （ｒ ｄ ；， ｅ／）１ ａ ／ ４为地 下水 位埋 深 （ ；， ｍ） ／ ／ ５
国家规范 中对地基土冻胀性 的评价 ， 采用 的是分类法作 定性判断 ， 将地基 土冻胀性 划分为 不冻胀 、 弱冻胀 、 冻胀 、 强
条件 以及 土中盐分都会对冻胀产生影 响。 土中水 分的存在是产生冻胀 的首要条件。 当然 ， 不是 并
冻胀等几个类别。这种判 断方法 实际上 已经使用 了模 糊数
土体冻胀进行预测 。模糊评判模 型 ， 过主客 观赋权相 结合 的方 法确定 指 标权重 ， 路基实 例进行 冻胀 预测 分 通 对 析， 与实 际冻胀数据 比较 ， 评价客观 、 真实 、 有效 。为预报路基工程病 害、 进行工程改建 和整治设计提供服务 。
【 关键 词】 路基冻胀 ； 糊评判 ； 模 冻胀预测 【 中图分类号】 Ｔ ４５２ Ｕ７ ． 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章编号 】 １ １ ６６｛ ｏ ） — １ — ２ １ — ８４２ ９ １ ００ ０ ３ ０ ０ ０ ６
为 塑 性 指 数 （ ） “ 为 总 离 子 含 量 （ ｏ １０ 土 ） ％ ；６ ｍｍ ｌ ０ ｇ 。 ／ １３ ． 确定 预 报 指 标 集
中水分 、 土体 密度 、 中温度 、 土 温度梯度 、 荷载 、 外界水源补 给
混凝土冻胀测试标准
混凝土冻胀测试标准1.总则1.1 本标准采用水中浸泡法对试件进行慢冻试验，通过测定产生冻胀的时间表征混凝土的抗冻性。
1.2 SI单元内的数值作为标准值。
1.3 此标准为涵盖混凝土的所有安全性能指标。
使用此标准者可自行建立有关的安全性能指标，并在使用前确定这些指标的极限值。
2.参考文献2.1 ASTM标准C192 实验室混凝土试件配制养护标准C490 硬化水泥浆、砂浆、混凝土长度变化测试标准C682 应用冻胀值评估引气混凝土中粗集料抗冻性标准2.2 ASTM附录附录C671 2个应变框架详图，1个测点安装图，公制单位表3.意义及应用3.1 此标准适用于评价一定养护条件下混凝土的抗冻融性。
结果的实用性依赖于实际测试条件和实验室条件的相关程度。
3.2 此标准适用于评估标准C682中所述的混凝土中集料的抗冻性。
3.3 此标准还适用于混凝土耐久性的研发试验。
详尽的了解冻害作用下混凝土的长度变化可指导设计更加耐久的混凝土。
4.仪器4.1 冷浴容器具有足够的尺寸和深度，以便把试件完全浸入导硅油或煤油中.冷浴装置要保证足够的容积,从而保证煤油和浸泡的试件能够以2.8±0.5度/小时的速度均匀的从1.7度降到-9.4度.冷浴装置中还设有合适的温度数据记录设备.Note 1 使煤油达到饱和仅需很少量的水。
要避免水分过多引起水浴中结冰，用硅油替代煤油可减少气味和火灾隐患。
4.2 恒温水浴设置可完全浸没试件的可制冷水浴，配有温控装置，使试件在试验前和试验循环间隔时保持1.7±0.9度的温度。
4.3 应变测试和记录装置（note2）设置应变框架用意支撑冷浴中的试件并为应变测定校准方向。
应变测试装置的量程为万分之2左右。
note2 线位移转换器配有相应的电子控制和指示装置，保证测试结果稳定、灵敏和可靠。
输出端的多通道记录实用有效。
除了图2所示的记录系统，还可用数据采集器来驱动位移转换器并记录测试的温度和时间数据。
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3.5.2土体工程地质特征
工作区内以第四系全新统滑坡堆积(Q4del)成因的含碎石粉质粘土、粉质粘土为主，其上为一层黄土。
黄土：灰褐色、黄褐色，干～稍湿，主要由粉粒组成，表层含植物根系，干强度低，韧性低，结构松散。
本次勘查揭露黄土总体厚度1.5～9.4m，主要分布于滑坡体范围及周边区域。
粉质粘土：呈红褐色、灰褐色，硬塑状态，主要由粘粒和粉粒组成，表面稍有光泽，切面粗糙，韧性一般，干强度中等。
本次勘查揭露粉质粘土总体厚度3.5～5.8m，主要分布于HP01滑坡体中部。
含碎石粉质粘土：黄褐色，硬塑状态，主要由粘粒及粉粒组成，约含20%～35%的强风化基岩碎石，碎石粒径20mm～60mm。
表面稍有光泽，切面较粗糙，韧性一般，干强度一般，结构较致密。
无摇振反应。
主要分布于滑坡体土层中下部。
根据试验分析，黄土的天然含水率24.6%，天然密度1.93g/cm3，天然抗剪指标c值29.1kpa，φ值15.5°，粉质粘土的天然含水率24.8%，天然密度1.96g/cm3，天然抗剪指标c值30.5kpa，φ值15.4°，含碎石粉质粘土的天然含水率26.5%，天然密度1.97g/cm3，天然抗剪指标c值29.2kpa，φ值16.4°。
本地区处于祁连山脉以南，属于高寒区，标准季节冻土深度1.84m，区域地下水埋藏深，季节性冻土内土层含水量低，一般呈干燥或稍湿，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）附录G中表G.0.1，并结合该滑坡群土体实验数据，得出区域土体冻胀性为不冻胀～弱冻胀，冻胀等级为Ⅰ级～Ⅱ级。
季节性冻土对建筑物基础影响不大。
表3-3 地基土的冻胀性分类
土的名称冻前天然含水量ω（%）冻结期间地下水
位距冻结面的最
小距离hw（m）
平均冻胀率η（%）冻胀等级冻胀类别
粘性土
ω≦ωp+2
>2.0
η≦1.0
Ⅰ不冻胀
≦2.0
Ⅱ弱冻胀
ωp+2<ω≦ωp+5>2.0 1.0<η≦3.5
≦2.0
Ⅲ冻胀
ωp+5<ω≦ωp+9
>2.0
3.5<η≦6.0
≦2.0
Ⅳ强冻胀
ωp+9<ω≦ωp+15
>2.0
6.0<η≦12.0
≦2.0
Ⅴ特强冻胀
ω>ωp+15不考虑η>12.0
1。