季节冻土区路基土体的冻胀率与热膨胀系数关系分析

冻土地区冻胀的原因分析及解决措施土建室张鑫鹏2019-10-161 成因分析 (1)1.1 水结冰后膨胀 (1)1.2 毛细现象和冰晶体的形成 (1)2 影响冻胀的因素 (3)2.1 土质对冻胀的影响 (3)2.2 土中水分对冻胀的影响 (3)2.3 温度对冻胀的影响 (4)3 冻胀的破坏影响 (4)4 应对的解决措施 (5)4.1 置换法 (6)4.2 隔温法 (7)4.3 隔水法 (8)4.4 稳定土处理法 (8)5 结束语 (9)参考文献 (9)冻土地区冻胀的原因分析及解决措施张鑫鹏摘要：冻土地区路基的病害及其相应的防治措施一直是困扰工程的难题。

如冻胀、融沉等。

**处于北方严寒地区，在道路铺设，和基础设置等方面，受到冻胀的影响很大，往往为了解决冻胀问题花费更大精力和投资，并且存在特殊地质条件和投资控制等因素影响，有些项目无法完全避免冻胀的产生和影响，处理不当会给日后使用带来很大影响，根据冻胀原理和多年的经验教训，本文着重分析冻胀的起因和处理措施等，希望能为今后设计和施工带来更多帮助和解决思路。

关键词：冻土地区；冻胀；成因；解决措施1成因分析1.1水结冰后膨胀我们知道，水在摄氏零度结冰，体积比原体积大十分之一，水结冰的过程中体积增大，产生占位空间，挤动了其它物体，作用在其它物体上的力就是冻胀力。

这种单独的原位冻胀造成破坏力相对较小。

1.2毛细现象和冰晶体的形成土体的冻胀分为原位冻胀和分凝冻胀两种。

而对工程中破坏巨大的是由于外界水分迁移补给形成的分凝冻胀，是由毛细现象和冰晶体共同作用形成的。

毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着孔隙向上及其他方向移动的现象。

在形成毛细通道时就构成毛细水的上升。

当冰冻季节冻结时，土中水分向冻结区迁移并积聚，土颗粒孔隙中的自由水在0℃以下时，自由水首先冻结成冰晶体。

随着**温的继续下降，周围未冻结区土中的水分会向表层冻结冰晶体迁移积聚，使冻结区土层中水分逐渐增大，冻结后的冰晶体也不断增大，只要冻结区周围还存在着水源，并且还存在适当的水源补给通道即毛细通道，能够源源不断地补充给冰冻体所需的水分，在这一不平衡的引力不间断地作用下，未冰冻区的水分不断地向冰冻区迁移积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土层在冰夹层作用下体积会发生膨胀，也就是冻胀。

季冻区道路冻胀、融沉机理分析及防治现状摘要：对东北地区季节性冻土的冻胀、融沉机理进行深入分析，通过毛细理论、水分迁移理论得出冻胀、融沉过程的影响因素，得出季冻区冻胀融沉的主要影响因素是土质、含水量以及温度，并据此提出具体的防治措施，为相关研究提供借鉴经验。

关键词：季节性冻土；冻胀；融沉；防治0 前言中国是受冻胀危害比较严重的国家之一，主要分布在大兴安岭、小兴安岭等东北地区以及青藏高原等西部高山区域，季节性冻土面积占我国国土总面积的53.5%[1]，位于季节性冻土地区的公路面临着冬季冻胀、春季回暖融沉的问题，这是导致寒冷地区各种道路病害的主要原因[2]。

因此，针对冻土地区的冻胀、融沉过程的深入研究分析逐渐受到更多的重视且势在必行。

1 冻胀和融沉机理分析1.1 冻胀季冻区道路冻胀，主要指的是路基土体的冻胀。

由于大气负温的作用，土体中的水分冻结成冰，土体发生水分迁移，路基土随着温度降低的方向形成冰晶体，导致土体的体积增大膨胀[3]。

由于路基土体中的含水量和密实度在不同季节、不同气候条件下发生的不均匀改变，加之道路周边复杂的地理环境的相互影响，直接导致路基土的冻胀变形的不均匀性[4]。

因此，路面在受到不均匀的冻胀力的影响下，内部发生拉应力效应。

1.2 融沉春季气温上升，土中冰晶体融化之后，土颗粒之间的胶结程度降低，摩擦力减小[5]。

在其自重应力的作用下，土颗粒之间的空隙逐渐被压缩，土体的体积减小。

路基开始融化，导致路面下地基土较两侧的路肩土的融化速度快，造成路基的凹形冻土核残留，土层上部已经融化的水分在融化区域内无法排出，进而造成翻浆。

2 冻胀和融沉影响因素分析2.1 冻胀影响因素季冻区路面易出现冬季低温冻胀、春季回暖融沉的问题，给道路造成不同程度的破坏，包括鼓包、开裂、路基不均匀沉降等。

而道路冻胀主要受到路基的影响，由于各路基土体的土质、压实度、含水量的不同，导致路面受到不均匀冻胀力的作用影响[6]。

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。

季节冻土区高速铁路路基冻胀特性研究Research on Frost Heave Characteristics of High Speed Railway Subgrade inSeasonal Frozen Soil Area颜庆宇(中铁建贵州建设有限公司，贵阳550000)YAN Qing-yu(China Railway Construction Guizhou Construction Co. Ltd., Guiyang 550000, China)【摘要】总结了季节冻土区铁路路基的冻胀特点，分析了影响冻胀的主要因素，如土质、土中的含水量和溫度，基于前人的研究成果，总结了路基防冻胀的措施，包括设置保温层、改良填料特性和控制水分条件。

上述研究成果为避免季节性冻土区高速铁路路基 冻胀病害的发生提供了重要的指导作用。

【Abstract 】 T his paper summarizes the frost heaving characteristics of r ailway subgrade in seasonal frozen soil area，analyzes the main factorsaffecting frost heaving, such as soil, water content and temperature in soil. Based on previous research results, it summarizes the anti frost heave measures o f subgrade, including setting insulation layer, improving filler characteristics and controlling water content conditions. The above research results provide important guidance for avoiding frost heaving o f h igh-speed railway subgrade in seasonal frozen soil area.【关键词】季节性冻土；高速铁路;路基;冻胀【Keywords 】seasonally frozen soil; high speed railway; subgrade; frost heave 【中图分类号】U 213.1【文献标志码】A【文章编号】1007-9467 (2021) 01 -003屯02【DOI 】10.13616/j .cnki .gcjsysj .2021.01.012工程建设与设计Construe t ion& D etign For P roject1引言冻土是一种低于〇丈且含有冰的土岩111。

浅谈路基土的冻胀分析及防冻害措施【摘要】在我国的高寒地区，由于气温极低容易产生路基土的冻害现象，本文通过对路基土的冻胀机理和冻胀的影响因素进行了详细的分析，并得出了相对应的防治冻害的相关措施，为高寒地区路基土的设计、施工、维护等方面提供指导。

【关键词】：路基土；冻胀；防治措施中图分类号：u213.1 文献标识码：a 文章编号：一、前言路基土在极低的气温下，会产生冻结现象，水分的冰析作用和迁移积聚现象是导致路基土不均匀冻胀的直接原因。

冻胀的强弱程度跟土体在发生冻结时候的温度、土体内含水量的多少和水的来源、土的颗粒的大小和外部荷载的作用等多方面的因素有关。

二、路基土的冻胀影响因素分析1、土质对路基土产生冻胀的影响土体中的矿物质成分、密实度和粒度的成分是土质对路基土产生冻胀影响的最主要原因。

当路基土的土颗粒的粒径在0．1 mm以上时因为空隙较大，使得水分容易被排出，因此不会发生冻胀。

当土颗粒的粒径减小到一定程度，空间的空隙减小到一定程度之后，就容易发生冻胀。

当土颗粒粒径在0．1—0．05 mm范围之间，土体就会产生冻胀，这个范围内土体冻胀的可能性最大；当土体颗粒粒径在0．002 mm以下的时候，土颗粒分散性增大使得水分迁移量减小，使得土体的冻胀性逐渐减弱。

矿物成分对冻胀的影响不会发生在颗粒较粗路的路基土中。

土的密实程度也会对土的冻胀造成影响，在含水率固定的条件下，路基土密度的降低会增大土体之间的孔隙。

当密实度较小的土体发生冻结的时候，留有充分的孔隙和空间让冰发生自由膨胀也不会引起土颗粒间间距的变化，这时的土体产生的冻胀量比较小。

随着密实度的增大，自由水充填到了土颗粒间的孔隙之中，因此路基中水分在变成冰后的膨胀空间就会受到限制使得路基土冻胀程度变大。

当土体处于一个标准的密实度范围内，土颗粒间的孔隙在最小的范围内，这时的土体的密实度就阻碍水分的迁移，使得冻胀量也就达到了最大值。

2、水对路基土产生冻胀的影响路基土中的含水率，是促使路基土产生冻胀的基本条件。

季节冰冻区道路路基的若干方面分析季节冰冻区相应的路基形成差异沉降，主要是受到温度场、水分场以及相应的应力场的直接影响，在整个变形的过程中实际的影响因素仍然比较多，季节冰冻区自身地质条件、具体填土材料以及实际施工工艺等因素的综合影响。

受到多种因素的严重影响，路基也会出现一些不均匀的沉降现象，目前，不均匀沉降以及出现的季节冰冻区的冻结和融化成为了目前路基变形或者是结构发生变化的重要原因。

受到路基各种不均匀变形的直接影响了，改变了路面结构具有的附加应力，使路面逐渐出现结构的裂缝，破坏整个路面结构。

一、季节冰冻区道路路基出现沉降的机理所有路基以及相应的上部填方路基实际上否是通过土体最终形成，整个地基在竖直方向出现一定的变形就属于沉降。

外荷载会作用于整个土体中，其中的一部分主要是通过孔隙中具有的水进行承担，这也称为是孔隙水压力。

剩余的另一部分，需要通过土骨架进行承担，称之为有效应力。

具体的有效，就是需要引起压缩有效或者是强度有效，其中实际的有效应力也是总荷载以及相应总截面积的实际比例。

可以将孔隙水压细致的分为净水压力以及超孔隙压力两种。

在荷重的主要作用下，实际的土粒以及水之间的压缩量比整个土体的压缩量更小，气体具有的压缩形式比较强。

处于密闭的整个体系中，土体受到各种力以后会出现变形，最后形成了季节冰冻区的一种路基不均匀沉降现象。

二、季节冰冻区道路路基出现差异性沉降的预测（一）气候条件产生冰冻区的冻害气候条件能够直接影响整个路基冻害的形成，其中的气候条件包括气候冷热、气候变化的时间、季节的降雨量以及具体的降雨时间等因素。

受到气候条件的直接影響，会出现聚冰层深度以及实际分布的各种变化。

如果设置的聚冰层处于整个路基顶面非常深的一个位置，这样的路基并不会受到冻害的严重影响。

然而，如果聚冰层距离整个路基实际的顶面非常近的一个距离，甚至是表层位置，这样就会很容易出现相应的冻害。

受到大气温度的严重影响，温度下降以后，整个土地的温度会处于冰点值，这样就会导致土中实际的冻融层出现一定的冻结情况。

探析迪庆高原冬季季节性冻土路基施工摘要：公路是线型建筑物，路基是线型建筑物的主体，它贯穿公路的全线，与桥梁、隧道相连。

因此，路基是公路的重要组成部分，其质量的好坏，关系到整个公路的质量。

路基又是路面的基础，它与路面共同承受行车荷载的作用。

实践证明没有坚固、稳定的路基，就没有稳固的路面。

路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件。

季节性冻土在冻结时可使地面隆起，融化时可使表土翻浆泥泞。

为了保证工期，在云南最高海拔的迪庆必须在有季节性冻土的冬季继续施工。

为保证质量，对季节性冻土进行有效的处理，成为工程上一个十分重要的课题。

使路基具有足够的水温稳定性，在季节性冰冻比较严重的地区迪庆，如何科学的采取措施及优化施工工艺，值得所有技术人员研究。

解决季节性冻土对路基的危害。

本文对国道214线香德二级公路冬季路基施工的有关方面进行了探析，以期对季节性冻土的施工提供一点参考。

关键词：迪庆高原；冬季季节性冻土；路基施工引言：国道214线香德二级公路起点为海拔3300米的香格里拉县，止点为海拔3500米的德钦县。

穿越海拔4380米的白茫雪山垭口。

线路总体走向为由北向南，路线全长154.328KM。

迪庆地处滇、藏、川三省（区）交界处，在东经90°35’——100°19’、北纬26°52’——29°16’之间，金沙江、澜沧江中上游，北接西藏昌都地区，东邻四川甘孜藏族自治州，南与丽江地区毗邻，西与怒江州相连。

迪庆属青藏高原南延部分，横断山脉西南腹地。

全州平均海拔3380米，是云南省海拔最高的地区。

地形呈纵深切割之势，高低悬殊大，最高6740米。

全年无夏季，年平均气温5.5℃，最低气温可达-27°，最高气温26°。

4月—10月为无霜期，但在白茫雪山上9月就会雪花飘飘，冰天雪地。

所以，为了工期，必须在冬季也要进行路基及混凝土的施工。

一、冻土的成因及危害冻土是指温度等于或低于0℃且含有冰的各类土，发生在高纬度或高山等严寒地区。

季节冻土区变电站结构在地基土中的冻胀分析随着社会经济的迅速发展及电量需求的大幅度增加，同时伴随着西电东输工程的推进，电网建设在西部地区得到大力发展。

我国在内蒙、新疆等西北地区存在大量季节冻土，冻深大、冻期长等特点为变电站、换流站等电网建设带来技术难题。

季节冻土是指冬季地表土冻结、夏季全部融化的土，且冻结时间小于一年，冻结初期，地表土层中的水分率先冻结，土体出现冻胀现象，随着冻结时间增加，在温度梯度的作用下，下部土体的水分不断向上部迁移，最终冻胀量可达数十厘米。

如此大的冻胀量，有可能会造成变电站基础失稳、电缆沟开裂等结构破坏问题。

1 冻胀对基础结构产生的力学效应地基土在冻结状态下土中的水结冰，随着外界水源的不断补充，冰晶不断增长，土体不断膨胀，当土体膨胀受到外界约束时，则表现出土体的冻胀力，在变电站刚性基础的约束下，冻胀力逐渐增加，最终对地基土中的结构产生影响。

冻胀力一般可分为水平冻胀力、切向冻胀力和法相冻胀力。

1.1 水平冻胀力变电站、换流站等油池壁、蓄水池等两侧土体不在同一水平线上的结构，在一次土体的冻胀力作用下会产生水平位移、裂缝等问题。

水平冻胀力的产生和诸多因素相关。

土体的冻胀等级越大，冻胀力越大，通常情况下细粒土体冻胀性大于粗粒土，粘粉颗粒含量较高的土体冻胀性越大。

水分的含量也是影响水平冻胀力大小的主要原因，通常支挡建构筑物含水量随着深度的增加含水量逐渐增加，含水量小于冻胀起始含水量时，并不产生水平冻胀力，当含水量超过冻胀起始含水量时，冻胀力产生并逐渐增加，当达到一定冻胀力后，由于冷缩现象，冻胀力出现减小趋势。

支挡结构在冬季采暖期，由于结构内墙温度大于外墙温度，在基础的约束作用下，支挡结构产生向填土方向的变形，使得冻胀力由下到上逐渐增大。

1.2 切向冻胀力切向冻胀力一般迟于土体冻胀而产生，切向冻胀力的产生需要基础与土体存在冻结力，同时土体发生冻胀。

若只存在冻结力，土体不发生冻胀，切向冻胀力则不会产生，若土体只发生冻胀，而没有冻结力的产生，也不会有切向冻胀力的产生。