【担保 网站】 土的冻胀

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[拼音]:tu de dongzhang

[外文]:frost heave of soil

土中水冻结引起的土体膨胀现象。在天然情况下,土的不均匀冻胀可形成冻胀丘(见冰缘地貌)。土的冻胀产生极大的冻胀力。冻胀具有不均匀性,使建造物产生不均匀变形,这种不均匀变形一旦超过允许值,建造物就被破坏。

型别

有3种:

(1)一次冻胀,指分凝成冰面(见冻融时水分迁移)与冻结面一致时产生的冻胀,在自然界不多见。

(2)二次冻胀,指分凝成冰面与冻结面之间相隔一个冻结缘时产生的冻胀,在自然界最普遍。

(3)三次冻胀,由冻土中水分重新分布引起的冻胀,在自然界普遍存在。

影响因素

主要取决于土、水、温和力 4个因素。

(1)土的条件。包括土的粒度成分、矿物成分、化学成分和密度等,其中最主要的是土的粒度成分。大的冻胀通常发生在细粒土中,其中粉质亚粘土和粉质亚砂土中的水分迁移最为强烈,因而冻胀性最强。粘土由于土粒间孔隙太小,水分迁移有很大阻力,冻胀性较小。砂砾,特别是粗砂和砾石,由于颗粒粗,表面能小,冻结时一般不产生水分迁移,所以不具冻胀性。细砂冻结时,水产生反向(即向未冻土方向)转移,出现排水现象。也不具冻胀性。在天然情况下,冻土粒度常是粗细混杂的,当粉粘粒(粒径小于0.05毫米)含量高于5%时,便具有冻胀性。冻土的矿物成分对冻胀性也有影响:在常见的粘土矿物中,高岭土的冻胀量最大,水云母次之,蒙脱石最小。冻土中的盐分也影响冻胀:通常在冻土中加入可溶盐可削弱,以致消除土的冻胀。土的密度对冻胀的影响较为复杂。

(2)水的条件。并非所有含水的土冻结时都会产生冻胀。只有当土中的水分超过某一界限值后,土的冻结才会产生冻胀。这个界限即为该土的起始冻胀含水量。当土体含水量小于其起始冻胀含水量时,土中有足够的孔隙容纳未冻水和冰,冰结时没有冻胀。按有无水分的补给,划分为两种冻胀:封闭系统冻胀,在冻结过程中没有外来水分补给,冻胀形成的冰层较薄,冻胀也较小;开敞系统冻胀,在冻结过程中有外来水分补给,冻胀形成的冰层厚,产生强烈的冻胀。在天然情况下,水分补给主要来源于大气降水和地下水。秋末降水多,冬季土的冻胀量就大;地下水位越浅,土的冻胀量也越大。

(3)温度条件。土的冻胀开始于某一温度,称为起始冻胀温度,其值略低于该土的起始冻结温度。当温度低于起始冻胀温度时,由于冻土中未冻水继续冻结成冰,土体仍有冻胀。当温度继续降低至某一值时,在封闭系统中未冻水结成冰的数量已可忽略不计,土体不再冻胀,该温度值称为停止冻胀温度。粘土的停止冻胀温度为-8~-10℃,亚粘土为-5~-7℃,亚砂土为-3~-5℃,砂土为-2℃左右。冻结速度对冻胀也有影响:冷却强度大时,冻结面迅速向未冻部分推移,未冻部分的水来不及向冻结面迁移就在原地冻结成冰,无明显冻胀;冷却强度小时,冻结面推移慢,未冻水克服沿途阻力后到分凝成冰面结冰,在外部水源补给下,冻结面向未冻部分推移越慢,形成的冰层越厚,冻胀也越大。

(4)压力条件。增加外部荷载能降低土中水的起始冻结温度,增加冻土中的未冻水含量,同时影响引起冻结时水分迁移的抽吸力,减少向冻结面的水分迁移量,从而减小冻胀。中止粘性土的冻胀需要极大的压力,在实践中目前很难做到。

参考书目

童长江、管枫年:《土的冻胀与建筑物冻害防治》,水利电力出版社,北京,1985。

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