冻胀性评价

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基于模糊层次分析法的膨胀土冻胀性评价

基于模糊层次分析法的膨胀土冻胀性评价徐丽丽【摘要】膨胀土冻胀性评价的准确性不仅影响着工程能否正常运行,也是工程安全性的重要保证.文章对膨胀土的冻胀性评价方法进行研究,采用模糊层次分析法建立膨胀土的冻胀性评价模型,从颗粒级配指标、物理性质指标、膨胀性指标、冻胀性指标等方面,选取5个评价因子,进行定量评价,评价结果与实际吻合,证实模糊层次分析法用于膨胀土的冻胀性评价是可行的、准确的.【期刊名称】《大坝与安全》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】7页(P47-52,61)【关键词】模糊层次分析法;膨胀土;冻胀性评价【作者】徐丽丽【作者单位】黑龙江省水利科学研究院,黑龙江哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】TV431膨胀土问题是当今工程地质学和岩土力学领域中最复杂的世界性研究课题之一。

目前国内现行的规程、规范对膨胀土或冻土都制定了相应的分类方法，但是没有针对膨胀土冻胀性的分类方法，导致寒区水利工程建设中对膨胀土的考虑不足。

因此，在勘察、设计中，最先遇到和最迫切需要解决的问题就是膨胀土的冻胀特性分级问题，即将工程性质基本相近的膨胀土划为同类，工程性质相差较大的划为不同类属，以便为工程的设计和施工提供合理的参数和科学依据。

我国现行规范中，GB/T 50662-2011《水工建筑物抗冰冻设计规范》是根据土中粒径小于0.075 mm的土粒质量占总质量的百分比作为冻胀性土的判别标准，并且根据地表冻胀量或地基土冻胀量进行冻胀分级[1]。

GB 50007-2011《建筑地基基础设计规范》、JTG D63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》、TB 10035-2006《铁路特殊路基设计规范》、JGJ 118-2011《冻土地区建筑地基基础设计规范》是根据土的名称、冻前天然含水量、冻前地下水位至地表距离、平均冻胀率进行冻胀分级[2-5]。

《膨胀土地区建筑技术规范》是根据土的自由膨胀率进行膨胀性分类的[6]。

某寒区铁路隧道衬砌冻胀力分析

１冻胀力计算方法
冻土既不是理想的弹性材料，也不是理想的塑性材料，而是应变硬化或软化的弹塑性材料，且静水压力及主应力影响着屈服与破坏准则，塑性应变增量方向一般也不与屈服面正交。本文主要分析隧道围岩的冻胀，因此，分析中将冻土体视为弹塑性材料来进行模拟。在已有温度场的基础上，采用间接耦合的方法，即把施工结束后最低温度场结果作为温度荷载加到冻胀结构上得出围岩的冻胀对衬砌结构产生的力场结果。
图４冻胀率为００．６时
图５冻胀率为００．６时隧道衬砌的最小主应力等值线图（ａＰ）
隧道衬砌的最大主应力等值线图（ａＰ）
从图４和图５以看出：可施工结束后，在冻胀率为０６．０
时昆仑山隧道衬砌Ｄ９７６０断面的最大拉应力出现在拱Ｋ７＋０
凝土衬砌被拉裂。 Biblioteka 箱２／７２ｓ惜
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００５时昆仑山隧道衬砌Ｄ９７６０断面的混凝土衬砌满．３Ｋ７＋０
足结构安全的要求，在实际施工中在最大拉应力处适当加
‰
图２冻胀率为０３．５时０隧道衬砌的最大主应力等值线Ｉ（ａ￣Ｐ）ｌ
图３冻胀率为００５时．３

包兰线路基土冻胀特性试验分析

堤质量检测与控制工作的发展方向。
参考文献［］Ｇ１－２０，路路基施工技术规范［］１ＪＦ００６公Ｔｓ．［］Ｇ８／－２０，路工程质量检验评定标准［］２ＪＰ０１０４公Ｔｓ．
况下，为充分压实填石路堤和提高生产效率，石料的填
胀特性。试验结果表明，封闭系统下冻胀量随含水量的增大而增长，密实度增加而减少，当冷端在随且
温度降低至一５ｃ时冻胀量增长显著；＝Ｉ开放系统冻胀量远大于封闭系统冻胀量，且与初始含水量有关。
关键词：胀量冻含水量密实度封闭系统开放系统中图分类号：１４文献标识码：１４５ＵＡ
上多达１４处，展５００ｍ，２延０多冻胀量在２ｍ以下的０ｍ达到了近３ｍ０ｋ。对铁路运行安全带来严重威胁，严重制约着列车速度的提升。为了有针对性地防治冻胀，作者分别研究了含水量、密实度和地下水源所形成的
李建宇，刘建坤，继彪孙
（京交通大学土木建筑工程学院，京１０４）北北００４
摘要：过不同含水量、同密实度的封闭系统冻胀试验和开放系统冻胀试验，究了包兰线路基土冻通不研
４由于填石材料密度检测工作量大，作不方便，）操
［］治，光荣，礼彪．硬石料填石路堤修筑技术试验研３郑漆陈坚究［］公路交通科技，０２１（）１．．Ｊ．２０，９６：３１６

冻胀试验

冻胀量试验
目的和适用范围
土体在冻结过程中的冻胀变形量即为冻胀量
本试验的目的是
测定土冻结过程的冻胀量从而计算表征土冻胀性的冻胀率
本规程适用于原状的及扰动的粘质土和砂质土
仪器设备
仪器设备
试验装置由试样盒恒温箱和温控系统温度监测系统变形量测系
统补水系统及加压系统组成
试样盒由外径
温度监测系统由热敏电阻温度计数字电压表组成
的顶底板温度
监测试验
过程中土样顶底板温度和箱温变化
补水系统由恒定水位装置图
通过塑料管与顶板相连
水位应低于顶板与土样接触面
变形监测系统
百分表或位移传感器
量程
分度值
加压系统由加压框架和砝码组成
仪器设备的检定和校准
土样应按自然沉积方向放置剥去蜡封和胶带开启土样筒取出
土样
用切土器将原状土样削成直径为高为的试样称量确
定密度并取余土测定初始含水率
在有机玻璃试样盒内壁涂上一薄层凡士林放在底板上并放一
张滤纸然后将试样从顶装入盒内让其自由滑落在底板上
在试样顶面上放一张滤纸然后放上顶板并稍稍加力以使土
箱内温度为顶底板冷浴温度为
试样恒温并监测温度和变形待试样初始温度均匀达到
以后开始试验
底板温度调节到并持续让试样迅速从底面冻结然
后将底板温度调节到粘质土以砂质土以速度
下降保持箱温和顶板温度均为记录初始水位每隔记录水
位温度和变形量各次试验持续
试验结束后迅速从试样盒中取出试样量测试样高度并测定冻
柱与顶底板接触紧密
将盛有试样的试样盒放入恒温箱内试样周侧顶底板内插入

土壤冻胀特性的试验研究

〔收稿日期〕　2003-08-25土壤冻胀特性的试验研究张世银　汪仁和(安徽理工大学土木工程系)摘　要　通过对不同含水量、不同土样的冻胀试验,得出土壤的冻胀特性与土的含水量、饱和度、塑性指数、冻结温度的关系,并进行深入地分析探讨。

关键词　冻胀　含水量　塑性指数　冻结温度冻结法施工是岩土工程中的一种特殊有效的施工方法,这种方法首先应用在煤矿凿井,目前已在城建、地铁、桥墩锚锭等工程中应用,并掌握了一定的冻结特性和取得了许多成功的经验。

但人工冻结法在岩土工程中应用时,会出现冻胀和融沉现象,这些现象将对工程和环境带来不利的影响,在煤矿冻结法施工中,冻胀会造成冻结管断裂,如谢桥矿井筒在冻结段施工中,冻胀引起冻结管断裂造成淹井,同时岩土的冻胀会危害到附近管线及建筑物的安全。

所以掌握不同的土层以及相同的土层、不同的含水量所形成的冻胀特性,对人工冻结土的进一步安全应用具有实际意义[1,2]。

1　冻胀特性试验内容与方法(1)土样采用不同的粘土层和砂层进行试验,试验严格执行《土工试验方法标准》G B/T50123-1999标准,了解掌握冻胀与土样本身以及各种土样与含水量之间的关系[3]。

(2)取相同土样、相同含水量在不同的温度状态下以及相同的土样在不同的含水量状态下进行试验,试验时密封试样,使试样与大气隔绝,以免水份进入试样而引起含水量增大。

以求冻胀在不同的温度和不同含水量的状态下而变化的规律。

(3)采用粘土、粘土质砂、砂土等不同的土样经烘至恒重后再进行人工冻结,视其在干燥状态下是否存在冻胀。

2　试验结果分析2.1　试验结果根据以上试验方法试验结果如表1～3。

2.2　试验结果分析(1)冻胀量与含水量的关系:由试验结果表明表1　不同土样的冻胀率土样含水量/(%)饱和度/(%)塑限/(%)液限/(%)塑性指数冻胀率/(%)粘土19.4397254520 6.3粘土22.639621.540.519 6.64粘土26.9710018.538.520 6.68砂质粘土22.311002551267..51粘土22.821002754277.8中粗砂14.8581 4.64细砂18.0893 5.08表2　相同土样不同含水量的冻胀率土样含水量/(%)冻胀率/(%)砂质粘土5 1.3砂质粘土10 1.6砂质粘土12 1.7砂质粘土17 2.6砂质粘土20 2.8砂质粘土25 3.9砂质粘土30 4.6砂质粘土34 5.3表3　相同土样不同温度的冻胀率温度/(℃)冻胀率/(%)冻胀增量100-5 1.6 1.6-10 2.10.5-15 2.130.03-20 2.140.01(表2、图1),冻胀量与土样的含水量的关系特别明显,冻胀量随着土样含水量的增大而增大[4]。

混凝土材料的抗冻性评估

混凝土材料的抗冻性评估抗冻性是混凝土材料在低温环境下抵抗冻融循环破坏的能力。

混凝土在冬季或寒冷气候地区广泛应用，因此其抗冻性评估具有重要意义。

本文将探讨混凝土材料的抗冻性评估方法以及常用的抗冻性改善措施。

一、抗冻性评估方法1. 传统试验方法传统的混凝土抗冻性评估方法主要有低温冻融试验和抗冻添加剂试验。

低温冻融试验通过将混凝土试件置于低温条件下进行冻融循环，观察试件的抗冻性能变化。

抗冻添加剂试验则是在混凝土中添加某些具有抗冻性能的添加剂，通过对试验结果的对比来评估混凝土的抗冻性。

2. 数值模拟方法随着计算机技术的发展，数值模拟方法在混凝土抗冻性评估中得到广泛应用。

数值模拟方法可以通过建立混凝土的热学模型和力学模型，计算混凝土在冻融循环过程中的温度变化和应力分布，从而评估混凝土的抗冻性能。

二、抗冻性改善措施1. 优化配合比混凝土的配合比对其抗冻性有着重要影响。

合理的配合比可以提高混凝土的孔隙结构和密实性，降低冻融循环时的温度变化和应力集中程度，从而改善混凝土的抗冻性能。

2. 使用抗冻添加剂抗冻添加剂是提高混凝土抗冻性的有效措施之一。

常用的抗冻添加剂包括空气包结剂、冻融剂和防洪剂等。

这些添加剂能够改善混凝土的孔隙结构，减少冻融循环时的水膨胀和冰晶形成，提高混凝土的抗冻性。

3. 加强养护措施养护是混凝土抗冻性改善的关键环节。

在混凝土浇筑后，应加强养护措施，保持其湿润、避免过早脱模和水凝胶的形成，从而提高混凝土的抗冻性能。

4. 使用高性能混凝土材料高性能混凝土材料具有较高的抗冻性能。

采用高性能混凝土可以提高混凝土的抗冻性，并且具有更好的强度和耐久性。

三、结论混凝土材料的抗冻性评估是保证混凝土工程质量的重要环节。

通过传统试验方法和数值模拟方法可以对混凝土的抗冻性能进行准确评估。

为了提高混凝土的抗冻性，可以采取优化配合比、使用抗冻添加剂、加强养护措施和使用高性能混凝土材料等措施。

这些措施将有助于提高混凝土在低温环境下的抗冻性能，确保混凝土工程的安全和可靠性。

铁路路基冻胀模糊综合评判

１１冻胀影响因素及评价．对文中所讨论的土体冻胀的影响因素很多，土质、如土
Ｕ＝｛，，．ｕ，４１，６１ｕ，，ｕ，，Ｉ｝／２ｓｌ／ｔ５
（）１
式中，，为土体的含水量（）ｕｕ％；为初始干容重（／ｍ） “ ｇｃ￣；３为冻结速率（ｒｄ；，ｅ／）１ａ／４为地下水位埋深（；，ｍ）／／５
国家规范中对地基土冻胀性的评价，采用的是分类法作定性判断，将地基土冻胀性划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强
条件以及土中盐分都会对冻胀产生影响。土中水分的存在是产生冻胀的首要条件。当然，不是并
冻胀等几个类别。这种判断方法实际上已经使用了模糊数
土体冻胀进行预测。模糊评判模型，过主客观赋权相结合的方法确定指标权重，路基实例进行冻胀预测分通对析，与实际冻胀数据比较，评价客观、真实、有效。为预报路基工程病害、进行工程改建和整治设计提供服务。
【关键词】路基冻胀；糊评判；模冻胀预测【中图分类号】Ｔ４５２Ｕ７．【文献标识码】Ｂ【文章编号】１１６６｛ｏ） — １ — ２１ — ８４２９１０００３０００６
为塑性指数（） “ 为总离子含量（ｏ１０土）％；６ｍｍｌ０ｇ。／１３．确定预报指标集
中水分、土体密度、中温度、土温度梯度、荷载、外界水源补给

混凝土冻胀测试标准

混凝土冻胀测试标准1.总则1.1 本标准采用水中浸泡法对试件进行慢冻试验，通过测定产生冻胀的时间表征混凝土的抗冻性。

1.2 SI单元内的数值作为标准值。

1.3 此标准为涵盖混凝土的所有安全性能指标。

使用此标准者可自行建立有关的安全性能指标，并在使用前确定这些指标的极限值。

2.参考文献2.1 ASTM标准C192 实验室混凝土试件配制养护标准C490 硬化水泥浆、砂浆、混凝土长度变化测试标准C682 应用冻胀值评估引气混凝土中粗集料抗冻性标准2.2 ASTM附录附录C671 2个应变框架详图，1个测点安装图，公制单位表3.意义及应用3.1 此标准适用于评价一定养护条件下混凝土的抗冻融性。

结果的实用性依赖于实际测试条件和实验室条件的相关程度。

3.2 此标准适用于评估标准C682中所述的混凝土中集料的抗冻性。

3.3 此标准还适用于混凝土耐久性的研发试验。

详尽的了解冻害作用下混凝土的长度变化可指导设计更加耐久的混凝土。

4.仪器4.1 冷浴容器具有足够的尺寸和深度，以便把试件完全浸入导硅油或煤油中.冷浴装置要保证足够的容积,从而保证煤油和浸泡的试件能够以2.8±0.5度/小时的速度均匀的从1.7度降到-9.4度.冷浴装置中还设有合适的温度数据记录设备.Note 1 使煤油达到饱和仅需很少量的水。

要避免水分过多引起水浴中结冰，用硅油替代煤油可减少气味和火灾隐患。

4.2 恒温水浴设置可完全浸没试件的可制冷水浴，配有温控装置，使试件在试验前和试验循环间隔时保持1.7±0.9度的温度。

4.3 应变测试和记录装置（note2）设置应变框架用意支撑冷浴中的试件并为应变测定校准方向。

应变测试装置的量程为万分之2左右。

note2 线位移转换器配有相应的电子控制和指示装置，保证测试结果稳定、灵敏和可靠。

输出端的多通道记录实用有效。

除了图2所示的记录系统，还可用数据采集器来驱动位移转换器并记录测试的温度和时间数据。

冻胀土的分类

冻胀土的分类
冻胀土的分类主要依据冻胀率进行，具体如下：
1.Ⅰ类不冻胀：冻胀率Kd≤1%，对基础无任何危害。

2.Ⅰ类弱冻胀：冻胀率Kd≤1～
3.5%，不影响建筑物的安
全。

3.Ⅰ类冻胀：冻胀率Kd≤3.5～6 %，地面松散或隆起，
道路翻浆，浅埋基础的建筑物将产生裂缝。

4.Ⅰ类强冻胀：冻胀率Kd＞6%，道路翻浆严重，浅埋基
础的建筑物将可产生严重破坏，即使基础埋深超过冻深，也会因切向冻胀力而使建筑物破坏。

此外，季节性冻胀土按平均冻胀率分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀五类。

以上信息仅供参考，建议查阅关于冻胀土的资料获取更准确的信息。

土壤冻胀程度的实验测定方法

加。
・４８・
维普资讯
吉林交通科技
２０年第２０２期
下恒温调节板、体超热电偶或热力电池、接触液热器、电偶等）热；土样品垂直加压的机械设备（杆式压力机、杠液压式压力机、压式压力机、气电动式压力机等）；测定土样品垂直变形的设备（形自动记录仪、变
土加压。
１１土壤的冻胀程度应该由冻胀相对应变值．
￡来确定，对应变值￡是在能保证规定温度及含ｍ相ｍ
水量条件下，土壤试件冰冻的特制设备中得出的从 ± 样品的试验结果，测定其表面的迁移。并
２４用内侧尺寸符合样品尺寸的金属模板切．
割原状土样，按Ｇ０Ｓ１０用取土环刀（圈）并Ｔ５８采切的方法切割。过预压装置从模板中取出土样．放通并
土壤试件的冻胀相对变形
法 ” 根据实验数据计算所需的防冻厚度。国北方地区道路冻胀问题是主要病害之一．标准可供，我此
同行借鉴、考。参
此标准适用于粉质粘土、粒料土（质粘土填粗粉
充料超出总含量的１％）砂质土（．５０、００ｍｍ的微粒砂超出总含量的２）天然土及人工土。标准是为、此

建筑材料的抗冻与防冻性能评价

建筑材料的抗冻与防冻性能评价在寒冷的冬季，建筑材料的抗冻与防冻性能评价显得尤为重要。

合理选择具有良好抗冻性能的材料，可以有效地防止建筑物受到冻害的影响，保证建筑物的安全和使用寿命。

本文将从理论与实践两方面对建筑材料的抗冻与防冻性能评价进行探讨。

一、抗冻性能的理论评价1.冻胀机理分析建筑材料受到冻害的主要原因是由于水分在冰化过程中产生膨胀，对材料产生破坏。

因此，评价建筑材料的抗冻性能首先需要分析冻胀机理。

常见的冻胀机理有冰晶膨胀机理、毛细吸水冻胀机理等。

通过理论分析和计算模型，可以预测材料在冻融循环中的变形和破坏情况。

2.抗冻性能指标抗冻性能的评价指标多种多样，如抗冻压强、抗冻收缩、抗冻渗透性等。

这些指标可以通过实验室测试或者野外观测来进行评价。

通过量化的指标评价，可以对不同材料的抗冻性能进行对比和选择。

3.抗冻性能的数值模拟和预测为了进一步提高抗冻性能评价的准确性，可以利用数值模拟的方法对材料的抗冻性能进行预测。

数值模拟可以考虑材料的热力学性质、微观结构等因素，从而更加准确地评估抗冻性能，并指导实际工程中的材料选择和使用。

二、抗冻性能的实践评价1.实验室测试实验室测试是评价材料抗冻性能的常用方法之一。

通过在不同温度下进行冻融循环试验，观察材料的变形和破坏情况，可以评估材料的抗冻性能。

同时，还可以通过其他物理性能测试，如强度测试、渗透性测试等，综合评价材料的整体性能。

2.野外观测野外观测是评价材料抗冻性能的另一种重要手段。

通过在实际工程中观察材料的使用情况，特别是在寒冷地区的工程实践中，可以了解材料在实际环境下的表现，评估其抗冻性能。

野外观测可以提供直接的实践经验，对材料选择和使用提供有价值的参考。

3.建筑材料的保温技术除了评价抗冻性能，保温技术也是预防建筑物冻害的重要方法。

合理选择保温材料，采取合适的保温措施，可以有效地减少冻害对建筑物的影响。

保温技术的发展和应用也为建筑材料的抗冻性能评价提供了更加广阔的领域。

兰州地区黄土水平冻胀力分析

DOI ：10.16031/ki.issn.1003-8035.2021.01.14兰州地区黄土水平冻胀力分析张　正，马学宁，朱启有（兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州　730070）摘要：为研究不同含水率黄土在一维冻结融化过程中温度场和水平冻胀力的变化特征规律，选取兰州地区黄土进行了封闭系统下的一维冻结融化试验。

研究结果表明：土体的降温过程分为四个阶段，降温冻结初期各深度土体的温度下降速率较快；土体温度下降到0.4 ℃时降温曲线出现转折点，土层各深度降温速曲线出现近乎平行于横坐标的平稳段；冻结后期各深度土体的温度下降速率较慢。

最大水平冻胀力沿着土体深度先是稳定变化较为小，然后增大到最大值最后减小。

水平冻胀力最大值随含水率有很明显的变化，含水率越高水平冻胀力越大，而其他值的大小受含水率的影响较小，水平冻胀力最大值出现在相对深度0.6～0.8处。

关键词：水平冻胀力；模型试验；冻土；温度场；冻胀中图分类号： TU411.93; P642.15+1−4 文献标志码： A 文章编号： 1003-8035（2021）01-0102-06Experimental analysis of horizontal frost heaving force of loess in Lanzhou City of Gansu Province AreaZHANG Zheng ，MA Xuening ，ZHU Qiyou（College of Civil Engineering , Lanzhou Jiaotong University , Lanzhou , Gansu 730070, China ）Abstract ：In order to study the variation of temperature field and horizontal frost heaving force during the one-dimensional freezing and melting process of loess with different water content, the one-dimensional freezing and melting test under closed system was carried out on the loess from Lanzhou Area. The results show that the cooling process of the soil can be divided into four stages. The temperature drop rate of the soil at each depth is faster when the temperature is frozen. When the temperature drops to 0.4 ℃, the cooling curve shows a turning point, and the depth of the soil decreases. A plateau that is nearly parallel to the abscissa; the temperature of the soil at each depth is slower at the late stage of freezing. The maximum horizontal frost heaving force changes little along the soil depth, then increases to the maximum and finally decreases. The maximum value of horizontal frost heaving force changes obviously with the water content. The higher the water content is, the greater the horizontal frost heaving force is, while the other values are less affected by the water content. The maximum value of horizontal frost heaving force appears at the relative depth of 0.6 to 0.8.Keywords ：horizontal frost heave force ；model test ；frozen soil ；temperature field ；frost heave0　引言冻土是指温度低于0 ℃，且含冰的岩土，其由水、冰、气体和固体矿物颗粒组成[1]。

光伏发电场区地基土冻胀性评价分析

光伏发电场区地基土冻胀性评价分析摘要：通过分析某光伏场地勘察和施工阶段不同时期的地质条件变化，得出了同一场地不同时期的不同地基土冻胀等级。

从分析影响地基土冻胀的主要因素入手，提出了勘察建议。

关键词：桩基冻拔；影响因素我国拥有丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔，光伏板自重荷载较小，对基础承载力要求较低，多采用短桩基础，然而在北方地区存在季节性冻土，因基础冻拔量太大导致光伏板参差不齐，影响采光和发电效率甚至导致光伏板断裂，准确判断地基土的冻胀性对于光伏板基础稳定和整个工程造价都影响重大。

1 基础冻胀力分析在季节冻土区，当土体温度下降到孔隙水结晶点时，原位水和外来迁移水冻结，开始出现冰晶体，发生膨胀，产生附加压力和变形，即为冻胀。

作用于基础上的冻胀力主要分为3类，沿着基础周边表面向上作用的切向冻胀力，作用在基础侧表面、垂直基础侧表面的水平冻胀力，作用在基础底面、垂直于基础底面的法向冻胀力。

对基础产生上拔影响的主要为切向冻胀力，当土体与基础侧表面冻结在一起具有一定冻结强度时，土体向上膨胀运动以剪力形式传递给基础。

切向冻胀力的产生须同时具备2个条件，土体具有冻胀性，土体与基础冻结在一起而产生冻结强度。

2 工程实例在辽宁省某光伏发电场区，拟建场地为湖积形成的低洼地，施工图勘察于5月进行，属枯水期，场地中心内有大面积滞水存在，地下水稳定水位0.6-1.2m，地下水类型为上层滞水。

场地施工于次年6月进行，由于大气蒸发和地下径流等因素影响，场地内滞水消失，地下水位呈下降趋势。

场地内地基土标准冻深为1.4m。

场地内地层见表2.1，淤泥质粉质黏土②层的土工试验结果分析见表2.2。

表2.1 场地内地层结构表表2.2土工试验结果表根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011附录G，上述土样wp+9＜w≤wp+15，冻结期间地下水位距冻结面的最小距离＜2.0m，判断淤泥质粉质黏土②层为特强冻胀土。

而在施工期间，由于地下水位下降，在即便不考虑土层含水量下降的条件下，地下水位距冻结面的最小距离＞2.0m，淤泥质粉质黏土②层可据此判断为强冻胀土，冻胀等级可下降一个级别。

堆石坝垫层材料的冻胀性能

堆石坝垫层材料的冻胀性能于琳琳;徐学燕;李鹏飞;闫自利【摘要】为研究寒冷地区堆石坝垫层材料的冻胀性能,对不同粉粘粒含量(质量分数)、不同含水率(质量分数)的堆石坝垫层材料进行了不同冻结温度、不同冻结速率的冻胀试验.结果表明:冻结温度越低,垫层材料的冻胀量越小,在冻结温度为-3 ～-7 ℃时,冻胀量变化最为显著;垫层材料冻胀量随粉粘粒含量和含水率的增大而增大,随冻结速率的增大而减小,且减小趋势近似线性;在相同粉粘粒含量下,高含水率试样冻胀发展迅速,且发展过程较长.含水率9.0%粉粘粒含量12%或含水率7.5%和9.0%粉粘粒含量15%的垫层材料冻胀级别均为弱冻胀,因此建议工程中选用粉粘粒含量小于12%且含水量小于9.0%的材料作为堆石坝垫层材料.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2010(013)003【总页数】5页(P347-351)【关键词】堆石坝垫层材料;冻胀量;冻结温度;冻结速率;粉粘粒含量;含水率【作者】于琳琳;徐学燕;李鹏飞;闫自利【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090;中交隧道局(西安)第二工程有限公司,陕西,西安,710075;中交隧道局(西安)第二工程有限公司,陕西,西安,710075【正文语种】中文【中图分类】TU445混凝土堆石坝以堆石体为支撑结构，并在其上游设置了混凝土面板作为防渗结构.因混凝土堆石坝具有断面较小、施工方便、适用性强、造价低等优点，因此其得到了普遍的推广和应用[1-3].堆石坝垫层区直接位于混凝土面板下部，其将面板上的水压力均匀地传递于主堆体，是面板的坚强支撑体.然而在寒冷地区冬季，特别是在库水位低于坝后浸润线时，垫层区材料会产生冻胀，这将导致混凝土面板发生破坏[4-5].中国寒冷地区修筑了大量采用混凝土堆石坝形式的水利工程，而由于垫层材料冻胀引起的堆石坝面板隆起、破坏以及库水入渗等严重影响坝体稳定性的冻害屡见不鲜.因此要确保混凝土堆石坝在寒冷地区的正常使用，就必须对垫层材料冻胀性及其影响因素进行研究分析[6].目前对于砂砾石材料冻胀性的研究主要集中在级配、粉粘粒含量和含水量等个别影响因素上[7-10]，而有关冻结温度、冻结速率对砂砾石冻胀性的影响研究较少，关于堆石坝垫层材料冻胀性的系统研究更是少见.因此本文针对寒冷地区堆石坝垫层材料在冬季所处的环境条件，通过室内(哈尔滨工业大学低温试验室)人工冻结试验研究了粉粘粒含量、含水率、冻结温度、水分补给、冻结速率等因素对混凝土堆石坝垫层材料冻胀性的影响，以此对寒冷地区混凝土堆石坝建设提供理论指导.1 垫层材料冻胀试验1.1 试验材料试验所采用的垫层材料为某混凝土堆石坝工程垫层石料.为保持冻胀试验试样筒与石料颗粒最大粒径的比例3～4，取石料颗粒最大粒径为40 mm.制样时剔除粒径大于40 mm的石料颗粒，并按等量替代法制备，其余制样步骤按SL237-011—1999《水工建筑物抗冰冻设计规范》进行.试样高度 180 mm，直径100 mm，干密度2.1 g/cm3(即为实际工程中所用垫层材料的干密度)，含水率1)分别为6.0%，7.5%，9.0%.各试样石料颗粒级配见表1，其中粒径小于0.075 mm的石料颗粒即为粉粘粒.表1 石料颗粒级配Table 1 Stone grain grade(by mass) %Code 20～10 mm 10～5 mm 5～2 mm 2～0.5 mm 0.5～0.25 mm 0.25～0.075 mm ＜0.075 mmⅠ40 20 12 12 6 5 6Ⅱ40 20 10 11 5 6 8Ⅲ40 20 8 11 5 7 10Ⅳ40 20 7 10 4 7 12Ⅴ40 20 6 10 4 6 151.2 试验装置试验装置(见图1)由冻融循环试验箱、冻胀融沉测量仪(自行研制，包括冷媒循环板——顶板和底板、有机玻璃筒、位移传感器、温度传感器等)、DT615数字采集系统、补水装置等组成，其中补水装置由透水板、透水石、补水通道和外部补水箱构成，补水箱的水温通过恒温冷浴进行控制，温度为4℃.冻融循环试验箱具有3个独立的制冷端(控温顶板、控温底板和控温箱体)，每一制冷端均可通过计算机程序实行温度设定、控制及监测，精度为±0.1℃.温度传感器的工作范围为-200～300℃，精度为0.01℃.位移计的量程为20 mm，精度为0.001 mm.温度传感器布置于冻胀融沉仪顶板和底板，并沿试样高度每隔1cm处设置.1.3 试验方案图1 试验装置示意图Fig.1 Sketch of experimental apparatus在冻胀试验装置的有机玻璃筒中将垫层材料填入并分层击实，同时埋设热敏电阻，安装位移传感器，连接数据采集系统，在试样筒侧壁包裹保温材料.先将试样恒温到1℃，然后将试样顶部温度降至冻结温度(恒温和正弦变化温度)，再打开或关闭水分补给装置阀门.1)文中涉及的含水率、颗粒级配等均为质量分数.本试验控制参数如下:冻结温度为-3，-7，-12，-20℃，冻结速率为2，3，4，6 cm/d(参照寒区土体实际冻结速率而定).试验冻结方式为自上而下单向开放式冻结.试验结束条件:(1)试样停止冻胀; (2)冻结深度6 cm无冻胀;(3)冻胀率趋向平稳或减小.2 试验结果分析2.1 冻结温度对冻胀量的影响图2为不同粉粘粒含量、不同含水率垫层材料在不同冻结温度下的冻胀结果.由图2可见:(1)在相同粉粘粒含量和含水率条件下，不同冻结温度对垫层材料冻胀量有着不同的影响.冻结温度在-3～-7℃时，试样冻胀量变化最为显著.冻结温度越低，垫层材料的冻胀量越小.这是因为:冻结温度低导致试样冻结迅速，冻结锋面发展加快，试样内部的水分没有充分时间向冻结峰面迁移，而主要产生原位冻结，同时试样底部的水分补给迁移量大大减少. (2)冻结温度较高时，试样冻胀量会随粉粘粒含量和含水率的增加而增加，冻胀量差异明显;当冻结温度较低时，不同粉粘粒含量和不同含水率试样的冻胀量差异相对较小.图2 冻胀量与冻结温度之间的关系Fig.2 Relationship between frost-heaving amount and freezing temperatureWater content(by mass)/%:◆—6.0;■—7.5;▲—9.02.2 冻结速率对冻胀量的影响冻结速率是试样冻胀发展过程的主要影响因素之一[11-12].笔者对垫层材料进行了不同冻结速率下的冻胀试验，结果如图3所示.图3 冻胀量与冻结速率之间的关系Fig.3 Relationship between frost-heaving amount and freezing rateWater content(by mass)/%:◆—6.0;■—7.5;▲—9.0 从图3可以看出:(1)在相同粉粘粒含量和含水率条件下，冻结速率越大，试样冻胀量越小，且其减小趋势近似为线性.这是由于较大的冻结速率抑制了试样冷生结构的发育，从而减小了试样冻胀量的缘故.(2)试样含水率越高，其冻胀量减小趋势越明显.2.3 粉粘粒含量对冻胀量的影响图4为垫层材料冻胀量与粉粘粒含量之间的关系曲线.由图4可见:(1)试样冻胀量的主要发展阶段为0～50 h，其约占最终冻胀量的80%.(2)在相同含水率与相同冻结时间下，试样冻胀量随其粉粘粒含量的增大而增大，可见除了含水率以外，粉粘粒含量也是垫层材料产生冻胀的主要因素.粉粘粒不仅能够涵养水分，更能为试样冻结时水分的迁移提供必要的通道，同时抵制冻结时碎石的排水作用，因此垫层材料中粉粘粒含量对其冻胀的影响必须给予一定的重视.根据GB 50324—2001《冻土工程地质勘查规范》中土的冻胀分类可知，在本试验条件(含水率为9.0%)下，粉粘粒含量为10%，8%和6%试样的冻胀级别为不冻胀，而粉粘粒含量为15%和12%试样的冻胀级别为弱冻胀，因此当堆石坝采用的垫层材料的粉粘粒(粒径＜0.075 mm)含量大于12%时，必须考虑材料冻胀性对水利工程施工、使用以及安全性的影响.笔者推荐在类似工程中宜优先选用粉粘粒含量小于12%的建筑材料作为堆石坝垫层材料.根据试验数据，对-3℃下含水率为9.0%的试样冻胀量与粉粘粒含量之间的关系进行了拟合，结果如下:式中:Afh为冻胀量，mm;w为粉粘粒含量，%;a，b为试验常数，分别为0.005和7.5.图4 冻胀量与粉粘粒含量之间的关系Fig.4 Relationship between frost-heaving amount and clay contentClay content(by mass)/%:◆—6;■—8;▲—10; —12;✴—15图5为不同粉粘粒含量下试样冻胀量的试验值与计算值结果.从图5可见，该两者的差别较小，说明式(1)在一定程度上可以反映-3℃冻结温度下含水率为9.0%时垫层材料粉粘粒含量对其冻胀量的影响规律.图5 不同粉粘粒含量下试样冻胀量的试验值与计算值Fig.5 Frost-heaving amount from test and calculation of samples with different clay content◆—Test value;■—Calculation value2.4 含水率对冻胀量的影响由于材料所含水分的低温相变是材料发生冻胀的本质所在，因此就含水率对垫层材料冻胀性的影响进行了研究，结果如图6所示.图6 冻胀量与含水率之间的关系Fig.6 Relationship between frost-heaving amount and water content(-3℃) Water content(by mass)/%:◆—6.0;■—7.5;▲—9.0由图6可以看出:(1)在相同粉粘粒含量条件下，在冻结初始阶段，不同含水率试样冻胀曲线的发展趋势大致相同.冻结初始阶段过后，高含水率试样水分迁移明显，冻胀发展迅速，发展过程较长，而低含水率试样的冻胀发展过程较短，较早地进入了稳定状态，这是由于低含水率试样在初始冻结阶段中，其内部大量水分已经迁移至冻结锋面，未冻结部分试样的含水量显著减小，在后续冻结阶段所产生的冻胀已不足以胀满级配碎石的孔隙，因此试样难以产生明显的冻胀量.(2)含水率对垫层材料冻胀性的影响随着试样粉粘粒含量的增加而增强.(3)根据GB 50324—2001可以判定，含水率为 7.5%和9.0%且粉粘粒含量为15%的材料为弱冻胀材料，工程中不宜采用.实际工程中应尽量选择含水量较小(＜9.0%)的材料作为堆石坝垫层材料.3 结论1.冻结温度越低，垫层材料的冻胀量越小.在冻结温度为-3～-7℃时，垫层材料冻胀量的变化最为显著.当冻结温度较高时，垫层材料冻胀量会随其粉粘粒含量和含水率的增加而增加，冻胀量差异明显，当冻结温度较低时，不同粉粘粒含量和不同含水率试样的冻胀量差异相对较小.2.垫层材料冻胀量随冻结速率的增大而减小，且减小趋势近似线性.3.在相同粉粘量含量条件下，含水率高的垫层材料冻胀发展迅速，且发展过程较长，而含水率低的垫层材料的冻胀发展则较早进入了稳定状态.4.含水率9.0%粉粘粒含量12%或含水率7.5%和9.0%粉粘粒含量15%的堆石坝垫层材料冻胀级别均为弱冻胀，因此推荐工程中优先选用粉粘粒含量小于12%且含水量小于9.0%的材料作为堆石坝垫层材料.参考文献:[1] 刘杰.混凝土面板坝碎石垫层料最佳级配试验研究[J].水利水运工程学报，2001(4):1-7. LIU Jie.Experimental study of optimum gradation of crushed stone cushion fo r concrete-face rockfill dam[J].Hydro-Science and Engineering，2001(4):1-7.(in Chinese)[2] 叶柳，孙玉滨，林明.混凝土面板坝垫层设计[J].黑龙江水利科技，2006，34(5):33. YE Liu，SUN Yu-bin，LIN Ming.Design of bedding materials of concrete face[J].Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy，2006，34(5):33.(in Chinese)[3] 春炳林，孟宪忠.乌鲁瓦提面板堆石坝二期坝体垫层料及坡面施工测量控制[J].陕西水力发电，1999，15(4):36-40. CHUN Bing-lin，MENG Xian-zhong.Phase 2 materials of cushion layer for dam body and construction measurement control of slope of Wuluwati facing slab dam[J].Journal of Shanxi Water Power，1999，15(4):36-40.(in Chinese)[4] ANDERSLAND O B，LANDANYI B.Frozen g round engineering[M].New Jersey:John Wiley&Sons，Inc，2004:339-347.[5] 叶阳升，王仲锦，程爱君，等.路基的填料冻胀分类及防冻层设置[J].中国铁道科学，2007，28(1):1-7. YE Yang-sheng，WANG Zhong-jin，CHENG Ai-jun，et al. Frost heave classification of railway subgrade filling material and the design of anti-freezing lay er[J].China Railway Science，2007，28(1):1-7.(in Chinese)[6] 朱纯祥.严寒地区混凝土面板堆石坝施工技术研究[D].西安:西安理工大学，2003. ZHU Chun-xiang.Study of construction technology of concrete facing rock-fill dam in frigid zone[D].Xi'an:Xi'an University of T echnology，2003.(in Chinese)[7] 彭万巍.不同掺合料砂砾石的冻胀试验研究[J].冰川冻土，1988，10(1):22-27. PENG Wan-wei.Frost susceptibility of sandy gravel duringfreezing[J].Journal of Glaciology and Geocryology，1988，10 (1):22-27.(in Chinese)[8] 吉延峻，金会军，张建明，等.中俄原油管道沿线典型土样冻胀性试验研究[J].冰川冻土，2008，30(2):296-300. JI Yan-jun，JIN Hui-jun，ZHANG Jian-ming.Experimental study of the frost-heaving ratio of the ty pical soil samples along the China-Russia crude oil pipeline[J].Journal of Glaciology and Geocry ology，2008，30(2):296-300.(in Chinese)[9] 陈肖柏，王雅卿，何平.砂砾料之冻胀敏感性[J].岩土工程学报，1988，13(3):23-29. CHEN Xiao-bai，WANG Ya-qing，HE Ping.Frost susceptibility of sandy gravel during freezing[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，1988，13(3):23-29.(in Chinese)[10] 李雨浓，张喜发，张冬青.季冻区公路路基细粒土冻胀性分类研究[J].公路交通科技，2007，24(12):50-53. LI Yu-nong，ZHANG Xi-fa，ZHANG Dong-qing.Research on frost heaving classification of fine-g rain soil of highway subgrade in seasonally frozen g round region[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development，2007，24 (12):50-53.(in Chinese)[11] 于琳琳，徐学燕.人工侧向冻结条件下土的冻结试验[J].岩土力学，2009，30(1):231-235. YU Lin-lin，XU Xue-yan.T est analy sis of disturbed soil by lateral artificial freezing[J].Rock and Soil M echanics，2009，30(1):231-235.(in Chinese)[12] LACKNER R.Artificial g round freezing of fully saturated soil—Thermal problem[J].Journal of Engineering M echanics，2005，131(2):211-220.。

冻土冻胀系数

冻土冻胀系数冻土冻胀系数是一种反映冻土层对冻结外部力作用时发生变形程度的定量度量指标，它可以反应出冻土层在受冻结外力作用时，其变形程度多大。

由于受到冻结外力作用，冻土层的抗拉强度和弹性模量降低，从而使冻土层的变形程度增加，也就是冻土冻胀系数增大。

冻土冻胀系数主要用于冻土结构物的设计，比如冻土贯入桩的设计计算。

考虑到冻土冻胀系数的变化，可以更好地预测冻土贯入桩的变形情况，以及桩身贯通力和负拉力等，从而保证冻土贯入桩的正确设计。

此外，冻土冻胀系数也可用于冻土工程设计，例如冻土墙、侧壁等设计，以及钻孔采空区等空洞工程设计。

冻土冻胀系数可以从实际试验和计算两个方面获得。

实际试验是指在试验工厂中，以冻土砂箱为实验介质，通过填入冻土后及时冻结，采集冻土冻胀系数的实验数据。

计算法则是结合冻土力学和冻土物理性质，对冻土结构物的变形程度进行计算，从而求得冻土冻胀系数。

冻土冻胀系数的设计研究，是用来确定冻土结构物在受冻结外力作用时其变形程度的定量指标。

因此，掌握冻土冻胀系数是建设冻土结构物的前提，可以为冻土结构物的设计和施工提供参考。

首先，应考虑地区的气候特点，选择合适的冻土冻胀系数，以保证冻土结构物的变形程度不超过规定的安全可靠水平。

其次，应根据冻土工程实际特性，选用与冻土结构物有关的设计参数，比如冻土深度、冻融层厚度等，以保证冻土贯入桩或其他结构物的设计精度和可靠性。

此外，在冻土工程设计中，还要根据冻土层变形特点，采用相应的施工方式和工艺措施，以保证施工质量和施工安全。

例如，在冻土贯入桩的施工中，要注意冻土的破坏性变形，应采用适当的施工工艺措施，以确保施工质量。

此外，还要注意施工前的土体试验、施工期间的土体性状变化等情况，以加以控制，确保施工质量及施工安全。

总之，冻土冻胀系数是指冻土受外力作用时发生变形程度的度量，是掌握冻土结构物抗变形能力的重要参数。

因此，在冻土工程设计和施工中，对冻土冻胀系数应作出充分考虑，以保证冻土结构物的正确设计和安全施工。

附录G：地基土的冻胀性分类及建筑基础地面下允许冻土层最大厚度

附录G 地基土的冻胀性分类及建筑建筑
基础地面下允许冻土层最大厚度
G.0.l地基土的冻胀性分类，可按表G.0.1分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀。

注：1，ωp——塑限含水量(%)；
ω——在冻土层内冻前天然含水量的平均值(%)；
2，盐渍化冻土不在表列；
3，塑性指数大于22时．冻胀性降低一级；
4，粒径小于0.005mm的颗粒含量大干60%时，为不冻胀土；
5，碎石类土当充填物大于全部质量的40%时，其冻胀性按充填物土的类别判断；
6，碎石土、砾砂、粗砂、中砂（粒径小于0.075mm颗粒含量不大于l5%）、细砂（粒径小于0.075mm颗粒含量不大于10%）均按不冻胀考虑。

(m)，可按表G.0.2查取。

G.0.2建筑基础底面下允许冻土层最大厚度h
max
注：1，本表只汁算法向冻胀力，如果基侧存在切向冻胀力，应采取防切向力措施；
2，基础宽度小于0.6m时不通用，矩形基础取短边尺寸按方形基础计算；
3，表中数据不适用于淤泥、淤泥质土和欠固结土；
4，计算基底平均压力时取永久作用的标准组合值乘以0.9．可以内插。

不同含泥量与含水率下铁路板结道床的冻胀特性_赵成江

Frost Heaving Behaviors of Hardened Ballast Beds under Different Content of
Clay and Water
ZHAO Cheng － jiang1 ，WANG Xiao － rong1 ，XIA Qiong2 ，JIN Zeng － fang1 （ 1． Northwest Research Institute Co． Ltd of China Railway Engineering Corporation，Lanzhou，Gansu 730000，China； 2． Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou，Gansu 730000，China ） Abstract： Research purposes： The frost heaving is not generated in clean ballast bed． It will be frost heaving if the ballast bed mixed with more than 12% to 15% silt clay particles． In this paper，by testing the silt content in interior hardened ballast and analyzing for frost heaving tests with different clay and water content，the frost heaving features of interior hardened ballast are found． Research conclusions： By testing the silt content in interior hardened ballast and analyzing for frost heaving tests with different clay and water content，it states that the frost heaving rate is generally less than 4% when the silt content in ballast exceeds standard，and the frost heaving of ballast is the result of a combination of silt content and water content， so proof and drainage system must be good meanwhile effect of silt content on frost heaving should be paid attention to． The harmfulness of weak frost heaving behavior for ballast linear engineering treatment is greater than normal structures， and more attention should be paid． Key words： hardened ballast beds； frost － heaving； clay content； water content