您好,欢迎来到爱go旅游网。
搜索
您的当前位置:首页多年冻土的力学性质与多年冻土区冻胀危害的分析

多年冻土的力学性质与多年冻土区冻胀危害的分析

来源:爱go旅游网
应用技术 I■ China science and Technology Review 多年冻土的力学性质与多年冻土区冻胀危害的分析 耿贽于淼杨飞江苏顾懋祺 徐州221u6) (中国矿业大学资源与地球科学学院[摘 要]冻土在我国分布比较的广泛,而且近年来冻土基础出现的问题也越来越多,本文对多年冻土的力学性质进行了分析,对多年冻土基础破坏 问题所造成的危害进行了分析。 [关键词]多年冻土 抗压强度 抗剪强度 冻胀危害 中图分类号:TU445 文献标识码:A 文章编号:1009—914X(2010)09—0282一O1 1前言 冻土是指含有冰的土,它是一种对温度极为敏感的土体,含有丰富的 地下水。作为建筑物地基的冻土,根据持续时间可以分为三类: 1. 瞬间冻土,冻结时间小于一个月,一般为数天或几个小时,冻结 深度从几毫米到几十毫米。 2.季节冻土,冻结时间大于一个月,冻结深度从几十毫米到1~2米。 3. 多年冻土,冻结时间连续三年或三年之上。 2多年冻土的抗压强度与抗剪强度 2.1抗压强度 多年冻土是由于冰的胶结作用所形成的,其表现出来的力学性质与未冻 结土是不同的。冻土的抗压强度比未冻土大很多倍,且与温度和含水量有关。 一般冻土的抗压强度随温度的降低而增大,这是因为温度降低时不但含水量 增加,而且冰的强度也增大的缘故。在~定的负温度下,冻土的抗压强度随 含水量的增加而增加。因为含水量越大,起胶结作用的冰也越多;但如果含 水量过大时,其抗压强度却逐渐减小趋于某个固定值。如果多年冻土在长期 载荷下,其极限抗压强度比瞬间载荷作用下的抗压强度要小得多。在选用地 基容许承载力时必须考虑到这一点。同时,由于冻土中有冰和未冻结的水存 在,在长期载荷作用下有强烈的流变性。 2 2抗剪强度 多年冻土的抗剪强度的性质与抗压强度相类似,在长期载荷下的抗剪强 度要比瞬间载荷下的抗剪强度小得多。此外,由于冻土的内摩擦角较小,可 以把冻土的粘滞力看作为零,即中=0。 在多年冻土区,由于冻土融化,会使抗剪强度和抗压强度有明显下降。特 别是对于含冰量很大的冻土,融化后,其强度降低很大。所以在多年冻土区, 由于修建各种建筑物引起的融化,将会造成严重的事故。 冻土抗剪强度随着土温降低而增高,其实测粘聚力与土温关系曲线可大致 以直线表示。其中粘土、亚粘土对土温的反映不灵敏,曲线比较平缓。 3冻土的压缩性质 多年冻土,在短期荷载作用下,其压缩性很低,类似岩石,故一般不计其变 形。当在长期荷载作用下,冻土的变形量增加,尤其是温度为0.1~一0. 5℃的塑性冻土,其压缩变形相当大。在这种情况下,必须考虑冻土地基的 压缩变形。 多年冻土融化后,土的固有结构被破坏,这样就能使融化了的冻土变 成高压缩性和稀释的土体,能产生很大的变形。这也是多年冻土地区地基 融陷的原因。在将多年冻土层近似地视为不可压缩层的条件下,从冻土在 承受不同大小的载荷时融化前与融化后的孔隙比的对比中,可以得到冻土地 基的融陷变形由两部分组成,一部分是与压力有关:而另一部分与压力无关。 4影响冻胀的主要因素 多年冻土区在季节融化层冻结过程中,对埋藏在其中的桥涵基础将产生 冻胀力,在冻胀力的作用下,经常会出现桩基础上拔变形,导致建筑物冻胀上 隆:路基则出现整体或局部抬起和路基两侧的隆起变形。 土冻胀时体积的膨胀作用,除土中原有的水分冻结成冰体积膨胀外, 主要是土冻结过程中,水分向冻结锋面迁移冻胀所致,这种现象称为土的 冻胀作用,简称冻胀。冻胀深度的分布是不均匀的,在多年冻土区,土的最 大冻胀率出现在地表下三分之一处的冻结深度处。 影响冻胀的主要因素是: 4.1土的因素 细粒土在冻结时水分迁移积聚最为强烈,冻胀现象比较的严重。相 反,粗粒土的毛细空隙较小,对水分迁移的阻力很大,没有通畅的水源补给 通道,所以其冻胀性比较小。 4.2水的因素 土层发生冻胀的原因是水分的迁移和积聚,因此,当冻土区附近的地下 水比较的高,土体中含水量比较大,其冻胀现象比较的严重;而当冻土中的 含水量较小且小于某一值时,土的冻胀率为零。 282 l科技博览 4.3温度的因素 如果气温骤降且冷却强度很大时,土的冻结迅速向下推移,即冻结速 度很快,这时毛细通道被冰晶体所堵塞,水分的迁移和积聚不会发生,这 样的条件下冻土一般无明显的冻胀现象:相反,如果气温缓慢下降,冷却 强度小,这时的冻土会出现明显的冻胀现象。 5冻胀力的分类及危害 当建筑物的重量和附加载荷不足以与冻土中的冻胀力相平衡时,建筑物 将在冻胀力的作用下产生冻胀变形,严重时将会引起建筑物的破坏。依据 冻胀力的作用于基础表面的位置和方向,可分为三类:(a)水平冻胀力; (b)法向冻胀力;(c)切向冻胀力。如下图所示。 r- 5.1水平冻胀力的危害 有两种,一种是水平对称冻胀力,它对结构没有直接的影响:另一种是水平 非对称冻胀力,它的作用常常大于冻土主压力的几倍或几十倍,由于它的作用, 使按库仑理论和朗肯理论设计的严寒地区的建筑物产生倾斜、水平位移、断 裂、剪断、基础过大的变形等。 5.2法向冻胀力和切向冻胀力共同作用下对结构的危害 法向冻胀力是基础底面下的持力层地基土受冻膨胀向上产生的应力:切 向冻胀力是土受冻膨胀,挤压基础侧壁而产生的向上的力。由于这种力的 作用, 使基础上升, 破坏原来的结构。比如桩、墩台上拔或断裂等。无 论是水平冻胀力还是法向和切向冻胀力,力的大小都是由地基土的类别、含 水量、温度和基础的刚度、外形等因素决定的,因此,这些因素也是对结 构产生危害的主要原因。 结语 多年冻土的强度与温度有关,随着温度的降低,冻土的强度逐渐增大,最后 趋于稳定。冻土的强度与含水量有关,随含水量的增加,强度在增大,增大到 一定数值后,随着含水量继续增大强度减小,最后趋于一稳定值,即接近纯冰的 强度。 影响多年冻土冻胀的因素主要有三个方面:土的因素;水的因素; 温度的因素。 冻胀力可以分为:水平冻胀力、法向冻胀力和切向冻胀力。在水平 冻胀力的作用下,可使建筑物产生倾斜、断裂、剪断等破坏;在法向冻 胀力和切向冻胀力共同作用下,会导致基础上拔, 破坏原结构。 参考文献 [1]H.A.崔托维奇.冻土力学[M].科学出版社,1985. [2]孙亮,祝进兵,卢雪松,汪飞.多年冻土区冻胀的危害与防治措施[J]. 中国水运,2007,1. [3]刘红军,程显春,马介峰.多年冻土的力学性质[J].东北林业大学学 报.2005,3. [4]高大钊,袁聚云.土力学与土质学(第三版)[M].人民交通出版社. 2007,7. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- igat.cn 版权所有 赣ICP备2024042791号-1

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务