冻土的工程质.doc

冻土的工程性质 丁靖康 中铁西北科学研究院 二○○一年五月 目 录 一、基本概念……………………………………………………………………………………1 二、冻土的组成…………………………………………………………………………………2 1.固体矿物颗粒……………………………………………………………………………2 2.冰…………………………………………………………………………………………3 3.未冻水……………………………………………………………………………………4 4.气体………………………………………………………………………………………6 三、冻土的结构和构造…………………………………………………………………………6 四、冻土的物理性质……………………………………………………………………………8 五、冻土的热物理性质…………………………………………………………………………10 六、冻土的力学性质……………………………………………………………………………11 (一)冻土的内部联系和变形特性………………………………………………………12 (二)冻土的应力和应变关系……………………………………………………………13 (三)冻土的基本强度指标………………………………………………………………16 1.抗剪强度………………………………………………………………………………17 2.抗压强度………………………………………………………………………………18 3.土与基础材料间的冻结强度…………………………………………………………19 4.冻土地基允许承载力…………………………………………………………………20 5.冻土的融化压缩特性…………………………………………………………………20 七、土冻结时的物理力学过程…………………………………………………………………21 1.土冻结时的温度特征…………………………………………………………………21 2.冻结时土中水分重分布现象…………………………………………………………22 3.水分迁移………………………………………………………………………………23 4.冻胀和冻胀力…………………………………………………………………………24 5.冻胀防治………………………………………………………………………………26  一、基本概念 含水的松散岩石和土体，温度降低到0℃以下时，伴随有冰体的产生，这是冻结状态的主要标志。由于冰的粘结作用，土体抵抗外力的强度提高了。含有冰的岩石和土体称为冻土。即使在很低的负温度下，散粒冻土中也总有未冻水与冰共存。未冻水的数量与土的温度、成分等有关。散粒土中的析冰作用使土的结构构造发生变化。 处于0℃或负温状态，但不含冰的松散岩石和土叫作“寒土”或“冷却土”。 土体热平衡为负值时，即土体丢失的热量大于获得的热量时，发生土的冻结。如果这种情况是短时的，则发生短时冻结。在一个季节中，消耗的热量大于获得的热量时，则生成季节冻土，在多年的情况下，则生成多年冻土。 人类活动对冻土温度状态的影响，不仅可导致暖季融化深度的增加，而且同样可使寒季冻结深度增大。在高含冰冻土分布地区，人类的经济活动对冻土温度状况的影响表现特别强烈。 冻土层的天然温度状态变化最大的是发生在房屋、道路等建筑物建成后的头几年。在最初的3—5年中，与新的热交换条件相应的冻土的温度状态，大多都是不稳定的。 在工程建设中，评价冻土、选择冻土作为天然地基时，冻土层的温度是重要指标。冻土层的温度状态分为稳定状态和非稳定状态。冻土层的温度状态可能在一些局部因素作用下，例如工程施工，而遭到破坏。如果引起温度状态变化的因素消除后，在当地自然条件影响下，冻土温度恢复到从前的状态，则这种温度状态叫稳定状态。如果温度不能恢复到原来状态，则叫作非稳定状态。非稳定状态通常发生在高于-1℃的高温多年冻土中。 冰对土颗粒的胶结特性是工程建筑中评价冻土的重要指标。冰的胶结强度与土的温度、成分、含水量、盐渍度等有关。按照胶结程度，自然条件下的多年冻土可分为坚硬冻土、塑性冻土和松散冻土。 坚硬冻土或低温冻土是指被冰牢固胶结在一起的冻土，它的特点是：在荷载作用下，呈脆性破坏，并且实际上是不可压缩的，其压缩系数小于0.001cm2/Kg。 坚硬冻土的温度界限大致如下： 粉 砂：-0.3℃ 粘砂土：-0.6℃ 砂粘土：-1.0℃ 粘 土：-1.5℃