季节性冻土对工程的影响及防范措施资料讲解
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季节性冻土对工程的影响及防范措施冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。
一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月),季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(数年至数万年以上)。
地球上多年冻土,季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%,其中,多年冻土面积占陆地面积的25%。
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰。
因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。
中国冻土可分为季节冻土和多年冻土。
季节冻土占中国领土面积一半以上,其南界西从云南章凤,向东经昆明、贵阳,绕四川盆地北缘,到长沙、安庆、杭州一带。
季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3 米,往南随纬度降低而减少。
多年冻土分布在东北大、小兴安岭,西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地,总面积为全国领土面积的1/5 强。
冻土地区气温低,土层冻结,降水少,流水、风力和溶蚀等外力作用都不显著,冻融作用则成为冻土地貌发育的最活跃因素。
随着冻土区温度周期性地发生正负变化,冻土层中水分相应地出现相变与迁移,导致岩石的破坏,沉积物受到分选和干扰,冻土层发生变形,产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程,称为冻融作用。
它包括融冻风化、融冻扰动和融冻泥流作用。
融冻泥流是冻土地区最重要的物质运移和地貌作用过程之一。
一般发生在数度至十余度的斜坡上。
当冻土层上部解冻时,融水使主要由细粒土组成的表层物质,达到饱和或过饱和状态,从而使上层土层具有一定的可塑性,在重力的作用下,沿着融冻界面向下缓慢移动,形成融冻泥流,年平均流速一般不足1米。
由于泥流顺坡蠕动时,各层流速不一,表层流速大于下层,所以有时可把泥炭、草皮等卷进活动层剖面中,产生褶皱和圆柱体等构造形态。
季节性冻土指的是冬季冻结春季融化的土层。
自地表面至冻结层底面的厚度称冻结深度。
季节性冻土是受季节性的影响,冬季冻结、夏季全部融化。
我国季节性冻土区面积大约513.7万平方千米,占国土面积的53.5%,其南界西从云南章凤,向东经昆明、贵阳,绕四川盆地北缘,到长沙、安庆、杭州一带。
冰冻天气对城市建设项目的影响及调整措施在冰冻天气条件下,城市建设项目往往会面临各种挑战,包括施工进度延误、工程质量下降、人员安全受到威胁等问题。
针对这些影响,建设单位需要采取一系列有效的调整措施,以确保项目的顺利进行和安全完成。
下面将就冰冻天气对城市建设项目的影响以及相应的调整措施进行详细论述。
一、影响冰冻天气会对城市建设项目产生以下几方面的影响:1. 施工进度受阻:低温天气会导致土壤凝固、材料冻结等现象,使工程施工难以正常进行,从而影响工程进度。
2. 施工质量下降:冰冻天气可能导致材料质地变硬、施工条件恶劣等问题,使得工程质量无法得到有效保障。
3. 人员安全风险增加:低温结冰容易造成工程现场人员滑倒、道路交通事故等安全隐患,给施工人员的生命财产安全带来威胁。
二、调整措施针对冰冻天气对城市建设项目的影响,建设单位可以采取以下措施进行调整:1. 调整施工计划:根据天气预报及实际气温情况,合理调整施工计划,避免在极端天气条件下开展施工活动,保障工程进度。
2. 保障现场通风通畅:在建筑工地设置通风设备,保证工程现场空气流通,防止结冰现象的发生,维护施工现场的安全环境。
3. 采用保温措施:对建筑材料、设备等进行保温处理,减少材料冻结、质地硬化等问题的发生,保证工程质量。
4. 增加安全防护设施:加强施工现场的安全防护设施建设,包括设置防滑设备、标识警示牌等,降低人员安全风险。
5. 加强人员安全培训:对施工人员进行冰冻天气安全防范知识培训,提高他们的安全意识,有效应对极端天气条件下的施工风险。
通过以上调整措施的实施,可以有效应对冰冻天气对城市建设项目的影响,确保工程的顺利进行和安全完工。
同时,建设单位在项目前期应对气候条件作出科学评估,有针对性地制定施工计划和安全预案,做好各项准备工作,以应对气候变化带来的挑战,推动城市建设项目的可持续发展。
以上就是关于冰冻天气对城市建设项目的影响及调整措施的论述,希望对你有所帮助。
季节性冻土地基病害与整治策略分析路基是道路的重要组成部分,它是公路的基础,其强度和稳定性直接影响到整条道路的使用效果。
因此。
提高路基的强度和稳定性是控制整个道路施工质量的关键。
这就决定了当道路穿过季节性冻土地段时,必须对路基进行必要的处理,以防止季节性冻土对路基造成危害。
一、季冻区路基病害1. 冻胀引起的破坏当冬季赴温传入地下,路基中水分(包括通过路基土中毛细管上升到路基内部的地下水及孔隙中原有的部分水分)冻结成冰,并形成冰夹层、多晶体冰晶等形式的冰侵入体,水分冰冻后体积将增加5%~10%,引起土颗粒的相对移动,使土体体积产生不同程度的扩张现象。
如果冻胀力大于基底上的荷载,路基就可能被抬起,形成冻胀丘及隆岗等一些地形外貌。
2. 融沉翻浆在季节性冻土地区水文地质条件不良地段,冬季路基土体由于冰冻作用,使其含水量增大,春季化冻时路基中水分不能及时排除,形成潮湿软弱状态(翻浆),并且土体在融化固结过程中会产生局部地面的向下运动,使路基承载能力严重下降,危害道路的使用性能,不利于道路安全、正常、舒适运行。
二、成因分析路基的病害是与气温、土质及水源条件密切相关的,主要发生在气候严寒、具有季节冻结深度的地区,其土质以细颗粒的粘性土为主,往往富含水分。
分析季节性冻土区路基病害产生的原因主要有以下几个方面1. 气温秋末初冬,形成较大的温差梯度。
由于土中薄膜水具有自高温向低温转移的特性,较大的地温差,将使深部的土中水向基床上聚集,结成扁冰体。
初冬气候温和,降温缓慢,使冻结线在基床上层滞留时间较长,造成水分向上聚集的有利条件。
春寒较长,晚春气温急剧回升,基床上部土融化较快,大量的融冻水分无法排出,又来不及蒸发,形成流塑状泥浆。
2. 水源秋末多雨,冻结前土基原始含水量大。
土层冻结具“开系统”条件,地下水位在冻层附近。
地表排水系统不畅,积水较多,或路基有道碴槽积水,向基床渗透聚集。
路基内部毛细水密布,不能及时排出。
冬季侧沟积雪较多,春融期又遇降水,造成融冻层湿度恶化。
季节性冻土路基冻胀影响因素分析及其防治措施摘要:路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象。
通过对土的冻胀机理及影响冻胀主要因素的研究,提出了防治路基冻胀的处置措施。
关键词:季节性冻土冻胀影响因素防治措施季节性冻土指地表冬季冻结而在夏季又全部融化的土。
我国北方地区温普遍较低,季节性冻土分布广泛。
路基冻胀是我国北方地区公路路基特有的破坏现象,也是该地区公路主要病害之一。
因此,了解冻胀的机理和影响因素,并寻找防治的途径是十分必要的。
由于冻胀问题比较复杂,涉及因素多,所以必须从理论上去认识和了解冰冻作用的物理力学性质,掌握和发现冰冻作用过程的规律,进而找出防治冻胀措施。
1路基土冻胀的形成机理土是由固体颗粒、液体水和气体组成的三相体。
固体土粒是土的最主要的物质成分,由无数大小不等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在一起,构成土的骨架主体,称为“土粒”。
在土颗粒之间的空隙中,通常有液体的水溶液和气体(主要为空气)充填。
土在冻结过程中,不仅是土层中原有的水分的冻结,还有未冻结土层中水向冻结土层迁移而冻结。
所以,土的冻胀不仅仅是水结冰时体积增加的结果,更主要是水分在冻结过程中由下向上部迁移聚集再冻结的结果。
重力水和毛细水在0℃或稍低于0℃时就冻结,冻结后不再迁移;而结合水以薄膜形式存在于土粒表面,由于吸附的关系,结合水外层一般要到-1℃左右才冻结,内层甚至在-10℃也不会完全冻结。
所以当气温稍低于0℃时,重力水和毛细水都先后冻结,而结合水仍不冻结,依然从水膜厚处向薄处移动。
当含盐浓度不同时,结合水由浓度低处向高处移动,水分移动虽然缓慢,数量也不大,但是如有不断补给来源,一定时间的移动水量还是很可观的。
水的补给来源主要通过土的毛细作用,由于结合水向上移动,在温度合适时它也被冻结,这就造成冻结后的水分比冻结前的水分大量聚集。
这些水分冻结后就会形成严重的冻胀。
2路基冻胀的影响因素2.1土质对冻胀的影响土的冻胀主要是由于水分的迁移导致的水分大量积聚而引起的。
季节性冻土地区铁路路基冻害及对策分析引言一直以来,冻裂、裂缝等质量危害都是冻土地区公路路基的一种质量通病,不仅大大降低了公路建设服务质量,还给后期修筑施工造成了很多的不便,致使公路无法正常运行。
因此,考虑到冻土路基的特性,进一步提高公路结构的稳定性,加强对公路路基的保温养护是非常重要的,同时相关建设单位还应该加大对节能环保型保温材料的应用,以免破坏到周围生态环境,促使道路建设的社会效益与生态效益得以充分体现。
一、季节性冻土地区铁路路基冻害部位分类(一)、表层冻害表层冻害特点是:一般隆起高度为10mm~40mm;在呼和浩特铁路局管内地区一般从11月上旬开始,最晚到12月中旬停止发展,来年4月中旬~5月上旬回落完。
表层冻害危害主要表现在:可引起路肩纵向高低变形、开裂,造成基床表层土体强度降低,从而引起道碴沉陷,导致轨道纵向高低变形;引起坡面隆起变形、开裂,导致土体强度降低。
(二)、深层冻害路基深层冻害产生的时间较晚,在冻期的后半期产生,呼和浩特铁路局管内地区一般在12月中旬以后,直到冻期末冻害才能停止。
深层冻害的产生大多是因地下水的关系,如果没有地下水,即使土质有所差异,下部呈现脱水现象,也无多少冻胀。
二、温度对季节性冻土地区铁路路基的影响通常情况下,在受到气温变化的影响下,冻土路基一般产生升温速率的主要原因体现在两个方面,一方面是冻土中参与的冰和水的相变潜热数量,另一方面则是地基土层的导热系数。
如果冻土地基中含有较高的冰量时,当温度发生变化,将会产生大量的冰水相变。
所以,含冰量高的冻土地基温度对于气温改变的感应相对迟缓。
这样一来,若是在气温胜率相同的情况下,一旦冻土地基处于剧烈相变的地区,其地基温度变化随之产生更多数量的冰水相变。
因此,这种高含冰量的冻土地基的速率不高。
相反,当冻土地基处于平稳区段时,低温发生变化,相变热量减少,此时导热系数将会成为主要影响因素,使得含冰量较高的冻土地基速率加快,同时季节性的冻土地基正是因为这一点,才会导致年平均温度急剧上升。
浅析冻土对建筑物的危害及预防措施【摘要】冻土处理不当,易使地上建筑物产生变形。
为防止冻土对建筑物的危害,应做好预防冻胀措施。
【关键词】冻土危害预防我国辽宁东北部,气候寒冷,冬季多半时间处在零下20多度,冻土深度均在1.2米左右。
由于季节性气温变化,冬季地基土冻结后产生冻胀变形,夏季融化后产生融化下沉变形,易造成建筑物冻害,严重的甚至不能使用。
因此寒冷地区土壤的冻胀直接关系到建筑物的使用年限和结构安全。
如何解决季节性冻土地基与浅基础的问题,是我们在建筑设计与施工中面临的重要课题。
一、土壤冻胀的原理土壤中的自由水结冰时,薄膜水冰点较低尚未冻结。
在温度继续下降时,接近自由水的薄膜水逐渐变成了冰,使原来的冰晶体增大,而薄膜水更薄,吸引力有了剩余,因而产生了压力差,吸引着下部水份来补充。
细粒土中土粒周围有薄膜水,使土粒和土粒间不直接接触,薄膜水互相贯通,成了水份转移的良好通路。
0℃的水向更低温度土层移动,破坏了毛细水胀力与悬浮水柱的重量平衡,为了达到平衡又吸引下层水,水份逐渐上升冻结成冰,使水体积增大。
因而水份转移使土壤产生冻胀。
二.土壤冻胀的因素土壤冻胀与很多因素有关,主要因素是低温延续时间、土壤种类、土壤的秋季天然含水量及地下水位等情况。
1.冬季低温连续时间的长短对土壤的冻结深度有直接影响。
在土壤冻胀性相同的情况下,低温连续时间愈长则冻结深度就愈深,冻结深度愈深冻胀量亦愈大。
2.土壤种类是土壤冻胀的重要因素。
土壤愈细(如粘类土〉颗粒间接触面积愈大,给水份转移创造了有利条件,故呈现出的冻胀量亦较大。
3.基土的冻胀还取决于冬季冻结前的土壤天然含水量超过塑限的程度。
因为天然含水量超过塑限愈多,转移水份也愈多,因此基土冻胀就较大。
4.地下水位距基土的距离是基土冻胀时水份转移的补给条件。
冻结时地下水位距冻结基土之间的距离称为毛细管高度。
毛细管补充高度是判断土壤冻胀性的一个主要指标。
三、土壤冻胀对建筑物的危害1、冻胀力的危害作用于基础底面的冻胀力一般都大于土壤地耐力,有时竟达40-50吨/米2。
浅析冻土对建筑物的危害及预防措施冻土处理不当,易使地上建筑物产生变形。
为防止冻土对建筑物的危害,应做好预防冻胀措施。
标签:冻土危害预防我国辽宁东北部,气候寒冷,冬季多半时间处在零下20多度,冻土深度均在1.2米左右。
由于季节性气温变化,冬季地基土冻结后产生冻胀变形,夏季融化后产生融化下沉变形,易造成建筑物冻害,严重的甚至不能使用。
因此寒冷地区土壤的冻胀直接关系到建筑物的使用年限和结构安全。
如何解决季节性冻土地基与浅基础的问题,是我们在建筑设计与施工中面临的重要课题。
一、土壤冻胀的原理土壤中的自由水结冰时,薄膜水冰点较低尚未冻结。
在温度继续下降时,接近自由水的薄膜水逐渐变成了冰,使原来的冰晶体增大,而薄膜水更薄,吸引力有了剩余,因而产生了压力差,吸引着下部水份来补充。
细粒土中土粒周围有薄膜水,使土粒和土粒间不直接接触,薄膜水互相贯通,成了水份转移的良好通路。
0℃的水向更低温度土层移动,破坏了毛细水胀力与悬浮水柱的重量平衡,为了达到平衡又吸引下层水,水份逐渐上升冻结成冰,使水体积增大。
因而水份转移使土壤产生冻胀。
二.土壤冻胀的因素土壤冻胀与很多因素有关,主要因素是低温延续时间、土壤种类、土壤的秋季天然含水量及地下水位等情况。
1.冬季低温连续时间的长短对土壤的冻结深度有直接影响。
在土壤冻胀性相同的情况下,低温连续时间愈长则冻结深度就愈深,冻结深度愈深冻胀量亦愈大。
2.土壤种类是土壤冻胀的重要因素。
土壤愈细(如粘类土〉颗粒间接触面积愈大,给水份转移创造了有利条件,故呈现出的冻胀量亦较大。
3.基土的冻胀还取决于冬季冻结前的土壤天然含水量超过塑限的程度。
因为天然含水量超过塑限愈多,转移水份也愈多,因此基土冻胀就较大。
4.地下水位距基土的距离是基土冻胀时水份转移的补给条件。
冻结时地下水位距冻结基土之间的距离称为毛细管高度。
毛细管补充高度是判断土壤冻胀性的一个主要指标。
三、土壤冻胀对建筑物的危害1、冻胀力的危害作用于基础底面的冻胀力一般都大于土壤地耐力,有时竟达40-50吨/米2。
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。
冰冻天气工程施工随着我国经济的快速发展,基础设施建设日益增多,冬季施工已成为常态。
在冰冻天气条件下进行工程施工,不仅对施工技术提出了更高的要求,而且对施工安全、质量也带来了诸多挑战。
本文将从冰冻天气对工程施工的影响、施工准备、施工技术及安全防护等方面展开论述。
一、冰冻天气对工程施工的影响1. 材料性能变化:在冰冻天气条件下,混凝土、钢筋等建筑材料的性能会发生变化,如强度降低、粘结性减弱等,影响工程质量。
2. 施工设备影响:冰冻天气可能导致施工设备故障增多,如发动机冻结、液压系统故障等,影响施工进度。
3. 施工安全问题:冰冻天气易导致路面结冰、积雪等现象,增加施工人员伤亡风险;同时,冰冻天气下高空作业、电气设备等也容易发生安全事故。
4. 施工进度延误:冰冻天气可能导致施工进度延误,影响工程总体进度和投资效益。
二、冰冻天气工程施工准备1. 施工方案调整:针对冰冻天气特点,对施工方案进行调整,确保施工技术适应低温条件。
2. 施工材料准备:选用适合低温施工的材料,如抗冻混凝土、低温钢筋等,确保材料性能稳定。
3. 施工设备检查:对施工设备进行全面的检查和维护,确保设备在低温环境下正常运行。
4. 安全培训:加强施工人员的安全培训,提高施工人员的安全意识,掌握冰冻天气下的安全防护措施。
三、冰冻天气工程施工技术1. 混凝土施工:采用抗冻混凝土,调整混凝土配合比,提高混凝土的早期强度和耐久性;合理控制混凝土的浇筑温度,避免温度过低导致混凝土凝固困难。
2. 钢筋施工:选用低温钢筋,加强钢筋焊接工艺控制,确保焊接质量;采取措施防止钢筋冷脆,提高钢筋的抗拉强度。
3. 土方施工:采取保温措施,防止土方冻胀;合理调整土方施工顺序,避免土方开挖过程中出现冻土层。
4. 高空作业:加强高空作业的安全防护,如铺设防滑板、设置安全绳等;严格控制作业时间,避免在恶劣天气下进行高空作业。
四、冰冻天气工程施工安全防护1. 现场安全管理:加强现场安全管理,严格执行施工方案和安全操作规程;设置警示标志,提醒施工人员注意安全。
冻土危害及防治措施引言冻土是指在地表以下或地表附近由于永久冻结的土壤层。
在寒冷地区,冻土是常见的地貌现象。
然而,尽管冻土对地表有一定的保护作用,但它也带来了一系列的危害。
本文将讨论冻土的危害及相应的防治措施。
冻土危害土地沉降冻土在密度较低的地区会导致土地沉降问题。
当土壤中的冰融化时,土壤会变得湿润并且减少密度。
这种土壤减少的情况会导致地面下沉,从而影响建筑物和基础设施的稳定性。
土地沉降也可能导致地表下陷或地面裂缝的形成。
结构损坏在冻土地区,由于土壤的收缩和膨胀,建筑物和基础设施可能会受到结构损坏的威胁。
当土壤冻结时会发生体积膨胀,而当融化时又会发生体积收缩。
这种周期性的体积变化可能会导致建筑物的开裂,墙体的倾斜等问题,从而对建筑物的结构稳定性产生不利影响。
水资源受威胁冻土可以阻止水分的渗透,从而对水资源的利用产生不利影响。
在冻土地区,降雨和融雪可能无法迅速渗透到土壤中,而是以径流的形式流入河流或湖泊中。
这可能导致洪水问题,并且限制了农业和饮用水的供应。
生态系统变化冻土状况的变化对地表生态系统也产生了显著影响。
冻土的破坏可能导致根系受损,植物的生长受到限制。
此外,冻土融化还可能导致土壤中的有机碳释放,加剧全球变暖问题。
冻土防治措施密封土壤表面为了防止冻土融化,可以采取密封土壤表面的方式。
这可以通过在土壤表面铺设防水薄膜或使用特殊材料来实现。
密封土壤表面能够减少土壤中水分的渗透,从而减缓冻土融化的速度。
控制土壤温度控制土壤温度也是冻土防治的关键措施之一。
这可以通过采用保温材料覆盖土壤表面来实现。
保温材料能够减少土壤与空气之间的热传递,保持土壤的低温状态,从而延缓冻土融化的过程。
加强基础设施建设在冻土地区,建筑物和基础设施的设计和建设需要特别注意冻土的危害。
这包括选择适宜的土壤处理方法,采取加固措施等。
建筑物的基础设计也需要考虑到冻土的收缩和膨胀特性,以确保建筑物的稳定性。
水管理和调控在冻土地区,水资源管理和调控也是冻土防治的重要措施之一。
季节性冻土对工程的影响及防范措施冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。
一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月),季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(数年至数万年以上)。
地球上多年冻土,季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%,其中,多年冻土面积占陆地面积的25%。
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰。
因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。
中国冻土可分为季节冻土和多年冻土。
季节冻土占中国领土面积一半以上,其南界西从云南章凤,向东经昆明、贵阳,绕四川盆地北缘,到长沙、安庆、杭州一带。
季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3 米,往南随纬度降低而减少。
多年冻土分布在东北大、小兴安岭,西部阿尔泰山、天山、祁连山及青藏高原等地,总面积为全国领土面积的1/5 强。
冻土地区气温低,土层冻结,降水少,流水、风力和溶蚀等外力作用都不显著,冻融作用则成为冻土地貌发育的最活跃因素。
随着冻土区温度周期性地发生正负变化,冻土层中水分相应地出现相变与迁移,导致岩石的破坏,沉积物受到分选和干扰,冻土层发生变形,产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程,称为冻融作用。
它包括融冻风化、融冻扰动和融冻泥流作用。
融冻泥流是冻土地区最重要的物质运移和地貌作用过程之一。
一般发生在数度至十余度的斜坡上。
当冻土层上部解冻时,融水使主要由细粒土组成的表层物质,达到饱和或过饱和状态,从而使上层土层具有一定的可塑性,在重力的作用下,沿着融冻界面向下缓慢移动,形成融冻泥流,年平均流速一般不足1米。
由于泥流顺坡蠕动时,各层流速不一,表层流速大于下层,所以有时可把泥炭、草皮等卷进活动层剖面中,产生褶皱和圆柱体等构造形态。
季节性冻土指的是冬季冻结春季融化的土层。
自地表面至冻结层底面的厚度称冻结深度。
季节性冻土是受季节性的影响,冬季冻结、夏季全部融化。
我国季节性冻土区面积大约513.7万平方千米,占国土面积的53.5%,其南界西从云南章凤,向东经昆明、贵阳,绕四川盆地北缘,到长沙、安庆、杭州一带。
季节冻结深度在黑龙江省南部、内蒙古东北部、吉林省西北部可超过3米,往南随纬度降低而减少。
季节性冻土的冻胀性、融沉性等特性对工程影响重大。
所以在季节性冻土地区的工程建筑或项目应特别注意考虑季节性冻土对工程的影响及防范措施。
影响土的冻胀性因素影响土的冻胀性因素很多,如土的颗粒组成、土的矿物成分、含水量、土体密度、土中温度及梯度等,但归纳起来主要有三个方面,即通常所说的土、水、温三大要素1土中含水量对冻胀的影响国内很多资料表明,土中冻前含水量对冻胀有一定影响,但不是全部水分,而是超出起始冻胀含水量的水分,其关系式用下式表达:η=α(W - W p )式中:η—冻胀率( %)W —冻土层内冻前平均含水量( %)W p—起始冻胀(相当塑限)含水量(%)α—系数。
关于系数α,目前各家取值不一。
如中国科学院兰州冰川冻土研究所、哈尔滨建筑工程学院和黑龙江省寒地建筑科学研究院等是根据理论计算给值,即考虑粘土在封闭系统情况下最大可能产生的平均冻胀率η:η=1.09γd(W- W p)/2γW≈0.8(W-W p)式中:γd—土的干容重(1500kg/m3)γW—水容重另一些单位和学者则根据室内实验提出α值,如大庆油田设计院取α为0.67,建工部建筑研究院则取α为0.32地下水对冻胀的影响地下水作用于冻胀的机理,归根结底就是冻土中水分迁移的问题。
地下水位的高低对冻胀影响可定性描述为:地下水位越浅,土的冻胀量也越大。
土质条件相同时,地下水埋藏深度与土体冻胀性近于反比关系。
如果地下水位在临界深度以内且其他条件保持不变,在冻结过程中,冻胀量逐渐增大,地下水位呈下降趋势。
季节性冻土对砖木结构起脊房屋的危害分析寒冷及严寒地区,季节性冻土冻结时膨胀强度高(或承载力大),解冻时融陷强度低(或承载力小),对冬期和春融期施工增添了一定的难度和复杂性。
如考虑不周或不加重视,就可能会导致不同程度的工程质量事故的发生,如建筑物墙体开裂。
为了避免这类事故的发生,在冬期进行地基基础施工时,除了在砌筑砂浆或混凝土中掺防冻剂外,还应做到随挖基槽,随砌筑基础,随回填土方。
按采暖设计的房屋基础顶面和两侧做好覆盖保温工作。
季节性冻土地区路基冻害及其防治措施路基冻害的分类根据沿线季节性冻土地区所出现的路基冻害现象,进行归类总结,主要形成了冻胀、融沉、翻浆冒泥等三种路基病害。
1冻胀冻胀是指由于土的冻结作用而造成的体积膨胀现象,这是季节性冻土区常常遇见的病害。
冻胀可分为原位冻胀和分凝冻胀两类,原位冻胀是指冻结锋面前进过程和已冻土继续降温过程中,正冻土中的孔隙水或已冻土中的未冻水原位冻结,造成体积增9%;而当土体冻结以后,由于土颗粒表面能的作用,土中始终存在未冻结的薄膜水。
在温度梯度的诱导下,薄膜水会从温度高处向温度低处迁移,正是由于水的抽吸作用使水分集聚在前进的冻结锋面后方并冻结,分凝成冰透镜体,这一过程称为分凝冻胀,分凝冻胀过程造成体积增大1.09倍。
通过对发生病害处路肩挖探、铲探及钎探,发生冻害处的路基土质以粉土为主,局部为粉质黏土、黏土。
天然含水量为12.5%一33.5%,土层冻胀等级及类别为Ⅱ~V级强冻胀。
局管内发生的大部分路基冻害是该类型冻胀,京包线K614+010~K781+670间尤为突出,出现不均匀胀高,每年冬季冻起高度达40mm,轨道道钉和扣件难以保持轨距,严重影响行车安全。
冻胀本身不仅引起基床破坏,还可引起桥梁、涵洞基础的冻害。
2 融沉季节性冻土融化时,冰晶和冰膜融化成水,土层在重力和上覆荷载的作用下,路基及基床会产生不同程度的沉降,即融沉。
融沉一般有两个特性_2j:其一,由于自然营力和人为因素及土体各方面的差异,融沉在空间上具有不连续性,厚度上具有不均匀性。
有的路段在以较慢的速度连续下沉一段时间,有的路段突发大量地沉陷,并使周围部分土体隆起。
这是因为冻路基土融化后处于饱和状态,其承载力几乎为零,在外部荷载作用下,基床瞬间产生大幅度沉陷并有大量积水冒出。
其二,融沉多发生在低路堤地段。
由于路堤高度、坡向、填料类别、保温设施,以及施工季节和施工后形成的地表特征、水文特征及冻土介质特征等因素的综合影响,土体中各土层的散热和吸热有极大差异。
当基底土层的散热超过吸热时,地温上升,冻土融化,人为上限下降,路堤就会产生融沉病害。
路堤越低,意味着在从上界流向地中的传热过程中,热阻减小。
路堤自身的储热能力变小,不利于热稳定,从而易导致路基发生融沉。
3翻浆冒泥由于局管内独特的地质、地理环境,导致在某些路段冻结时间长,解冻缓慢,加之大量的积雪融化后雪水下渗,这样就在解冻层和未解冻层之间形成自由水。
这部分自由水不能及时排出,造成土基软弱,强度急剧降低,在列车荷载作用下,路基面发生鼓包、唧泥现象,即为翻浆。
这种冻害主要发生在河漫滩地貌单元、山前冲洪积平原、坡地的下坡部位、冬前路沟积满水的地段。
翻浆冒泥导致道床下沉,轨道状态不良,几何尺寸变化频繁,需要不断进行紧急整修。
翻浆冒泥引起钢轨水平差较大,导致钢筋混凝土轨枕产生纵横裂纹。
无论冬季的线路冻害或是春融期的翻浆冒泥的威胁,致使每年列车通过减速,甚至不得不封锁线路处理。
例如,京包线K681+400处翻浆冒泥比较严重,但是路局内路基冻害中翻浆冒泥现象较少见。
冻胀病害的整治措施及其原理1换填基床土国内外的工程实践表明,用较纯净的砂砾或中、粗砂换填季节性冻土,是削减地基土冻害的理想方法之一。
在平面和纵断面受到限制的情况下,如岔区路基冻害及特大桥、大桥两端的路基冻害主要采用换填整治的方法。
换土深度应至冻结深度之下,换土宽度应包括路肩在内的整断面。
2修建减少路基基床含水量的排水设施修建减少路基基床含水量的排水设施。
如修建具有抗冻防渗能力的地表排水设施,以防治因地表水节而引起的冻胀;修建渗沟、暗沟、截水沟等,截断、疏导地下水或降低地下水位,以防治因地下水补给而引起冻胀。
3无机结合料稳定土保温法在基床表层铺设保温层,改善基床温度环境,使表层下的基床土不冻结或减小冻结深度。
保温材料一般用炉渣,其导热系数小、,成本低廉,也可用石棉、泡沫聚苯乙烯板等保温材料。
国外经验表明,用泥炭或冷压泥炭砖作保温材料,效果良好,使用时间长。
湿度大的泥炭在水分冻结时,会释放大量潜热,能防止泥炭进一步冻结。
4人工盐化路基土溶于水中的盐类能使水溶液的冰点低于淡水,而且浓度越大,冰点越低。
主要有挖轨枕槽铺盐,打孔注盐,稀释注人和土盐拌和等几种施工方法。
打孔注盐的深度至冻结深度的80%,盐化处理后的土应夯实,减少盐的流失。
盐化处理易于施工,成本较低,但只能减小冻胀,不能根除冻害,应与其他办法结合使用,或在低温极值较高的病害轻微段使用,并要根据线路的具体地质条件综合考虑,以防出现新的路基盐渍化病害。
季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构地震反应分析冻土层对桥墩地震反应的影响(1)关于冻土层对桥墩地震反应(墩底应力)的影响问题:①在I类场地上,无论是季节性冻土还是多年冻土层,对桥墩地震反应的影响不大。
②在II类场地上,冻土层对桥墩地震反应的影响十分显著,不同类型冻土场地上桥墩的最大反应差值可达1倍以上。
③在I、II 类场地上,墩高在10-22m时,冻土层对桥墩地震反应的影响最为显著。
④在一般情况下,桥墩的地震反应与冻土性质、桥墩的动力特性以及地震波的性质均密切相关。
按融土状态进行设计往往是不安全的,需要考虑桥墩与冻土层相互作用的影响。
(2)关于冬夏季桥墩地震反应(墩底应力)的差异问题:①对浅基础,在I、II类场地上,墩高在4-10m的矮墩,冬季(冻土)时的反应普遍要小于夏季(融土)时的反应。
因此,对于矮墩按夏季(融土状态)进行设计是偏于安全的。
②在II类场地上,对浅基础,墩高在10m以上的桥墩以及修建在挖孔灌注桩基础和桩基础上的桥墩,其地震反应到底是夏季大还是冬季大没有一致的规律性,但在冬夏两季的桥墩地震反应的最大差值仅为6%-11%,故在抗震设计中可不予考虑。
(3)不同类型基础的影响比较。
一般情况下,浅基础比深基础(挖孔灌注桩基础、桩基础)桥墩的地震反应要小,但也有少数例外的情况。
挖孔灌注桩基础与桩基础桥墩相比,其地震反应的大小无明显规律性,但从统计结果看,挖孔灌注桩基础桥墩的地震反应要略大于桩基础。
但这并不表示浅基础桥墩的抗震性能优于深基础,因为在地震引起地基失效后,浅基础桥墩的震害往往比深基础桥墩要严重得多。
因此,采用何种基础类型应根据地基的承载力由静力设计确定。
结束语中国冻土分布十分广泛,季节性冻土和多年冻土影响的面积约占中国陆地总面积的70%。
在我国东部区域,从最北端的大小兴安岭地区到长江流域都有冻土分布,在个别年份冻土的范围扩展到浙江、湖南和福建等省份;在西北地区,青藏高原地区都有广泛的多年冻土和季节性冻土的分布。