季冻地区路基中的水分迁移机理及处理措施
寒冷地区路基冻害原因分析和整治方法
寒冷地区路基冻害原因分析和整治方法福前线位于三江平原腹地，西起福利屯站，东至前进镇站，全长226.3KM。
路基土质不良，大部分为砂粘土、膨胀土、质泥土，渗透土差，地下水丰富，加之全年平均气温在零下3℃，属寒冷地区。
路基土质为冬季冻结、春季开始融化、夏季全部融化的季节性冻土，每年冬季冻害发生频繁。
所谓冻害，为土体在冻结过程中因冻胀所引起的病害。
由于土中的水在冻结过程中能向冷冻锋锋面迁移，并不断冻结排出冰层，且体积增大9%，即造成土体的冻胀，在融化时又会造成土体的沉陷，由于路基土体在融化过程中存在下卧隔水层还会产生翻浆冒泥等病害。
因此，路基冻害是严寒地区分布很广的线路病害之一，路基冻害的存在，不仅给线路养护工作带来一定的难度，而且制约了列车安全、提速、重载目标的实现，抑制了铁路跨越式发展战略的实施。
１前言冻害是我段以及哈尔滨铁路局管内分布很广，表现非常明显的季节性病害。
就我公司气候特点，冻害期一般为每年的10月份至次年5月份（见图1），从冻害的发展，可以将其分为三个阶段，即发生期（10月15日~12月15日），平稳期（12月30日）。
图1冻害发展变化图发生期，即冻害产生的阶段，这一阶段冻起高度很大，冻高呈正值快速增长，随着气温的降低冻高速度不断加剧，一般以11月15日~12月15日前后为变化迅速阶段，这一阶段对行车安全构成的威胁较大，但其是一个上涨过程，检查人员容易发现，可以及时进行处理。
平稳期，这一阶段气温相对较为稳定，冻害发展变化缓慢，其冻起高度相对稳定，对行车安全的危害较小，但需经常检查线路，以防天气的突然变化。
回落期，亦称冻融期。
这个阶段随着天气的转暖，冻害的变化呈负增长趋势，一般每年4月5日~5月30日左右为冻融速度最快阶段，因这一阶段轨道几何尺寸的变化不是很大，检查人员不易发现，因此这一阶段对行车安全的影响最大。
２路基冻害的分类２.１按纵向外部形态分⑴冻峰：路基面在短距离内的冻胀高度大于相邻两地段的冻胀高度所形成的凸起部分（图2）。
《季节性冻融期不同地下水位埋深下土壤水分迁移转化规律研究》范文
《季节性冻融期不同地下水位埋深下土壤水分迁移转化规律研究》篇一一、引言季节性冻融期是自然环境中常见的现象，特别是在寒冷地区，冻融作用对土壤水分迁移转化规律产生重要影响。
不同地下水位埋深条件下，土壤水分的运动和转化规律存在显著差异，这对农业、水文地质、环境科学等领域的研究具有重要意义。
本文旨在研究季节性冻融期不同地下水位埋深下土壤水分迁移转化规律，为相关领域的研究提供理论依据和实践指导。
二、研究区域与方法本研究选取了某寒冷地区作为研究区域，根据地下水位埋深的不同，设置了多个观测点。
通过野外实地观测、实验室分析和数值模拟等方法，对土壤水分的迁移转化规律进行深入研究。
同时，结合相关文献资料和前人研究成果，对土壤水分的冻融作用机理进行分析。
三、不同地下水位埋深下的土壤水分迁移转化规律（一）地下水位较浅的情况在地下水位较浅的情况下，土壤水分的迁移主要受地下水位的影响。
季节性冻融期间，土壤表层的水分在冻结过程中向地下水位处迁移，解冻时则相反。
这种迁移过程受土壤类型、温度、风速等因素的影响，导致土壤水分在垂直方向上发生明显变化。
（二）地下水位较深的情况在地下水位较深的情况下，土壤水分的迁移受地下水位的控制作用减弱。
此时，土壤水分的迁移主要受气候因素和土壤性质的影响。
在季节性冻融期间，土壤表层的水分在冻结和解冻过程中发生水平迁移和垂直迁移的复合作用，形成较为复杂的迁移模式。
（三）不同埋深下的共同特点无论地下水位埋深如何，季节性冻融期间土壤水分的迁移转化都受到温度变化的影响。
当温度降低到一定程度时，土壤中的水分开始冻结，形成冰层；当温度升高时，冰层融化，水分重新分布。
此外，土壤类型、植被覆盖、风速等因素也会对土壤水分的迁移转化产生影响。
四、影响因素及作用机理分析（一）温度变化温度变化是影响土壤水分迁移转化的主要因素。
在季节性冻融期间，温度的周期性变化导致土壤水分的冻结和融化，从而引起水分的迁移和转化。
（二）土壤类型不同类型的土壤对水分的吸附能力、渗透性和保水性等性质存在差异，这些性质将直接影响土壤水分的迁移转化规律。
季节冰冻区道路路基的若干方面分析
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。
我国季节性冻土区公路路基冻害及其防治措施
土体的冻结过程，实际上是土中温度的变化过程。土体中任何部位的冻结程度主要受控于当地气温以及路基填料的传热能力。对于某一地区的冻结深度可以结合当地气温和土体热物理特性进行计算。但是地表温度与气温之间存在一定的差异，差异量值大小与地表条件关系密切，随着冻融循环次数的增加，将最终影响到路基土体的物理力学性质。在工程实践中经常用到的冻结指数是负气温的累积数，气温越低，冻结指数越大，路基土的冻结深度就越深，路基中的聚冰可能性就越大。
由于季节性冻土给我国公路路基造成了严重的损害，很多相关部门就其危害形式、产生原因、影响因素和防治措施等方面做了很多研究性工作，并且都取得了不小的成果，对解决实际性路基冻害问题提供了指导经验。但是，季节性冻土存在很强的区域性，这就使得这些成果有一定的针对性，难以盖全季节性冻土的全部特征。根据前人的研究经验和相关文章，本文从季节性冻土的危害形式、影响因素和防治措施方面进行了一定的研究，以期能对今后相关工程的施工、勘探和防护提供一定的依据。
太大的路基土湿度使得承载能力降低，受上部荷载影响，多会出现过量变形，由此需要改善路基水分状况。先要搞好路基与路面的排水工作。采取各种措施处置地面水，如边沟与排放等，避免出现漫流或下渗情况。在地下水方面，可设置盲沟与立式渗井等，通过截断与降低引向路基范围外。
4.3改进路基路面结构
国内多次研究防治道路冻害的结构形式，提出了许多结构层，如石灰土与双基层等。现阶段高等级公路一般使用半刚性结构层。将橡胶颗粒加粉煤灰土材料的冷阻层设置在路基中，对地表负温的传递起到阻碍作用，以此预防季节性冻土区道路冻害。
3.3土体水分
土体中的水分是导致冻胀的物理因素，工程实践证明，只有土中水分超过一定界限之后才会产生冻胀，在外界条件相同的情况下，土体含水量越高，其冻胀的程度越严重。自然界中路基的含水程度受到降水、地下水位、地表水流等的影响，地下水位对冻胀的影响尤为强烈，当冻结区附近地下水水位较高，毛细水上升高度能够达到或接近冻结线，冻结区能得到水源的补给时，将会发生比较强烈的冻胀。此外，不同的土质其冻胀敏感性不同，其起始冻胀含水率也不同。
季节性冻土导致的公路路基冻害及防治方法分析
交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2019-09-23作者简介：马宁（1990—），男，河北深泽人，从事公路工程建设工作。
季节性冻土导致的公路路基冻害及防治方法分析马宁（河北省交通建设监理咨询有限公司，河北石家庄052560）摘要：在公路的建设与使用过程中，季节性冻土对路基性能产生了较大的影响，威胁公路通行安全。
鉴于此，从翻浆、冻胀两方面分析季节性冻土对路基的影响，并总结了应对路基冻害的方法，包括保温法、土质改善法、路基水分抑制法、优化路基结构等，旨在更有效地防治公路路基冻害，提高公路的路用性能，延长公路的使用寿命。
关键词：季节性冻土；公路工程；路基；冻害中图分类号：U418.53文献标识码：B0引言季节性冻土主要发生在寒冷的北方地区。
在冬季与春季交替时，公路路基土中含有的水分将出现冻融，致使公路路基结构的稳定性降低，导致翻浆、冻胀等病害产生，增大了公路通行的安全风险。
导致路基冻害的因素包括土质、含水量、温度、道路整体结构等。
应采取科学、合理的方法来解决冻害问题，以提升公路路基的稳定性，延长公路的使用寿命。
1季节性冻土导致的公路路基病害1.1翻浆翻浆是指地下水过于饱和并渗透到路面上。
在冬季与春季交替时，翻浆现象较为明显。
由于北方地区在春融期存在早晚温度低、中午温度高的气温特点，使得土壤中的水分进入冻融循环模式，进而破坏道路结构，严重影响道路的质量与使用性能。
季节性冻土主要发生在我国北方地区，且春季该现象较为明显。
翻浆引起的道路凸起一般是由车辆运行轨迹决定的。
高速公路的翻浆现象较为明显时，将威胁车辆的驾驶安全。
1.2冻胀公路路基冻胀的特点主要包括路基变形量过大、纵向断裂、横向不均匀等。
从力学角度分析，冻胀将产生横向挠曲力，且路基中间产生的作用力要明显高于道路两侧。
冻胀现象大多发生在北方地区，其主要影响因素为温度。
高速公路建成后，由于道路结构受到外部环境因素的影响，加大了冻胀产生的几率。
如果高速公路的车流量较大，则路基产生的裂缝更宽，将对高速公路的稳定性造成严重影响。
季冻区城市道路沥青路面水损害的防治
在施工 中 ， 由于施工不 规 范 ， 造成 沥青 混合 料 的孔 隙 会
率过大或沥青与集料 的粘 附性差 ， 而Hale Waihona Puke 现沥青路面的水损 从害破坏。
城市道路沥青 路面水损害的成 因比较复杂 ， 归纳起来 主
要有 以下几个方 面。
２ １ 设 计 不合 理 ．
（） １ 沥青混合料孔 隙率过 大。
化、 渠道化发展没有给 予充分 的重视 与考虑 ， 在设计 中体 现 不够充分 。 （） ２ 降雨方面 的考虑不 足。 在设计 中， 城市道路 的地 面 、 地下 排水设 施 没有很好 地
的要求。②由于施工工艺水平不够， 各工序衔接不够紧密， 使压实时机控制不好 ， 使施工压实度不够或不均匀， 达不到 设计或施工规范的要求。③摊铺时集料出现离析， 造成局部
造成沥青混合料孔隙率过大的原因主要有： ①矿料级配
或沥青混合 料的施工配 合 比不能满 足沥青 混合料 的孔 隙率
（） １交通量与交通轴载方 面的考虑不足 。 城市道路沥青路面 的设 计多 根据 当地 的经验进 行结 构 组合设计及结构层厚度 的设计 ， 车辆荷 载 的大型化 、 型 对 重
是， 在大气降雨、 地下毛细水上升 、 路面结构排水不 良 沥青 及
混合料孔 隙较大等条 件下 ， 水 分进入 沥青混 合料 中 ， 使 由于 交通静 、 动荷 载和温度 胀缩 的反 复作用 ， 进入 路面 孔隙 的水 不断产生动水压力或真空负压抽 吸的循 环作 用 ， 水分逐渐渗 入沥青与集 料的界面上 ， 并对 沥青起 到一定 的乳 化作 用 ， 同 时水在静水压力 、 动水 压力 、 面能 、 表 分子极 性及 物理 、 化学 反应等 的综合作用下 导致 沥青与集料界面表 面能下降 、 分子 间张力减小 ， 而使 沥青 与集料 的粘 结力下 降甚 至丧失 ， 从 沥 青混合料 的整体 强度 下降 ， 同时 由于 水 的浸 泡作 用、 的动 水 力作用及冻融循环等 因素 的影 响 ， 沥青膜逐渐从集料表 面剥 离， 导致集 料之 间丧失粘结 力 ， 而发 生沥 青膜从集 料表 面 从 脱落 ， 沥青混合料剥 落和松散 ， 继而形成 沥青 路面的坑槽 、 唧
公路路基冻害处理的技巧与应对
公路路基冻害处理的技巧与应对公路建设是国家基础设施建设的重要组成部分，公路的建设离不开路基的承载和支撑。
而冬季的严寒气候，却给公路路基带来了不小的挑战。
冻害是指路基、路面基层、路面面层、路基周边土体等处于冻融交替环境下所引起的地基变形和开裂破坏现象，亦即是因冰胀作用、流水侵蚀和物理化学反应等过程所引起的道路工程灾害。
为了保证公路的正常运行，必须要对公路路基冻害进行及时、有效处理。
下面就针对公路路基冻害处理的技巧与应对进行阐述。
一、认识冻害冻害是地面土层在冻融循环作用下发生的形变、破坏现象，主要包括以下几种类型：（1）冰胀：地下水在冻结时容积膨胀，土体随之受到压力，导致土体裂缝或者破坏。
（2）矿物物理破坏：有些矿物中的矿物结晶体积随着温度的下降而增大，从而造成土体破裂。
（3）侵蚀作用：在地下水不停侵蚀的过程中，由于渗流运动和毛管作用的影响，土粒很容易被冻起来，而形成孔隙度不同的层间更迭过程。
侵蚀土壤的冻害主要是由于土壤宏观结构的变化而引起的。
（4）不均匀沉降：当地基路基上面的土层被高速突然冻结，会使路基中的冻土层区域沉降，造成路基的不平整。
二、路基冻害的影响路基冻害对路面有着很大的影响，不仅会降低路面的承载能力，同时也会影响行车安全，具体表现如下：（1）路面破坏：路基的冻害使得路面边缘或者路基中的草皮和桥墩等处出现了坑洞或者断裂。
（2）路面塌陷：因为路面下方土壤结冰，形成了空洞，从而引起路面下沉。
（3）路面变形：随着冰胀的作用，路面会出现局部隆起，或者出现裂纹，影响路面行车平稳度。
（4）路基不稳定性增强：由于冻害作用，土体的受力特性发生变化，从而引起路基不稳定，导致整个道路结构失调。
三、公路路基冻害处理的技巧与应对已经发生路基冻害的路段，应该及时采取应对措施加以处理，以保障公路正常通行。
具体应对措施如下：（1）泼撒盐水：冻土的冻结温度和盐水的冰点降低剂作用使得盐水能溶解和渗透到土质中，从而防止地面结冰。
北方寒冷地区高速公路路基冻害原因分析及处治方案
黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo.12,2019 (Sum No.310)2019年第12期（总第310期）北方寒冷地区高速公路路基冻害原因分析及处治方案王颖（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁沈阳110166）摘要:通过对某条北方寒冷地区高速公路路基冻害处理，对路基冻害原因进行分析，提出处理方案。
为类似条件下的路基设计提供参考。
关键词:冻胀；浅表冻层滑塌中图分类号:U416.1文献标识码：A文章编号：1008-3383（2019）12-0067-021冻胀翻浆1.1做好路基防水排水良好的路基排水可防止地面水或地下水侵入路基，使土基保持干燥，减少冻结过程中水分聚流的来源。
路基范围内的地面水、地下水都应通过顺畅的途径迅速引离路基，以防水分停滞浸湿路基。
为此，应重视排水沟渠的设计，注意沟渠排水纵坡和出水口的设计，在一个路段内重视排水系统的设计，使排水沟渠与桥涵组成一个完整的通畅排水系统。
地下水的排除和拦截一定要注意渗沟和盲沟的设置，并采取加设苯板保温防治渗沟出口冰冻。
1.2提高路基填土高度提高路基填土高度是一种简便易行、效果显著且比较经济的常用措施是提高路基、路面强度和稳定性，减薄路面，降低造价的重要途径。
同时也提高了路基填土高度，增大路基边缘至地下水或地面水位间的距离，从而减小了冻结过程中水向路基上部迁移的数量，使冻胀减弱，翻浆的程度和可能性变小。
路线通过农田地区，为了少占农田，应与路面设计综合考虑，以确定合理的填土高度。
在潮湿的重冻区内的粉性土地段，不能单靠提高路基填土高度来保证路基路面的稳定性,要和其他措施，如砂垫层、石灰土基层等配合使用。
本项目对于鱼塘水田等地面积水潮湿路段均设置了50~70cm厚的透水性粒料防止水分影响路基，根据料源情况可选择砂砾、碎石、石渣等。
对于受控的低填方路段和土质挖方路段，考虑距离地下水较近易形成冻胀，因此对于路面结构层下一定厚度进行透水性粒料换填处理，确保地下水不通过毛细作用在路床中形成冻胀，同时在路基两侧深挖边沟和设置纵横向盲渗沟排除地下水。
季节冻土水分迁移的机理及数值模拟
季节冻土水分迁移的机理及数值模拟
季节性冻土水分迁移是冻土影响下地表水文过程的一个重要组成部分，对于阐明水文过程对水循环的贡献，了解和评估地表水资源及地表水质、冻土-水实验方及模型等任务有重要意义。
在莎士比亚地质构造上，未来多年以来，季节性冻土水分迁移已经成为地学界和水文学界一个最重要的研究课题。
季节性冻土水分迁移物理机理可以归为两部分：冻结/融化机理、水分移动机理。
冻结/融化机理是指在冻土层中，随着季节性温度变化而不断进行的冻结和融化，以及冻结/融化处理的孔隙水的比例和含量，在此基础上，水分移动机理是指随着气温、地下水水力场、温度时空分布以及表层和地下碳料水分组成等因素不断变化而变化，进而影响表层和下层水试件的分布组成。
数值模拟是通过建立能够反映冻土水分迁移真实情况的数学模型，并将模型中各参数参数化以精确模拟冻土水分迁移物理过程，以及探究以循环作用规律影响冻土水分迁移的各种因素，为季节性冻土水分迁移的深入研究和模型检验提供了基础。
综上所述，季节性冻土水分迁移物理机理及数值模拟在研究冻土影响下地表水文环境方面有着至关重要的作用，这种研究将会有助于更好地保护和利用水资源以及保护水环境。
季冻区道路冻胀与翻浆机理及防治研究
季冻区道路冻胀与翻浆机理及防治研究摘要：在季节性冻土地区，由于冻土融化导致路基冻胀与翻浆现象的出现，从而使得路基出现不均匀沉降或路面开裂，为车辆的正常行驶带来了安全隐患。
文章介绍了公路路基冻胀与翻浆的现象产生的原因，对其影响因素进行了重点分析，最后提出了相应发防治措施，同时，结合工程实际，对其采取了有效的防治措施，效果明显，收到了良好经济效益和社会效益。
关键词：公路路基，冻胀，翻浆，成因，防治措施一、公路路基冻胀与翻浆成因在季节性冻土地区低温作用下，水泥道路的路基路面中所饱含的水分因为毛细作用从下部向上凝聚，在路基的顶部发生结晶作用，结晶完成后在低温的作用下开始产生冻结现象，此时，因为在低温区存在自由水，自由水也向冻结区域定向移动，导致结晶体加速生长。
在形成的结晶体的四周，土壤颗粒为了平衡四周压力和冰晶体水膜的吸附力，便从周围为发生冻结的土壤中吸引水分子向其靠拢，在此作用下，冰晶体再次得以生长，冻结形成大的冰透镜体。
因为在路基土的冻结过程中形成的冰晶体排斥其他溶质，其中包括路基土中的极小土颗粒，这就导致土壤颗粒在冻结过程中，产生向冻结面前缘的移动现象，加上行车荷载的作用，从而导致翻浆现象的出现。
二、路基冻胀和翻浆的影响因素冻胀和翻浆的影响因素基本一致，基本都是温度、水、土、路面和行车载荷的共同作用。
而在翻浆的影响因素中，行车荷载的作用性至关重要，道路翻浆是通过行车荷载的作用最后形成和暴露出来的，在其它条件相同时，交通量越大，车辆越重，翻浆也会越多，越严重。
1、路基的含水率路基中的自由水是路基产生融沉病害和冻胀病害的关键因素。
冻胀、融沉的本质是路基土中的自由水在路基中变化、迁移的过程。
冻胀量的基础是路基土中自由水的含量以及土壤中自由水的补给量。
当路基土中的含水量较高时，春季回暖产生的融沉现象就越明显，对路基路面的破坏作用也就越明显，造成对公路的破坏也就越严重，路面功能正常发挥受阻。
当路基中的土壤处于干燥状态时，路基土中的水分也会发生迁移，但是发生迁移的方式得以改变，主要是水汽扩散的形式进行迁移。
高海拔阴湿气候带季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化
高海拔阴湿气候带季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化摘要：高海拔地区在季节冻土区里，高速公路路基中的水分迁移变化是破坏道路最为常见、最为强烈的因素。
在高速路段中地下水的深浅大小都会在季节冻土区冻结期间向上迁移，而且特征各有不同，高速公路所处道路条件和高海拔地区的潮湿天气气候都对水分迁移的大小程度有关。
水分向上迁移会导致高速公路路基发生胀裂，从而破坏高速道路路面情况与路基，造成安全问题，道路断裂。
除了向上迁移水分的其他方向迁移活动都会对道路动态产生影响，等到道路修建工作开始高速公路路基状况也发生严重损坏。
本文将从高海拔岩石气候带季节冻土区高速公路路基中的水分区域变化作出探究与分析。
关键词：高海拔；阴湿气候带；冻土区；高速公路；路基水分迁移引言高海拔地区气候变化导致路基冻害，一直困扰着我国高速公路建设，道路因为受到水分迁移导致冻伤冻害，水分和湿度的变化使道路产生裂痕，胀裂等问题，对我国高速公路发展产生重要影响。
为了研究调查高海拔地区因失去后对高速公路路面的影响，需要从全方位探究水分迁移的变化及特征。
凤合高速马坞至西寨段一期工程地处青藏高原边缘，是甘南高原向黄土高原、陇南山地的过渡地带，属温带半湿润向高寒湿润气候过渡带，高寒阴湿，季节性冻土区造成的路基冻胀、翻浆行为、水流聚集都造成高速公路破坏、带来安全隐患、路面平整度损坏，带来更多高速公路维修费用与人力物力。
一、研究意义与作用我国经济建设步伐稳步向前推进，需要一个良好的经济环境，高速公路对经济发展有重要作用。
所以必须要关注我国高速公路工程问题，以满足国家经济发展需要。
而高海拔地区季节性冻土一直困扰我国阴潮地区的高速公路，由于水分迁移对高速公路路基的冻害有严重影响，所以需要不断开发最新科技，设置有效的措施，进行施工防止路基受到伤害、防止冻坏。
然而现在我国对于高海拔地区高速公路冻伤的措施与成果不能满足国家经济的需求，所以需要开展危机水分迁移的研究与调查，积累经验，对保护工作起到推动、发展、作用[1]。
基于水分迁移的路基冻胀及防治措施
技术创新45基于水分迁移的路基冻胀及防治措施◊陕西铁路工程职业技术学院王铁权本文在分析季节性冻土地区水分迁移原理基础之上，进一步分析了季冻区賂基冻胀原理、影响因素及防治措施。
结果表明：季冻区賂基内水分在土水势梯度作用下向冻结层迁移，冻结层冰晶体积不断增大，导致路基路面鼓包开裂；针对影响路基冻胀的因素，可采取加强路基排水设施、设置隔水离层、提高路基土压实度、铺设保温板等措施防治路基冻胀。
冻胀是季节性冻土路基特有的冻害现象，会引发路面开裂、鼓包等病害，严重影响道路寿命和稳定性。
水是产生冻胀最重要的因素之一，研究季冻区路基内水分礎对于预防治理哒冻胀有轄意义。
近年来，在水分迁移研究方面，毛雪松皿等在建立水分迁移有限元控制方程的基础上提出水-热-力耦合模型；张树光呦建立了道路水分迁移过程中的水热耦合动力学模型，并对非等温条件下的水分迁移现象进行数值模拟；许健网等建立了二维水分迁移控制方程，应用有限元法对等温开放系统下非饱和土体水分迁移变化进行数值模拟。
本站于季冻分迁移的研究，进一步探讨季冻区路基冻胀原理、影响因素及防治措施。
1路基内部水分迁移简析由土水势理论可知，路基土体内的水在土水势作用下发生迁移重分布。
季节性冻土区路基在冻结过程中，打破了路基内原有的热平衡和土水势平衡，路基下部温度高，未冻水含量高，土体水分所具有的±zK势大，上部温度低处刚好相反。
自然界中物体普遍的趋势是自发地从能量高的状态向能量低的状态运动或转化，因此路基内水分会从土水势高的下部向上部土水势低的冻结锋面迁移，从而重新分布。
2季冻区路基冻胀机理及影响因素2.1冻胀机理路基冻胀不仅是水结冰时体积增大的结果，更空赵分在冻结MS中在雌内迁移聚集再冻结的结果。
季冻土路基土属于非饱和土，土中发生迁移并产生冻结的主要是液态水，液态水有毛细水、重力水、结合水等。
当气温降低时，重力水和毛细水先冻结，结合林冻结。
fch水势梯度下，结合水畑膜帧向为了保持结合水迁移后土颗粒水膜吸压力的平衡，路基未冻土中的水分向结合水迁移后的他运动，从而形成向冻结面运动的水分流％在水源补给充足时，水分不断就致使雌上部生成体积较大的冰土层，导致路基冻胀，基顶凹凸不平，从而诱发路面臟2.2影响因素影响季冻区路基冻胀主要因素如下所zKo（1）土质：路基填料的分散性可用其粒径和级配综合表征。
季节性冻土区路基水分横向迁移机理研究
季节性冻土区路基水分横向迁移机理研究作者：倪铁山来源：《科技资讯》 2012年第30期倪铁山（吉林建筑工程学院吉林长春 130118）摘要：本文基于Harlan模型和吸附-薄膜理论，首先分析了发生横向水分迁移的水分类型和来源，进而分析了水分发生横向迁移的动力，最终结合已有工程处置方法，给出针对防止水分横向迁移相应的治理措施，并给出下一步研究试验的方向。
关键词：季节性冻土区，水分横向迁移，孔隙水，薄膜水中图分类号:TU752 文献标识码：Ａ文章编号：1672-3791(2012)10(c)-0022-02我国有一半以上的国土属于季节性冻土区,属世界第三冻土大国。
随着气候变暖,一方面加剧了现有季节性冻土区道路病害,另一方面也可能使多年冻土区遇到与季节性冻土区同样的道路病害问题,甚至对已建成建筑产生更严重的破坏。
因此,有必要加深对季节性冻土区路基病害问题的研究,特别是路基冻害的研究。
1 季节性冻土区路基冻害分析季节性冻土区路基冻害一直是困扰我国北方地区道路建设的一个重要问题。
在季节性冻土区,伴随着土中水冻结成冰和冻土中冰的融化而产生路基不均匀冻胀和融沉现象,进而表现为路面的裂缝、凸凹不平、鼓胀、翻浆等。
而路基冻胀主要是由于冬季气温下降,导致土体中的水尤其是外界补给水分的聚集冻结,同时土体的体积增大,进而引起路基冻胀。
事实上,自然条件下由于路基土质、水分及冻结条件的不均匀性,路基会产生不均匀冻胀,从而导致路面开裂;而春季融化时,上部冻土首先融化,而下部冻土不能及时融化,因此阻止了上部水分下渗,造成排水不畅,导致土颗粒间水膜增大,使土粒间摩擦阻力降低以至消失,也即使土的整体强度显著减弱,在行车荷载作用下,路面即发生开裂、翻浆等病害。
无论是冻胀还是融沉,都将造成路面平整度的降低甚至破坏,给道路的正常运行带来了安全隐患,同时也额外增加了公路养护费用。
2 水分横向迁移过程机理综合已有研究可知[1～3],水分迁移作用是导致路基不均匀冻胀的主要原因,所以研究均会从水分迁移模型出发,进而研究路基冻胀和融沉作用机理,最后给出相应病害处治与防治方法。
季节冻土区土壤水分迁移模型及应用
季节冻土区土壤水分迁移模型及应用季节冻土区土壤水分迁移模型及应用随着人类的发展和建设，季节冻土区的土地利用越来越广泛。
然而，季节冻土区的生态环境脆弱，而土壤水分是维持这一生态系统平衡的重要组成部分。
因此，研究季节冻土区土壤水分迁移模型，并将其应用于实际生态保护与建设中，具有重要意义。
季节冻土区土壤水分迁移模型是指通过建立数学模型，模拟土壤水分在不同季节和冻土状况下的迁移过程。
这种模型可以帮助我们更好地理解土壤水分在冻土区的运移规律，为生态保护和农业生产提供科学依据。
季节冻土区的土壤由于受到冻融作用的影响，存在着独特的水分迁移规律。
一般来说，季节冻土区的土壤渗透能力较差，孔隙结构复杂，导致土壤中的水分在冻土状态下会形成冻结水，这些冻结水的存在给土壤水分迁移带来了困难。
因此，在建立季节冻土区土壤水分迁移模型时，需要考虑土壤结构、冻结水的存在以及温度变化等因素。
一种常用的季节冻土区土壤水分迁移模型是基于Richards方程和热传导方程的耦合模型。
该模型综合了土壤水分的渗流运动和热传导过程，并考虑了土壤的物理性质、环境因素和冻土状况等因素。
通过求解该模型，可以得到土壤中的水分分布和变化规律，进而掌握土壤水分迁移的动态过程。
季节冻土区土壤水分迁移模型的应用非常广泛。
首先，在生态保护方面，该模型可以用于评估不同土地利用方式对土壤水分的影响。
通过模拟分析，可以了解到不同地形、植被类型和土壤类型对土壤水分的影响程度，从而为生态保护工作中的土地规划和管控提供科学依据。
其次，在农业生产方面，季节冻土区土壤水分迁移模型可以用于农田的水分管理和灌溉规划。
通过模拟分析，可以预测土壤中的水分分布情况，合理调控灌溉水量和灌溉时间，提高农作物的生长效益，并减少浪费。
此外，季节冻土区土壤水分迁移模型还可用于监测土壤水分的变化和预测水资源的利用状况。
通过收集和分析土壤水分数据，可以实时了解土地的水分状况，从而有针对性地调整水资源利用策略，提高水资源的利用效率。
《深季冻区拓宽高速公路水热分布规律及差异变形研究》范文
《深季冻区拓宽高速公路水热分布规律及差异变形研究》篇一一、引言随着中国经济的快速发展，高速公路建设不断向更广阔的地区延伸，其中深季冻区成为建设过程中面临的重要挑战之一。
在深季冻区拓宽高速公路时，水热分布规律及差异变形问题成为了研究的关键。
本文将通过深入研究这一课题，探讨其影响因素及解决策略，以期为今后类似工程提供参考。
二、研究背景与意义深季冻区地理环境特殊，气候寒冷，季节性冻土广泛分布。
在这样的环境下拓宽高速公路，必须充分考虑水热分布规律及差异变形问题。
水热分布规律的研究有助于了解地下水的运动规律、土壤温度变化等，为工程设计提供依据；而差异变形研究则关系到工程结构的稳定性和安全性。
因此，本课题的研究具有重要的理论和实践意义。
三、水热分布规律研究（一）研究方法水热分布规律研究主要通过现场观测、室内试验、数值模拟等方法进行。
现场观测可以获取实际环境中的水热数据，为后续研究提供基础；室内试验则可以对采集的样本进行深入分析，探究水热分布的内在机制；数值模拟则可以在计算机上模拟实际环境，预测水热分布规律。
（二）研究内容及结果通过对深季冻区的水热观测，发现地下水受季节性温度影响明显，冬季地下水温较低，夏季则有所回升。
同时，土壤温度也呈现出明显的季节性变化。
此外，还发现地下水运动受地形、地质构造等因素的影响，存在明显的区域性差异。
这些研究结果为后续的差异变形研究提供了基础数据。
四、差异变形研究（一）研究方法差异变形研究主要采用地质勘察、物理模拟、数值分析等方法。
地质勘察可以了解地层的结构、性质等，为差异变形研究提供基础资料；物理模拟则可以通过建立物理模型，模拟实际环境的变形过程；数值分析则可以在计算机上对模型进行数值计算，预测差异变形情况。
（二）研究内容及结果差异变形主要表现为路基的沉降、侧向位移等。
研究发现，深季冻区拓宽高速公路时，由于地基处理不当、施工工艺不合理等因素，容易导致路基产生较大的差异变形。
通过地质勘察发现，地层中存在软土、湿陷性黄土等不良地质现象，这些因素都会对路基的稳定性产生影响。
季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化
第26期 第4期2004年8月 冰 川 冻 土JOURNAL OF G LACIOLO GY AND GEOCR Y OLO GY Vol.26 No.4Aug.2004文章编号:100020240(2004)0420454207季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化 收稿日期:2003211204;修订日期:2004201228 作者简介:张喜发(1943—),男,黑龙江勃利人,教授,1967年毕业于长春地质学院水文地质工程地质系,主要从事工程地质和岩土工程方面的教学和研究.E 2mail :xifazhang @张喜发1, 辛德刚2, 张冬青2, 汪雪瑞1(1.吉林大学建设工程学院,吉林长春130061;2.吉林省高等级公路建设局,吉林长春130021)摘 要:在季节冻土区,路基水分迁移变化是道路冻害最积极活跃的因素.在路堑段,不管地下水位埋深大小,冻结期间水分都向路基上部路床迁移,但其特征有所不同.线路气候条件和路基土质条件都对水分竖向的迁移和冻胀大小有重要影响.这种竖向迁移,导致路基上部土层产生强烈冻胀作用.水分的它向迁移(包括路肩坡面、失效的排水沟、路面裂缝和中央隔离带等)也可能是产生道路冻害的不可忽视的因素.道路修建以后,其路基土的干湿状态可能比当初设计状态严重恶化,从而产生冻害.关键词:季冻区;水分迁移;冻害;冻胀;路基水分聚积中图分类号:P642.14文献标识码:A1 引言季冻区路基冻害一直是困扰我国北方地区道路建设的一个重要问题.道路这种线性面状结构物暴露在大气中,最易受各种自然条件因素的侵袭,特别是水分迁移致使路基含水量和湿度发生变化,对路基冻害的产生有着实质性的影响.笔者在2000—2002年间,先后对吉林省几条高速公路进行了两次路基冻害春季专门钻探调查,并对接近竣工条件的长余高速公路进行了两个冻融期的路基冻胀现场观测综合研究工作.通过两次共23个典型路段的春季钻探调查,了解了路基目前含水状况;通过两个年度共18个冻胀观测路段的冻前(深秋)和冻后(春季)钻探取样,了解了路基含水量冻前冻后的变化.将研究资料与调查时路面变形破坏状况和冻胀观测资料等进行了综合分析,在路基冻害与水分关系、路基冻害水分来源、水分迁移特征及影响因素等方面取得了规律性认识.2 路基水分在冻结期间的竖向迁移2.1 冻结期间路基土水分重分布在路基土冻结过程中,由于温度的降低,原来的土水势平衡被打破,土中水分将从土水势高的下部向上部土水势低的冻结锋面方向迁移,产生重新分布[1,2].2000—2002年两次在路堑段于冻前冻后对路基含水量变化所进行的测试结果证明,上述水分迁移的理论是适用的.路堑段的冻前冻后含水量变化比路堤明显,砂砾石防冻层下的冻层范围内的粘性土含水量比冻前都有不同程度的增加.如果将这些含水量变化图与其地表冻胀量大小进行比较,很容易发现,冻胀量大的地段,其冻层下部含水量增加也大,说明路基最大冻胀量与水分迁移强度有着较好的对应关系.2.2 地下水埋深对水分迁移特征的影响 通过对比研究发现,尽管冻结期间都发生水分迁移,但深埋地下水情况和浅埋地下水情况的水分迁移特征有所不同. (1)地下水深埋情况.长余高速公路2000—2001年观测的1号点(K16+254),位于三岔河附近土质挖方地带,钻探时6m 未见地下水.据有关资料记载,这一带地下水位至少在30～50m 以下.2001年3月17日钻探取样时冻深2.08m ,最大冻深2.10m.冻前冻后含水量变化曲线如图1所示.由图1可见,冻层下部含水量相对增加,而冻层以下1m 左右范围内未冻土层的含水量相对减小.尽管由于土质和含水量差异,使这种水分增加和减小迁移强度有所不同,但从所研究的路堑部位的钻孔含水量变化来看,普遍有这种趋势.图1 1号点深埋地下水情况下的水分迁移Fig.1 The moisture migration under the conditionof groundwater deeply buried at Point No.1 这说明,对路堑部位,即使地下水埋藏较深,对现场冻结土层来说,下伏土层仍然对其有水分补给.这对冻胀预测和防治有重要意义. (2)地下水浅埋情况.长余高速公路2000—2001年观测4号点也位于土质路堑中,冻前稳定地图2 4号点浅埋地下水情况下的水分迁移Fig.2 The moisture migration under the conditionofgroundwater shallow buried at Point No.4下水位2.80m ,是比较浅的.冻深为1.61m.水位与冻深之间最大距离为1.68m (2001年3月2日).该点冻前冻后含水量变化曲线见图2.可见在冻层内及其下1m 多未冻土中都产生了大量水分聚积,这与图1所示水分迁移图示明显不同.2.3 温度影响 温度是影响水分迁移的重要因素.温度越低,路基土中的温度梯度就越大,路基中的水分迁移速度也越快. 2000—2001年观测的4号点和2001—2002年观测的7号点都位于长余高速公路K75+945～960段.4号点冻前地下水位2.80m ,冻结指数2002℃・d ;7号点冻前地下水位3.33m ,冻结指数1025.3℃・d.两点的冻前冻后含水量变化剖面见图3(a )、(b ).图3 观测点剖面含水量对比a.4号点;b.7号点Fig.3 A contrast of water contents5544期 张喜发等:季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化 表1 测点路基土土质对比Table 1 A comparison of subgrade soil properties between Point 11and Point 1211号取样深度/m 含水量/%液限/%塑限/%塑性指数液性指数12号取样深度/m 含水量/%液限/%塑限/%塑性指数液性指数1.65～1.8020.4939.819.020.80.08 1.60～1.75(18.21)(37.4)(17.8)(19.6)(0.02)1.95～2.1024.4642.422.420.00.09 1.95～2.1523.7333.818.015.80.362.10～2.2522.2038.022.715.3-0.03 2.30～2.4520.8432.118.913.20.152.55～2.7023.0535.022.013.00.08 2.60～2.8020.1729.718.211.50.173.05～3.2021.7736.021.015.00.053.05～3.2019.4227.218.98.30.06 注:表中括号内表示的土样为压实粘性土,其它均为天然土土样. 图3说明了4号点的水分迁移强度要比7号高.结合这两个观测年号的冻结指数大小,从而证实了较低的气温有助于水分的迁移.2.4 路基土质条件路基土的颗粒组成、塑性及其状态是影响路基土水分迁移强度和冻胀大小的另一个重要因素.下面例举现场资料讨论这个问题. 长余高速公路2001—2002年观测的11号和12号点相距不过1.7km ,都处于挖方地带,最大冻深197.6cm ,后者201.2cm ,相差不大.6m 内均未见地下水(估计在30～50m 以下).路面结构和砂砾防冻层厚度都比较接近.但砂砾防冻层以下土质及状态差别很大:11号点压实粘性土层做得非常坚硬,钻探时描述岩心呈层状或饼状,而12号点没有那么好;11号点紧接压实土层的天然土层状态比较好,而12号点则为软塑(表1).比较表中1.95m 以下层次,虽然11号点含水量比12号点大,但由于其塑性比较大,状态显得比后者要图4 11号点冻前冻后含水量变化曲线Fig.4 Water 2content curves before andafter frozen at Point11图5 12号点冻前冻后含水量变化曲线Fig.5 Water 2content curves before andafter frozen at Point12图6 11号和12号点冻胀曲线比较Fig.6 A comparison of frost heaving curvesbetween Point 11and Point 12654 冰 川 冻 土 26卷 好得多.也就是说,由于12号点塑性小、粉性大、状态差,不仅使冻结土层易产生冻胀,而且其下卧土层也容易提供水分迁移补给.二者冻前冻后含水量变化曲线见图4和图5.由图可以看出:冻后12号点含水量比冻前有了明显的增加,而11号点则不明显. 路面冻胀反应与上述一致.12号路段平均最大冻胀量达56.7mm,而11号点之最大冻胀仅为2.56mm.这两个测段的冻胀过程曲线如图6所示.该例说明,当防冻层下的土质条件特别好时,路基冻胀和水分迁移强度都非常小,不会对路面造成威胁.3 典型路堑地段冻胀量沿冻深的分布上述冻结期间水分在路基上部的聚集,必然引起这部分土层的冻胀反应.进行冻胀观测的长余高速公路的路面已做了加强设计,防冻层比吉林省已有长平、长吉和长营等高速公路都要厚,沥青混凝土面层、二灰碎石基层、各种稳定土底基层、砂砾防冻垫层和砂砾防冻换填层总厚度已占去道路冻深的70%～80%.因此,研究剩余冻深范围内土层的冻胀量(分层冻胀)及其对总冻胀的贡献大小即冻胀量沿冻深分布,对积累防冻设计经验具有重要意义.4个典型路段现场分层冻胀量与路面总冻胀量的关系见表2,其中两个路段的分层冻胀沿冻深分布直方图示于图7和图8. 由图表可明显看出,总冻胀量的绝大部分都出现在最大冻深的底层部位,其位置平均在最大冻深下的15%左右.这个位置正是道路防冻设计施工未加处理的那部分,其土质均为天然粘土和掺白灰压实土.这个位置实测分层冻胀量变化在17.5～48.0 mm.实测分层冻胀量与实测总冻胀量之比非常大,平均为80%.现场分层冻胀率平均为13.2%,按有关规范关于土的冻胀性分类标准[3,4],已属于特强冻胀土层.根据室内冻胀试验资料对上述各路段进行了分层冻胀计算,结果表明分层冻胀量小得多,平均只及实测冻胀量的23%.这种反差显然是由于给水条件不同而引起的,室内试验是闭式试验,而现场条件是邻近土层对冻结土层有水分补给.所观测路段冻前冻后含水量变化曲线已充分证明这一点,与图7对应的含水量变化图是图1,与图8对应的含水量变化见图5.4 水分的它向迁移通过调查发现,水分不单发生自下而上的竖向迁移,它向迁移补给(包括路肩坡面、失效排水沟、路面裂缝和中央隔离带等)也可能是致使道路冻害的重要因素.水分的它向迁移证据从一些路堤类路基调查资料中看得尤其清楚.图7 1号观测点冻深2分层冻胀量直方图Fig.7 The histogram of stratified frost heave amountagainst frost depth at Point1表2 现场分层冻胀与实测总冻胀量比较Table2 A comparison of stratified and total frost heave amounts,observed in situ观测年份编号所研究的分层深度/cm分层在最大冻深内的位置地下水埋深/m实测分层冻胀量/mm现场分层冻胀率/%总冻胀量/mm实测分层冻胀量/实测总冻胀量/%2000—20011160.5～208.1下23%6m未见,估计30m以下33.87.140.284 2001—20021160.6～178.6下10%5m未见39.722.145.088 2001—20026156～170.8下9% 3.10m17.511.828.262 2001—200212160.3～201.2下20%6m未见,估计30m以下48.011.756.785平均值下15%34.813.2807544期 张喜发等:季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化 图8 12号冻深2分层冻胀量直方图Fig.8 The histogram of stratified frost heave amountagainst frost depth at Point 12 在2001年春季专门冻害调查工作时,ZK10孔(长营线K47+150～200左幅)堤高10.2m ,这一带线路几处都有纵向裂缝,钻孔所在部位裂缝蜿蜒达80多米. 1.40～1.80m 范围内两个冻土样的融沉系数相当大,为1.0%～1.4%.1999年春季也曾在此钻孔附近做过冻害调查,不妨将两个春天钻孔含水量剖面做以比较,如图9所示.显然从1999图9 剖面含水量变化图Fig.9 Water content changing with depth表3 路床天然基土干湿状态Table 3 Dryness of the natural subgrade soil调查年份调查路段编号位置(里程)挖填情况路面破损状况土质名称稠度指标W c 0～0.3m 0.3～0.8m 干湿类型0～0.3m 0.3～0.8m ZK1长平线,K103+250左幅基本零填挖纵长裂缝延伸约1km ,沟状车辙低液限粘土-0.530.93极湿潮湿ZK3长营线,K37+425右幅堑深2.1m 纵长裂缝断续延伸约700m有机质高液限粘土0.480.539过湿过湿2000年春季ZK6长平线,K6+600右幅堑深7m翻浆而致深宽槽状沉陷,曾多次修复(最近为1999年)全风化砂岩平均含水量W =27.5%ZK7长平至长吉高速公路匝道入口处堑深4m 沉陷,断续纵向裂缝低液限粘土0.740.863过湿潮湿ZK8长吉线,K64+700右幅深挖方沉陷和鼓包,无裂缝低液限粘土-0.380.518极湿过湿ZK10长平线,K109+500,左幅深挖方鼓包、沉陷及纵向裂缝,1999年曾翻修过低液限粘土-3.25-0.148极湿极湿ZK1长余线,K98+554,右幅堑深4.4m纵裂低液限粘土0.560.83过湿潮湿ZK3长余线,K135+750,左幅堑深4.6m 纵裂低液限粘土0.780.80过湿潮湿2001年春季ZK4长余线,K4+426(13标),左幅堑深5.1m纵裂和翻浆低液限粘土0.500.82过湿潮湿ZK7长平线,K84+900,右幅堑深1m 纵向裂缝延伸350～400m ,车辙低液限粘土0.570.67过湿过湿ZK12长吉线,K15+850,右幅堑深6.5m 纵向裂缝,长约30m低液限粘土-1.140.95极湿潮湿854 冰 川 冻 土 26卷 年春季至2001年春季含水量变化的趋势是增加了.由于路堤很高,远超过地下水影响范围,因此只能认为增加的那部分含水量主要来自于它向迁移. 2001年春季专门冻害调查中的ZK5孔(长平线,K105+500),该孔所在路堤高4.5m 左右,道路两侧为稻田,距河沟约100m ,左侧不远处为八一水库.该段道路翻浆严重,在行车道靠近超车道部位出现沟状车辙和鼓包、凹坑.该处底基层二灰土比较厚,达0.45m ;处于饱和状态,W =27.6%.二灰土下3.2m 厚的紫红色低液限粘土(白垩系紫色泥岩风化物),全处于干燥坚硬状态.因此可以推断致使该处二灰土处于饱和状态的水分不可能是从下部迁移而来的. 上述两个例子说明,对路堤类路基来说,水分的它向迁移是产生道路冻害不可忽视的影响因素.5 路基土中的水分聚积状况春季调查发现,现在许多处于零填挖、低填方和土质路堑中的破坏路段的路床材料—天然基底粘性土都处于过湿状态,有的甚至极湿.调查时的路基湿度状态与当初设计状态(中湿～湿)相比,已严重恶化,致使道路产生冻害.典型路段情况见表3.图10 ZK7孔含水量剖面Fig.10 Water content of Borehole ZK7changing with depth section 表中长平线1994年春开工兴建,1996年秋竣工通车;长吉线和长营线均为1995年春开工,1997年秋通车;而长余线1998年秋开工,于2002年秋通车. 表中干湿类型的评定按文献[5],其中极湿状态是笔者赋予的术语,意指W c 值为负.W c 值为负,显然是水分在路床上部(和砂砾防冻层底部交界一带)聚集形成层状冰的结果.例如,2000年春季调查的ZK10孔,在路床顶部1.10～1.17m 处见到厚达7cm 的纯冰层. 表3中有的路段潜水位比较高,但有的也不尽然.例如2001年调查的ZK7孔,防冻砂砾底面1.40m 深,1.40～3.80m 为低液限粘土,其下为高液限粘土,5.50m 深未见地下水位.该孔基底土含水量剖面如图10,可明显看出水分向上聚积.图中上部如此大的超塑含水量(W -W p )足以使土产生显著冻胀[6].参考文献(R eferences):[1] Xu Xiaozu ,Wang Jiacheng ,Zhang Lixin.Physics of Frozen Soil[M ].Beijing :Science Press ,2001.125-145.[徐 祖,王家澄,张立新.冻土物理学[M ].北京:科学出版社,2001.125-145.][2] He Ping ,Cheng Guodong ,Zhu Yuanlin.The progress of studyon heat and mass transfer in freezing soils [J ].Journal of G laciol 2ogy and G eocryologly ,2001,23(1):92-98.[何平,程国栋,朱元林.土体冻结过程中的热质迁移研究进展[J ].冰川冻土,2001,23(1):92-98.][3] J G J118-98,Code for Design of Soil and Foundation of Buildingin Frozen Soil Region [S].[J G J118-98,冻土地区建筑地基基础设计规范[S].][4] G B50324-2001,Code for Engineering G eological Investigationof Frozen Ground [S].[G B50324-2001,冻土工程地质勘察规范[S].][5] J TJ014-97,Specification for Design of Highway Asphalt Pave 2ment [S].[J TJ014-97,公路沥青路面设计规范[S].][6] Wu Z iwang ,Zhang Jiayi ,Wang Y aqing ,et al .Laboratorialstudy of frost heave of soil [A ].Memoirs of Lanzhou Institute ofG laciology and G eocryloogy ,CAS ,No.2[C ].Beijing :Science Press ,1981.82-96.[吴紫汪,张家懿,王雅卿,等.土的冻胀性实验研究[A ].中国科学院兰州冰川冻土研究所集刊(第二号)[C].北京:科学出版社,1981.82-96.]9544期 张喜发等:季节冻土区高速公路路基土中的水分迁移变化 W ater Migration and V ariation in the Subgrade Soils of Expressw ayin Seasonally Frozen G round R egionsZHAN G Xi 2fa 1, XIN De 2gang 2, ZHAN G Dong 2qing 2, WAN G Xue 2rui 1(1.College of Const ruction Engi neeri ng ,Jili n U niversity ,Changchun Jili n 130061,Chi na ;2.B ureau of High 2gradeHighw ay Const ruction of Jili n Provi nce ,Changchun Jili n 130021,Chi na )Abstract :Water migration and variation in subgradesoils is the most active and live factor to the road frost damage in seasonally frozen ground regions.No mat 2ter how deep groundwater level is ,groundwater may migrate to the upper subgrade at a cutting in freezing period with different extent.Climatic conditions of the road and properties of the subgrade soils all have a strong influence on the vertical migration amount of moisture and the extent of frost heave.It is the verti 2cal migration that causes strong frost heave in the up 2per subgrade.Other migrations of moisture (includ 2ing in the slope surface of shoulder ,the disabled drain ditch ,the crack of pavement ,the central isolation strip and so on )may also be the assignable and impor 2tant factors to lead frost damage to the road.The dryness of the subgrade soils will deteriorate seriously after the road is completed ,leading to frost damage.K ey w ords :seasonally frozen ground region ;water migration ;frost damage ;frost heave ;moisture accumulation in subgrade64 冰 川 冻 土 26卷 。
季冻地区路基中的水分迁移机理及处理措施
3交通部西部交通科技项目《高原湿地郎川公路修筑及环境保护技术研究》。
朱 明,男,讲师,博士研究生。
季冻地区路基中的水分迁移机理及处理措施3朱 明 宋 珲 钟 卫(西南交通大学土木工程学院 四川成都 610031)摘 要 在季节性冻土地区,冬季土体冻结,路基产生冻胀;春季冻土融化,路基产生翻浆、冒泥,对公路造成危害。
而水分迁移又是产生冻胀的直接因素,所以研究冻土中的水分迁移机理及处理措施很有实际意义。
关键词 季节性冻土 水分迁移 水分重分布 1 前言在四川西部,季节性冻土占有较大的区域。
由于季节性冻土会对建筑产生很大危害,而水分迁移又是产生冻害的主要原因,所以合理解决季节性冻土地区的工程病害,研究季节性冻土地区的水分迁移机理是非常必要的。
2 工程概况国道213线郎木寺至川主寺公路改建工程全长225km ,建设标准为平原微丘区二级公路,计算行车速度80k m /h,路基宽12m ,路面宽9m 。
工程位于青藏高原东缘、秦岭西端和川西北高原结合部,路线呈西北东南走向,为高原浅丘草地,平均海拔2900～3850m 。
区域具有青藏高原大陆季风气候特征。
冬季(11月～次年4月)主要受西北风冷气团控制,气候寒冷、干燥、风大、雨少、日照强、温差大。
夏季(5～10月)受西南季风控制,送入大量暖湿气流,降水明显增多而进入湿季。
多年平均气温111℃,最热月(7月)多年平均气温1017℃,最冷月(1月)多年平均气温-1017℃;极端最高气温2414℃,极端最低气温-33℃。
历年平均降雨量66316mm ,最大年降水量为86219mm ,历年单日最大雨强6513mm /d,历年平均蒸发量123312mm ,历年平均相对湿度为69%。
草地年平均日照实际时数为2417h,年平均风速214m /s 。
3 水分迁移机理311 水分重分布[1]31111 水分重分布现象土在冻结过程中,土中水分发生明显的迁移运动,造成水分重分布。
这与未冻土水分的蒸发、下渗以及毛细作用等水分的运动是不同的。
季节冻土水分迁移模型研究
季节冻土水分迁移模型研究一、本文概述随着全球气候变化的加剧，季节冻土作为地球上广泛分布的一种土壤类型，其水分迁移规律及其影响日益受到关注。
季节冻土的水分迁移不仅关系到土壤肥力、生态环境，还直接影响着农业生产和水利工程建设。
因此，开展季节冻土水分迁移模型研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在深入探究季节冻土水分迁移的规律，建立适用于不同气候条件和土壤类型的季节冻土水分迁移模型，为农业生产和水利工程建设提供科学依据。
文章首先回顾了国内外关于季节冻土水分迁移的研究现状，总结了已有研究成果和不足。
在此基础上，提出了本文的研究目标和研究方法。
通过收集和分析大量的实验数据和文献资料，本文建立了基于物理机制和统计方法的季节冻土水分迁移模型。
该模型综合考虑了气候因素、土壤特性、冻融过程等多个方面，具有较高的准确性和实用性。
文章还对所建模型进行了验证和应用，结果表明该模型能够较好地模拟季节冻土水分迁移的动态过程，为农业灌溉、水土保持和水利工程建设提供了重要的参考依据。
本文的研究不仅丰富了季节冻土水分迁移的理论体系，还为相关领域的研究和实践提供了新的思路和方法。
未来，将进一步深化对季节冻土水分迁移机制的认识，完善和优化所建模型，以更好地服务于农业生产和水利工程建设。
二、季节冻土水分迁移的机理季节冻土的水分迁移是一个复杂的过程，涉及到土壤水分、温度、盐分、以及土壤质地等多个因素的综合作用。
随着季节的更替，冻土的水分迁移表现出明显的规律性。
在冻结期，随着土壤温度的下降，土壤中的自由水开始逐渐冻结。
由于冰的密度小于水，因此冻结过程中会产生体积膨胀，推动未冻结的水分向土壤深处迁移。
这一过程被称为冻结挤压。
同时，土壤中的盐分在水分迁移过程中起着重要作用。
盐分的存在会降低水的冰点，使得土壤在更低的温度下仍然保持液态水，进而影响水分迁移的方向和速率。
在融化期，随着土壤温度的升高，冰开始融化，释放出之前被挤压的水分。
此时，水分在重力作用下向土壤表面迁移，形成融水径流。
《季节性冻融期不同地下水位埋深下土壤水分迁移转化规律研究》
《季节性冻融期不同地下水位埋深下土壤水分迁移转化规律研究》篇一一、引言季节性冻融期是寒冷地区特有的自然现象，对土壤水分迁移转化规律产生重要影响。
土壤水分作为生态系统的重要组成部分，其迁移转化规律的研究对于农业、水文地质和生态环境等领域具有重要意义。
本文以不同地下水位埋深为条件，探讨季节性冻融期下土壤水分的迁移转化规律，以期为相关领域研究提供理论依据和实践指导。
二、研究区域与方法1. 研究区域概况本研究选取某寒冷地区为研究对象，该地区季节性冻融现象明显，地下水位变化较大。
研究区域地势平坦，土壤类型主要为粘土和砂土。
2. 研究方法本研究采用室内模拟实验与野外实地观测相结合的方法，通过设置不同地下水位埋深条件，观察土壤水分的迁移转化过程。
同时，利用土壤水分测定仪、温度计等设备进行数据采集，分析土壤水分的动态变化规律。
三、不同地下水位埋深下土壤水分迁移转化规律1. 地下水位埋深较浅时（<1m）在地下水位埋深较浅的情况下，季节性冻融期土壤水分的迁移转化主要受地下水影响。
随着气温的降低，土壤开始冻结，地下水通过毛细作用向土壤表层迁移。
当土壤表层冻结后，水分在冰-土界面处形成冰透镜体，进一步影响水分的迁移转化。
此时，土壤水分的迁移主要受控于地下水位的动态变化。
2. 地下水位埋深适中时（1-3m）在地下水位埋深适中的情况下，季节性冻融期土壤水分的迁移转化受到地下水与冻融作用的共同影响。
在冻融初期，土壤表层开始冻结，但由于地下水位较深，毛细作用相对较弱，因此土壤表层的水分迁移主要以水平方向为主。
随着气温的进一步降低，冻结深度增加，水平方向的迁移逐渐减弱，垂直方向的迁移逐渐增强。
3. 地下水位埋深较深时（>3m）在地下水位埋深较深的情况下，季节性冻融期土壤水分的迁移转化主要受冻融作用影响。
由于地下水位的距离较远，其对土壤水分的直接影响较小。
此时，土壤水分的迁移转化主要受温度梯度、土质类型和植被覆盖等因素的影响。
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3交通部西部交通科技项目《高原湿地郎川公路修筑及环境保护
技术研究》。
朱 明,男,讲师,博士研究生。
季冻地区路基中的水分迁移机理及处理措施3
朱 明 宋 珲 钟 卫
(西南交通大学土木工程学院 四川成都 610031)
摘 要 在季节性冻土地区,冬季土体冻结,路基产生冻胀;春季冻土融化,路基产生翻
浆、冒泥,对公路造成危害。
而水分迁移又是产生冻胀的直接因素,所以研究冻土中的水分迁移机理及处理措施很有实际意义。
关键词 季节性冻土 水分迁移 水分重分布
1 前言
在四川西部,季节性冻土占有较大的区域。
由于季节性冻土会对建筑产生很大危害,而水分迁移又是产生冻害的主要原因,所以合理解决季节性冻土地区的工程病害,研究季节性冻土地区的水分迁移机理是非常必要的。
2 工程概况
国道213线郎木寺至川主寺公路改建工程全长225km ,建设标准为平原微丘区二级公路,计算行车速度80k m /h,路基宽12m ,路面宽9m 。
工程位于青藏高原东缘、秦岭西端和川西北高原结合部,路线呈西北东南走向,为高原浅丘草地,平均海拔2900～3850m 。
区域具有青藏高原大陆季风气候特征。
冬季(11月～次年4月)主要受西北风冷气团控制,气候寒冷、干燥、风大、雨少、日照强、温差大。
夏季(5～10月)受西南季风控制,送入大量暖湿气流,降水明显增多而进入湿季。
多年平均气温111℃,最热月(7月)多年平均气温1017℃,最冷月(1月)多年平均气温-1017℃;极端最高气温2414℃,极端最低气温-33℃。
历年平均降雨量66316mm ,最大年降水量为86219mm ,历年单日最大雨强6513mm /d,历年平均蒸发量123312mm ,历年平均相对湿度为69%。
草地年平均日照实际时数为2417h,年平均风速214m /s 。
3 水分迁移机理311 水分重分布
[1]
31111 水分重分布现象
土在冻结过程中,土中水分发生明显的迁移运动,造成水分重分布。
这与未冻土水分的蒸发、下渗以及毛细作用等水分的运动是不同的。
冻土中的水分主要是在负温和冰晶(透晶体和冰夹层等)的综合作用下发生的,是一个十分复杂的物理、力
学变化过程。
冻结过程中温度的变化和压力的变化将决定水分运动的方向和水分迁移的强度。
31112 水分重分布形成的特点
(1)冻土中的水分重分布现象,既具有不均匀性又具有沿深度分布的规律性。
一般可分为两种体系:一种是无外界水源补给的情况,冻结过程中只有土体内部的水分迁移而发生的水分重分布现象,通常称为封闭体系;另一种是有外界水源补给的情况,冻结时水分增加量主要由外来水迁移量而决定,通常称为开放体系。
(2)对粘性土和其它细粒土,在开放体系下,冻结过程中下卧未冻土层的水向冻结锋面迁移时,可以得到地下水源的不断补充,所以,冻结后在整个冻深范围内,土的含水量较冻结前有大幅度的增加,使土层冻胀量很大;在封闭体系中,由于缺乏地下水补给,冻结后含水量仅在上部土层中较冻前有显著增加,而下部土层含水量则减少。
(3)对不含粉、粘粒的粗砾石、砂等粗颗粒土,冻结过程一般不产生水分迁移现象,但粗粒土中含粉粘颗粒时,有明显的水分迁移,随粉粘粒增多,其性质逐渐接近粘性土,但当粘粒含量增加较多时,会使土层增加不透水性,阻碍水分的运动,其水分迁移数量又会减少。
(4)当粉土颗粒和开放条件组合时,发生强烈的水分迁移现象,造成上部土层局部聚集大量的冰透镜体,使土体含水量增大。
312 水分迁移的形式
冻土中水分是在各种不同作用力的影响下发生迁移的,正是这些不同的作用力决定着冻土中水分的迁移形式和迁移机理。
大量试验证明,正在冻结中的土和已冻土的水分迁移情况,可以分成三种物理状态:气态、液态和固态。
固态形式的水分转移(即以冰的形态进行水分转移),只能在外部荷载作用下的冻土和天然永冻土的下层发生。
而这种塑性冰流的迁移现象对冻土而言不是典型的,因此可不讨论。
在气态和液态两种形式的水分迁移中,以液态水迁移为主的观点,已得到广泛的承认和实践
・
36・朱 明等:季冻地区路基中的水分迁移机理及处理措施
的验证。
313 水分迁移的影响因素
水分迁移的影响因素包括:①矿物的颗粒直径、化学成分、交换阳离子;②土的密实程度;③冻结时温度状况;④补给水源情况;⑤外部荷载大小。
314 水分迁移的外部条件
水分迁移有着必要的外部条件就是负温度的作用,这表现在冻结速率上,如果冻结速率过快,水分来不及从下卧土层向冻结锋面迁移,在原处结冰最终水分迁移量就最小;反之,结冰速率缓慢,则有利水分的迁移,其水分积聚的数量就越多。
引起水分迁移的负温是-3～-5℃,温度更低,水分迁移数量就越少,负温在路基某一深度处停留的时间长短直接影响该层位水分数量。
此外,当土体外部压力增大时,在一定程度上可制约水分迁移的数量。
315 [4]
水分迁移对路基变形的影响占很大比重,加高路基增加热阻只是减少热量传递的一个途径。
土体结构本身的导热能力不仅取决于组成土的各相成分,同时还与土的结构与构造有关。
由于土为各种成分组成的不均匀多相系统,土体的导热能力在一定条件下取决于土的含水量、干密度和构成固体颗粒的分散程度。
同时也决定于土中不同导热物质的相对数量及其相互之间的联系。
众所周知,土中固相组分具有最大导热系数值,水次之,空气最小。
但是在土中,当存在温度梯度时,将会发生水和空气的对流运动,所以土中水和空气对流输运的作用不完全是严格意义下的导热。
因此研究水分迁移对热量的传递作用和水分迁移对冻结锋面的影响,对路基变形有重要意义。
在天然条件下,土体中水可以以液态、气态和固态三种状态之一或者组合存在。
土中存在地下水时,必然形成沿孔隙上升的毛细水,使路基含水量增加。
大气降水则可在重力作用下形成下渗运动,路基两侧积水在水头作用下的下渗与流动,这些自由水带热运动直接导致了融化夹层进一步发展。
4 处理措施
[2]、[3]
(1)换土。
在路基上层一定深度内,采用冰冻稳定性好的土类,如砂石材料。
(2)使路面具有一定的防冻总厚度。
在路面
防冻最小厚度范围内,各种材料应满足强度、刚度、耐冻和水稳性要求,常用砂砾、粗砂、中砂等粗粒材料做防冻垫层,较多采用的材料是石灰类稳定土、二灰类混合料或工业废料。
(3)设置隔离层。
隔离层是以隔断外界补给水源向路基上层移动为目的而设置的,一般设在路基顶面以下015～018m 处。
如采用透水隔离层,用砂石、粗砂利用大孔隙切断毛细水的上升,一般厚度为011～012m;如采用不透水隔离层,用沥青土(厚215～310m )铺设油毛毡,切断水分移动的通道。
(4)设置隔温层。
隔温层是在路面下设置导热系数小的材料层,其目的是控制负温度向路基渗入,减小或调整冻结深度;从控制负温度方面,减弱或消除冻结期的水分迁移现象和数量,从而消除或减弱其破坏影响。
隔离层材料用炉渣、矿渣等多孔材料,厚度一般20～50c m ,材料本身要满足强度、稳定性和耐冻的要求。
(5)路基满足一定的填土高度。
设置盲沟等地下排水设备,以降低冻结期的地下水位,疏通边沟,改善水温情况,提高水温稳定性。
5 结语
在季节性冻土地区,水分迁移会对路基产生严重破坏,所以在工程中设计和施工必须控制好水分迁移,以建成高质量的稳定道路。
参考文献
[1](苏).H. A.崔托维奇.冻土力学.科学出版社,1985.[2]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,1985.
[3]徐学祖等.冻土物理学.科学出版社,2001.
[4]田德廷,戴惠民.道路桥梁冻害及其防治.人民交通出版社,1987.
收稿日期:2005-11-14
《路基工程》质量得到较大提高
中国学术期刊电子杂志社、中国科学文献计量评价研究中心、清华大学图书馆所编辑出版的2005年、
2006年《中国学术期刊综合引证报告》,分别以2004年、2005年中国期刊全文数据库收录的6000余种各类学术期刊数据为基础,参照美国I SI 出版的《期刊引证报告》(JCR )分析模式,列出了各收录期刊的各项指标。
《路基工程》2004年主要几项指标有较大提高,2005年又有新的提高,其中,总被引频次(114/148)提高2918%,即年指标(01006/01015)提高150%,载文量(160/203)提高2618%,基金论文比(0102/0106)提高200%,web 年下载率达到1013%。
据《中国学术期刊综合引证报告》摘编
・46・全国中文核心期刊 路基工程 2007年第1期(总第130期)。