冻胀试验
冻胀融沉试验方法及粘土冻胀特性研究
冻胀融沉试验方法及粘土冻胀特性研究
冻土区域在我国广泛分布,冻土病害问题突出,已经严重影响到了我国冻土
地区的基础工程建设速度和地区发展。
冻胀融沉是众多冻害中最为常见的,也较难处理的一种。
目前有关冻土冻胀特性方面的研究不够成熟,在试验方法,冻胀机理,冻胀模型等多方面都有待深入和完善。
本文针对土体冻胀特性的试验方法和冻胀机理,冻胀规律进行研究。
本文的主要研究内容包括：1)建立土体冻胀的一维侧限和三维等压试验方法；
2)开展一维侧限冻胀试验,通过正交试验研究土体成分、含盐量、土体含水量、土体初始干密度、冻融循环对土体体积变形的影响；3)开展三维等压冻胀试验,研究膨润土的冻胀机理；4)总结土样冻胀规律,建立了土体冻结过程中体积变化预测理论模型。
通过研究,本文取得了以下成果和发现：1)建立了一维侧限冻胀试验的试验方法,并针对侧壁约束效应,提出了体积变形修正公式；2)设计并加工了温控体变仪,能够用于等压条件下的冻胀曲线测量；3)在冻胀试验中,发现粘土在冻结过程中,随饱和度增高,土体体变规律从收缩过度为膨胀。
其机理可能在于孔隙水结晶胶结引起的收缩变形,和孔隙水结晶体体积膨胀引起的土体结构膨胀共同作用。
基于此机理,本文给出了关于土样体积变化的简化预测模型。
多年冻土区典型土样冻胀特性试验研究
李
奋等 ： 多年冻土 区典型土样冻胀特性试验研 究
制作选 用重型击实筒 。试样制作好后用定制的塑料筒 密封。 由于试验条件有 限， 本试验为封闭系统 下的冻胀试验。 观测方法 ： 为了让试样能 够迅速冻 结 ， 将试 样外 界温度
设置 为 一１ ５ ￣ Ｃ。持续 ０ ． ５ ｈ后记 录百分表 读数 ， 并 将 温度设
置到 一 ２ ． Ｏ ℃， 持续 １ ｈ 后记 录百分表读数 。随后 调整温度 到
进行。
２ ． ５
压实度 ８ ５
．
／ Ｊ Ｉ ／
堡 ２ ． ０
瓣
ｍ ／
两种 土样分 别进 行冻胀率 试验 ， 压实 度分别采 用 ０ ． ８ ５ 、 ０ ． ９ ０ 、 ０ ． ９ ５ ， 含水 量分别控 制为 １ ２ ． ５ ％、 １ ６ ． ４ － ％、 ２ ０ ． ５ ％来 分
一
２ ． ３ ￣ Ｃ， 持续 １ ｈ 后记 录百分表读数 。如此类 推 ， 每隔 １ ｈ降
３ 试 验 结 果 分 析
低设置温度 ０ ． ３ ￣ Ｃ， 记 录百 分表读数 １ 次， 试 验持续 ７ ２ ｈ 。
２ 试 验 结 果
３ ． １ 含水量 与冻胀率
３ ． Ｏ
▲
土样选取多 年冻 土区青藏 高原清水 河粘 土和北 麓河 粉 质粘土进行试验 研究 ， 试样制备过程严格按照 中华人 民共 和 国 国家 标 准 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ５ ０ １ ２ ３—１ ９ ９ ９《 土 工 试 验 方 法 标 准》
兰新铁路季节冻土冻胀特性试验分析
１ ．０ ００ ８ｏ ．０
吕 自
６ｏ ．ｏ
４ｏ ．０
螂
凿
２０ ．０ ０ｏ ．０
Байду номын сангаас
Ｏ
５ ｏ １ｏ １０ Ｏ ０ ２ ０ ０ Ｏ ０ Ｏ ０ ５ ｏ ２ ｏ ５ ｏ ３ ｏ
时 间／ ｎ ｍｉ
—
大冻胀量 ， 封闭体系冻胀量 的增 长要 比开放体 系早 。
１ ．０ ４０ ｇ １ ．０ ０Ｏ
下， 由于水分迁移速度与冻土冷却率之 间的关 系， 冻胀 量 比较大 ， 压实度影响较小 。 在冻胀量试验后 发 现试样 上端 密度 比下端小 ， 这
是上端水分冻 结膨胀 ， 冰吸其下土样 的水分 ， 上面部分
时间／ ｉ ｍｎ
面
００ ． ６
． ｔ Ｏ ９ － － ｒ ． ５ － － ｔ Ｏ． ０ － ｌ ．０ ４ ／ ８ ＝ １ ＝Ｏ － ／ ８ ｔ ＝
图６ 不 同压 实 度 下 冻胀 量 随 时 间的 变化 （ ： ０ ｗ ２ ％，开 放 体 系 ）
从 图 ５ 图 ６中可 以看 出 ： 开 放体 系 下 ， 在 同 、 在 并
从 图 ７ 图 ８中可 以看 出 ： 、 在封 闭 体系 下 ， 样在 土
较短 的时间 内就 达到 了很 大 的冻胀 量 ，２０ ｉ 冻 １０ ｒｎ后 ａ 胀量趋 于平稳 。可见 ， 闭体 系下 压实度 对冻胀 量 的 封 影 响大于开放体系下 的。这是 因为土样在封 闭体 系下 冻结 ， 只有土体 内部的水分迁移 ， 般也不会产生大 的 一 冻胀 ， 压实度影响 比较大 ， 而在有外来水源 的补给条件
一
含 水 率 下 ， 胀 量 随 压实 度 的增 加 而 降低 ， 说 明 土 冻 这
汾河灌区现浇混凝土渠道衬砌冻胀试验研究
［ 关键词 ］ 浇混凝土渠道 ； 现 弧形坡脚梯形断面； 冻胀破 坏试验 ［ 中图分类号 ］ Ｖ ９ ．＊ Ｔ ６８ ６ ２ ［ 文献标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号 ］０４ ７４ （０ ０ ０ — ０ ３ ０ １０ — ０ ２ ２ １ ）１ ０ ５ — ２
１ 基本情 况
渠道衬砌层位移采用固定标点法 ，分别在渠底中心 、 坡角弧度 中心 、／ 设计水位点 、／ 设计水位点 、 １ ３ ２ ３ 设计 水位点及渠道超高保护 中点埋设 ６ 处观测点 ， 中点 其
汾河灌 区渠道防渗冻胀试验段位于太原市晋源
区野 庄 村 东 ，桩 号 为 汾河 一 坝 西 干渠 ４ ＋ ５ ． ４ ＋ ２ ９ ８９ ３
０８ ， ０ ． 渠道为东西走 向， ９ 断面型式为弧形坡角梯形断 面 ，设计流量 ４ ５ｍ／，坡角弧度半径 ３ ． ３ ７ ｓ ．ｍ，渠深 ０ ２ ． ｍ，渠 底 宽 ２ ２ ． ｍ，边 坡 １１ ５ ０ ：． ，渠 道 纵 比降 ２ １３ ３ ， ／ ９属半 挖半 填渠 道 。 验 区地处 大陆性 季风 带 ， ０ 试 年平均气温 １℃， ０ 最高气温 ３． 最低气温一 ５ ９ ℃， ４ ２ ℃。 多年来 ， 汾河灌 区实施错峰供水机制 ， 下游局部地区 采 取冬 季蓄 水灌 溉模 式 ， 此次 试 验渠 段属 上 游 主要输
冻胀力和冻融沉降变位 ， 具体型式为 ： 全断面铺设土 工 膜作 为 防渗层 ， 性 防渗衬 砌层 采用 现 浇 Ｃ ０混 凝 刚 ２ 土， 内衬 ０ ｍ Ｏ ｍ的 ８ ． ｘ． ２ ２ 号铅丝 网， 底部坡角弧度半 径３ 每５ ｍ， ｍ设伸缩缝填充沥青砂浆 。
２２ 观 测 项 目设 计 ．
３２ 试 验 场 气温分析 ．
衬砌层渠基产生冻胀主要基于土壤水分 、土质 、
基坑冻土挡墙冻胀影响因素试验
基坑冻土挡墙冻胀影响因素试验作者：李长雨潘殿琦来源：《环球市场信息导报》2014年第11期为研究基坑冻土挡墙冻胀影响因素，采用试验分析的方法，对长春西客站基坑土体在含水量为13%、15%、17%、19%、21%和23%下，在模拟实际冻融环境，设定最低冻融温度分别为-10℃、-15℃、-20℃和-25℃进行六次冻融循环试验，测量试件的冻胀量。
通过试验数据分析得到得出了在含水量和最低冻胀温度一定情况下，一次冻融循环的冻胀量最大，并且冻胀量随冻融循环次数增加而降低，在第五、六次冻融循环时冻胀量基本上维持在一定数值上下，变化幅值不大；在冻融循环次数和含水量一定的情况下，冻胀量随着最低冻融温度的降低而增大；在冻融循环次数和最低冻融温度一定的情况下，冻胀量随着含水量的增加而增大的结论。
该成果可为基坑冻土挡墙工程设计和施工提供理论依据。
我国幅员辽阔，多年性冻土地区和季节性冻土地区在国内的分布范围比较广泛。
随着国家经济的快速发展，在交通、水利、矿山等方面的建设也在加快，特别是交通事业更是发展迅猛，但是在这些多年冻土和季节性冻土地区所进行的建设，经常要面临着一个非常棘手的问题这就是这些地区的冻胀现象。
基坑支护过程中，冻土挡墙依靠自身的墙体抵抗墙后的水土压力，冻土墙设计的关键是控制其强度和稳定性。
因此，墙体需要一定厚度，且冻土墙的强度应满足强度的要求，也就有必要确定强度与厚度的关系，以保证支护结构的安全。
冻土具有较高的强度，由于冻土是非均质的，冻土的强度受到土质、含水率、冻结温度等因素的影响。
国内对于基坑冻土墙的研究，基于室内模型的试验研究，冻结温度、墙体厚度、土压力、时间很好控制，受外界环境影响较小，现场的基坑围护施工中，由于工程地质和水文地质条件复杂，地质条件具有很大的不均匀性，冻土墙基本与大气完全接触，受环境影响较大，且施工单位难以做到有效的监测与控制，很多只是对冻土挡墙的温度、应力与应变进行监测，且测温孔的测温数据只能代表局部冻结状况，很难掌握冻结帷幕的整体情况，难以准确监测并控制冻结法施工。
黑龙江漠河段粗砂土冻胀性试验研究
Journal of Northeast Agricultural University东北农业大学学报第52卷第4期52(4):88~962021年4月April 2021黑龙江漠河段粗砂土冻胀性试验研究汪恩良1,2，许春光1，韩红卫1,2*，于俊1，马文博1（1.东北农业大学水利与土木工程学院，哈尔滨150030；2.黑龙江省寒区水资源与水利工程重点试验室，哈尔滨150030）摘要：冻胀灾害是季节性冻土区建筑工程中常遇问题，为研究黑龙江漠河段流域粗砂土冻胀特性，取该流域河漫滩粗砂土，采用试验规范中规定温度控制模式和有侧限单向冻结方式，对不同含水率和干密度粗砂土开展冻胀试验。
结果表明，在粗砂土冻胀试验中，粗砂土冻结过程主要分为4个阶段：过冷阶段、温度突变阶段、孔隙水结晶阶段和稳定冻结阶段，粗砂土起始冻结温度为-0.19℃。
在冻结过程中探究粗砂土试样内部温度场和温度梯度随时间发展规律，温度梯度随时间推移逐渐增加。
在各试验条件下粗砂土冻胀率均小于1%，黑龙江漠河段流域粗砂土属于冻胀不敏感土类。
在试验范围内，粗砂土冻胀率随试样含水率增大而增大，随试样干密度增大而增大，粗砂土冻胀率与干密度和含水率呈线性关系。
关键词：黑龙江；粗砂土；冻胀；冻胀率中图分类号：TU445文献标志码：A文章编号：1005-9369（2021）04-0088-09汪恩良,许春光,韩红卫,等.黑龙江漠河段粗砂土冻胀性试验研究[J].东北农业大学学报,2021,52(4):88-96.DOI ：10.19720/ki.issn.1005-9369.2021.04.0010.Wang Enliang,Xu Chunguang,Han Hongwei,et al.Experimental study on frost heave of coarse sandy soil in Mohe section of Heilongjiang River[J].Journal of Northeast Agricultural University,2021,52(4):88-96.(in Chinese with English abstract)DOI ：10.19720/ki.issn.1005-9369.2021.04.0010.Experimental study on frost heave of coarse sandy soil in Mohesection of Heilongjiang River/WANG Enliang 1,2,XU Chunguang 1,HAN Hongwei 1,2,YUJun 1,MA Wenbo 1(1.School of Water Conservancy and Civil Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Water Resources and Water Conservancy Engineering,Harbin 150030,China)Abstract:Frost heaving disaster is a common problem in the construction engineering ofseasonal frozen soil area.In order to study the frost heaving characteristics of coarse sandy soil in Mohe section of Heilongjiang River,the flood plain coarse sandy soil in the basin was taken and the temperature control mode specified in the test specification and the unilateral freezing mode with side limit were adopted to carry out the frost heaving test on coarse sandy soil with different moisture contents and dry densities.The results showed that the freezing process of coarse sand was divided into the following four stages:supercooling stage,abrupt temperature change stage,pore water crystallization stage and stable freezing stage,and the initial freezing temperature of coarse sandy soil was -0.19℃.In the process of freezing,the development law of temperature field and temperature gradient in coarse sand samples with time was studied.The freeze-heaving rate of coarse sandy soil in Mohe section of Heilongjiang River was less than 1%under all the test conditions.Within the test range,the frost heaving rate of coarse sandy soil increased with the increase of sample moisture content,and基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFC0407301，2018YFC0407304）；黑龙江省自然科学基金项目（LH2020E004）作者简介：汪恩良（1971-），男，教授，博士，研究方向为工程冻土及水工建筑物冻害防治技术。
季节性冻土的冻胀试验系统及应用
图１ 冻胀试验基坑混凝土锚及地脚螺栓
图２ 冻胀试 验反力梁
收稿 日期 ： ０ １—０ ２１ ８—１ ８
、
作者 简介 ： 邢
爽（９２一）女 ， １８ ， 辽宁省辽阳市人 ， 东北电力大学建筑工程学院讲师 ， 硕士， 主要研究方向： 季节性冻土及结构基础承载力
、
东北电力大学学报
第３ ｌ卷
３ 冻 胀 试验 结果
利用 上述 冻胀 试验 系 统对基 坑 内冻 胀性 试验 土样 及基 坑周 围原状 土 的土 中温度 、 冻结深 度 、 冻胀 位
移、 原状土的冻胀 力、 大气温度进行 一个冻融 周期的连续观测 ， 试验结果如下
３ １ 气温 、 ． 土温
一 日 平均气温 ■
对采集的试验数据进行处理 ， 平 均气温 日
摘
要： 介绍 了季节性 冻土 的冻 胀试验 系统 的组成 及冻土 的冻胀参 数的测量 方法 ， 并利用该 系统
对某冻胀性试验 土样 的冻胀参数进行一个 自然冻 融周期 的观 测 ， 到土 温 、 温 、 融深度 、 胀力 、 得 气 冻 冻 冻 胀位移等数据 的变化曲线 ， 通过分析试 验数据得出土的冻胀参数变化 规律 。 关 键 词： 季节性冻土 ； 冻胀参数 ； 量 ； 测 冻胀特性
１ 冻胀 试 验 系统
冻胀试 验场地位 于 Ｅ本北海 道北见工 业大学 内 ， ｔ 建于 ２ ０ ０ ３年 ６月 ， 冻胀试 验用 的基 坑尺寸 为 ３４ ｍ ９ ０ｍ × ６ ０ｍｍ ｘ ０ ｍ（ ） 基 坑开挖 时 ， ３４ ７０ｍ 深 ， 在地下 ２ｍ处 设 置钢 筋 混凝 土 锚 ， 图 １所示 ， 寸 为 ６ ０ｍ × 如 尺 ０ ｍ
时间 （ ｏｒ ｈｕ ）
109线橡皮山段砂质粉土冻胀特性试验研究
我 国是世界上第三 冻土大 国 ，整个 冻土区约 占全 国面积 的 ７ ０％ ，其 中季节 性性冻 土分 布约 占国土 面 积的５ ５％ ，季 节性 冻 土 区冻胀 病 害严 重” 。 自上 ｊ
世 纪开始 ，人们 就认识 到土的冻胀 问题 对道路 的破 坏 作 用 ，并且 明 白水 分 迁移 是导 致 土体 冻 胀 的 主要 根 源。随后 在世界 各国逐 渐开展 以防止或减轻冻胀 为 目 的的冻胀研究 。 国道 １９线青海省境 内橡皮 山段部 分地段冻胀 翻 ０ 浆严重 ，影 响公路 的安全快速运 营 ，每年还耗 费大量
路 基 工 程
・
８ ・ ６
Ｓｂｒ ｅ ｎｉ ｅｎ ｕｇ ｄ ｇ ｅｒｇ ａ Ｅ ｎ ｉ
２１ ０２年第 ２期 （ 总第 １ １ ） ６ 期
１９线橡 皮 山段 砂 质 粉 土源自冻胀 特性 试 验研 究 ０彭光 堂 ，刘红兵 ，刘建坤 ．
（ ．北 京交 通大学土木建筑工程学院 ，北京 １０ ４ ；２ １ ００ ４ ．吉林 市市政建设有限责任公司 ，吉林吉林 １２ ０ ） ０ １ ３
０ １ １２ ＠ ｂｔ． ｄ ．ｎ ９ ５ ８ ｊ ｅ ｕ ｅ 。 ２ ｕ
变形监 测 仪 为 百 分 表 ，采 用 人 工 读 数 ，精 度
０ ０ １ ｍｍ ． ０
彭光 堂 ，等 ：１９线橡皮 山段砂质粉土 冻胀 特性试验研究 ０
・ ７・ ８
步 人 式低 温恒 温 室 通 过 热 敏 电 阻 温 度 计 和 温 度 控制 仪 进 行 恒 温 控 制 ，使 试 验 期 间 室 温 保 持 在
的资金对 其 进行 维 护 ，有 必要 进 行 冻胀 相 关机 理 研 究 。本文 通过在 封闭系统下单 向固结 ，在静荷 载作用 下 对重塑土进行了一维冻胀试验 ，探讨 了在含水 量变 化以及封闭系统与开敞系统情况下的土体冻胀 特性规
冻胀试验
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壁厚为高为的有机玻璃筒作为侧壁沿高度每隔设热敏电阻温度计插入孔底板和顶盖结构能提供恒温液循环和外界水源补充通道如图恒温箱容积不小于内设冷液循环管路和加热器功率为通过热敏电阻温度计与温度控制仪相连使试验期间箱温保持在温度控制系统由低温循环浴和温度控制仪组成提供试验所需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热敏电阻温度计应参照标准铂电阻温度计检定规程进行检定百分表或位移传感器应按大量程百分表检定规程进行检定图试样盒结构示意图供水装置百分表保温材料加压装置正温循环液进出口热敏电阻测温点负温循环液进出口温度控制仪应参照有关检定规程检定加压系统应以三等测力计进行比对检定操作步骤原状土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热敏电阻温度计试样周侧包裹厚的泡沫塑料保温连接顶底板冷液循环管路及底板补水管路供水并排除底板内气泡调节供水装置水位若考虑无水源补充状态可切断供水安装百分表或位移传感器若需模拟原状土天然受力状态可施加相应的荷载开启恒温箱试样顶底板冷浴设定恒温箱冷浴温度为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结深度扰动土称取风干土样加纯水拌和呈稀泥浆装入内径为的有机玻璃筒内加压固结直至达到所需初始含水率要求后将土样从有机玻璃筒中推出并将土样高度切削到按本规程至的规定进行试验计算按式计算冻胀率式中冻胀率试样总冻胀量冻结深度不包括冻胀量记录本试验记录格式如表工程名称土样编号试验日期表冻胀量试验记录表试验者计算者校核者试样含水率试样密度土样结构序号时间测温数字电压表读数变形量备注。
东北地区客运专线冻胀融沉规律试验研究
０ ． ４
声屏障
电缆槽
４ ％
声屏 障 基础
４ ％
４ ％
４％
—
—
—
Ｌ 兰 床 底 层 ４ ％
路基本体
图１ 双 线 无 砟 轨 道 路 堤 设 计 标 准横 断面 （ 单位 ： ｍ）
用 级配 碎石 填筑 ， 要 求细 颗粒 含 量 不 大 于 ５ ％； 基 床表
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—１ ０—１ ４ 第一作者简 介 ： 雷 晓雨 （ １ ９ ８ ３ 一 ）， 男， ２ ０ １ ２年毕业于天津大学 岩土工程 专业， 工学博 士 ， 工程师 。
２ ． １ 观 测 内容
（ １ ） 地温 观测
在 各试 验断 面不 同 位置 和 深 度布 置 地 温观 测 点 ， 以观测 路基 填料 和原 地 面季 节 冻 土 的地 温 ， 目的是 掌 握地 温分布 和变化 情况 以及季 节冻 土最大 冻深 的位置
… — — — — 一 ‘。 — — — — —’’ 一 — — — — — — — — — — — ‘‘ — — — — — — ’。。’。。～
Ｌ Ｅ Ｉ Ｘｉ ａ ｏ ｙ ｕ Ｓ Ｕ Ｉ Ｘｉ ａ ｏ ｍｉ ｎ Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｙ ＡＮＧ Ｍｉ ｎ ｇ ｙ ｕ ＨＥ Ｓ ｈ ｕ ｌ ｉ ｎ ｇ
摘
要
路 基 的 冻 害严重影 响 高速铁 路 的正 常运 行 ， 正确 把 握路 基 冻 融规 律 成 为 了一 个 亟待 解 决
挖后 ， 利用级 配碎 石掺水 泥 回填 的措 施 ， 换 填深度 分为 ０ ． ４ ｒ ｎ和 ０ ． ７ ｍ两 种形式 。如 图 ２所示 。
左线 右 线
和数据 处理 。该 方法 适应 于常规 监测方 法无 法监测 或
青藏高原季冻区砂砾土冻胀特性试验
青藏高原季冻区砂砾土冻胀特性试验岑国平;龙小勇;洪刚;刘垍荧;王新忠;贾勇【摘要】In order to explore frost heaving properties of gravel soil containing mud in seasonal frozen region of Qinghai-Tibet Plateau, and provide the foundation for airport engineering anti-freezing expansion design, Particle analysis experiment and compaction experiment were conducted to provide the basis indoor frost heaving rate experiment. Then it improved for gravel soil particle size characteristics of large heaving rate based on traditional means of laboratory experiments, following the improved apparatus a series of sets of orthogonal frost heave indoor tests were conducted to study the influence of factors including degree of compaction, moisture content, silt content, overlying load, water replenishing on frost heaving ratio by the improved experiment device. The test results show that frost heaving ratio of gravel soil containing mud in seasonal frozen region of Qinghai-Tibet Plateau showed a trend of decrease after the first increase with the increase of degree of compaction in a sealed environment, and approaches its maximum at the compaction degree of 95%;increases linearly with the increase of moisture content, increases with the increase of silt content corresponding to a polynomial function; Gently decreases at an exponential functional with the increase of overlying load. Frost heaving ratio increases over three times under the condition of the water replenishing. Multi-factor regression forecast formula is obtained by the multiple regression analysis. The influence ofvarious factors on frost heaving ratio decreasing order: water replenishing, moisture content, silt content, degree of compaction, overlying load. Consequently, it is the key of anti-freezing expansion design to control water replenishing, moisture content, silt content.%为探索青藏高原季冻区砂砾土的冻胀特性,为机场工程防冻胀设计提供依据,首先进行颗粒分析实验、击实实验等砂砾土的基本特性实验,为冻胀率室内实验提供相应依据,然后在传统冻胀率室内实验装置的基础上针对砂砾土粒径大的特点进行改进,利用改进后装置进行一系列正交试验,研究含水率、含泥量、压实度、上覆荷载、补水对冻胀率的影响规律.试验结果表明:在封闭条件下,冻胀率随含水率的增大而线性增大;随含泥量的增大呈非线性关系递增;随压实度的增大呈先增大后减小的趋势,在压实度为95%的状态下达到最大值;随上覆荷载的增大呈线性关系平缓递减.在外界补水条件下,冻胀率增大3倍以上.经多元回归分析,得到了多因素综合影响下的回归预报公式.各个因素对冻胀率的影响从大到小依次为:补水,含水率,含泥量,压实度,上覆荷载.在工程实际中,控制补水、含水率、含泥量是防冻胀设计的关键.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2016(048)003【总页数】7页(P53-59)【关键词】机场土基;砂砾土;冻胀;含水率;含泥量;多元回归分析【作者】岑国平;龙小勇;洪刚;刘垍荧;王新忠;贾勇【作者单位】空军工程大学航空航天工程学院,710038 西安;空军工程大学航空航天工程学院,710038 西安;空军工程大学航空航天工程学院,710038 西安;空军工程大学航空航天工程学院,710038 西安;中国民航机场建设集团公司,710075 西安;中国民航机场建设集团公司,710075 西安【正文语种】中文【中图分类】TU411.99机场土基不均匀冻胀变形是机场工程破坏的重要原因之一. 因此，在进行机场工程建设之前，必须对机场土基作出冻胀性评价，以便采取有效的防冻胀措施，确保机场工程的安全可靠. 土体的冻胀特性一直是国内外研究的焦点，国外学者Everett[1]首先提出毛细理论，对冻胀和冻胀力进行了定量解释和估计，但却不能解释不连续冰透镜的形成原因且低估了细颗粒土中的冻胀压力. 认识到了毛细理论的不足，Miller[2]提出在冻结锋面和最暖冰透镜底面存在一个低含水量、低导湿率和无冻胀的带，称为冻结缘. 冻结缘理论在一定程度上克服了毛细理论的不足，得到广大学者的认可. 这两大冻胀理论的提出为冻胀研究奠定了基础. 国内学者吴紫汪[3]对土的冻胀机制、动力及变化规律进行了研究，为道路工程的冻胀成因、分类和病害防治措施的制定提供了理论依据. 陈肖柏[4]提出饱水砂砾料冻结时的冻胀敏感性主要受细粒土含量及冻结条件的影响. 王天亮等[5]通过葡氏击实和冻胀试验，研究了不同细粒土含量、不同干密度条件下细圆砾土填料的冻胀特性. 巨娟丽[6]通过室内试验对白砂岩土的冻胀率冻胀特性进行了研究. 程佳等[7]研究了青藏铁路多年冻土区典型土样的冻胀特性. 刘新华等[8]研究了季节冻土冻胀和融沉与土质、密度、含水率等性质的关系. 高志华[9]选取了21组土样进行分析，从颗粒组成、毛细水上升高度等分析青藏铁路冻胀出现的可能性. 张以晨等[10]对5种粗粒土13种不同含泥量土料在不同含水率、饱和度和密实度状态下进行了一系列封闭系统下的冻胀模拟试验. 研究了各种粗粒土的η-w关系，并对其进行线性分析，揭示了粗粒土的冻胀规律. 徐洪坤等[11]建立了考虑水热耦合迁移的Clausius-Clapeyron方程，推导了机场道基一维垂直向冻胀位移的积分表达式，建立了寒区机场道基冻胀预测模型. 杨锐等[12]从能量平衡角度，推导了作用在基层底面的冻胀应力解析式，并在某机场改造工程中作了验算. 李博等[13]分析了造成机场冻胀的各种因素，提出了机场工程冻土土基处理的措施. 闫永刚等[14]分析了西北壁滩机场道面冻胀产生的原因，提出了消除冻胀的方法. 沈哲等[15]指出高寒地区机场土基的冻胀受降温速率、土样的含水率、上覆荷载等因素的影响，并存在复杂的函数关系.综上研究成果，关于季冻区土基冻胀影响因素和工程实践方面的研究比较少；关于机场冻胀的研究也仅有零星报道，且研究成果比较零散，不成系统，缺乏有效的工程实际价值；而关于砂砾土较多青藏高原季冻区机场冻胀的研究更是未见报道. 因此，有必要结合青藏高原季冻区独特的气候和土壤特点，对砂砾土进行冻胀室内试验，研究其冻胀特性并总结规律，结合工程实际提出建议，为青藏高原季冻区机场工程冻害防治提供理论依据.试验所用土样取自果洛自治州大武机场现场段，将土样装袋并用货车运送至西安，在实验室内进行过滤杂质、风干等处理. 试验土样包括天然砂砾土和表层粉土，天然砂砾土为主要试验对象，表层粉土为对照试验对象. 通过筛分试验，测得天然砂砾土中直径小于0.075 mm的颗粒的质量分数(以下简称含泥量)为6.9%，表层粉土的含泥量为50%，将这两种土样按不同的比例掺合均匀，即可得到试验所需的含泥量为10%、15%、20%、25%、45%的土样. 已有研究表明，土样颗粒级配对土样的冻胀有明显的影响[10]. 按公路土工试验规程[16]规定的方法，通过颗粒分析试验得到两种土样的颗粒级配曲线如图1所示. 由图1可知，天然砂砾土和表层粉土级配良好，属于冻胀敏感性土类.对含泥量为10%、15%、20%、25%、45%的砂砾土进行标准击实试验，得到不同含泥量下的砂砾土的标准最大干密度和最优含水率如表1所示. 由表可知，砂砾土的最优含水率随着含泥量的增大而增大. 然而，砂砾土的标准最大干密度却随着含泥量的增大而减小.土体的冻胀特性主要用土体的冻胀量和冻胀率表示. 冻胀量是地表由于土体冻结而引起的竖向位移，土体在无侧向变形的前提下，经单向冻结，其纵向高度的增量与试样原始高度的比值称为冻胀率(也称冻胀强度或冻胀系数)，通常用高度比表示，计算公式为式中：η为冻胀率%；Δh为冻胀量，mm；Hf为冻结土层的厚度[16].试样制备过程严格按照中华人民共和国行业标准[16]进行. 由于原状土样的采取、运输、保存等存在一定的困难，室内试验中采用重塑扰动土样进行冻胀率试验. 试验具体方案如表2所示.结合砂砾土的特点，本文采用改进的冻胀室内试验装置进行试验. 试验装置由试样筒、恒温箱和温控系统、温度检测系统、位移检测系统、数据采集终端、补水系统和气动平衡装置组成，系统图及各组成部分照片分别见图2、3所示.由于砂砾土的粒径较大，经过改装后，试样筒由内径15 cm，高16 cm，壁厚1 cm的有机玻璃筒制作，沿高度每隔2 cm设温度传感器插入孔. 底板为中空结构，有负温循环液进出口. 顶板有外界水源补充通道.试验步骤如下：1)首先进行击实试验，确定最大干密度和最优含水率，见表1. 2)冻胀试件成型：在有机玻璃内成型，试样直径15 cm、高13.5 cm. 首先按一定的含泥量、含水率配料、闷料24 h，以保证试样的含水率均匀一致，根据压实度称取一定质量，于试样筒中分5层进行击实，静压成型. 3)为防止试验过程中水分流失，在试样顶面和底面各放一张滤纸，然后放上顶板，并稍加力，使土样与顶、底板接触紧密. 将两个试样盒放入恒温箱内，试样周侧、底板内放入温度传感器，周侧包裹厚5 cm橡塑海绵保温材料. 连接底板冷冻液循环管路及顶板补水管路，供水并排除顶板内气泡，调节供水装置水位. 安装位移传感器. 将温度和位移传感器与数据采集终端连接. 4)开启加压装置，并调节到所需压力；开启恒温箱及底板冷浴，设定恒温箱为1 ℃，底板冷浴为-15 ℃. 5)试样恒温6 h，并监测温度和变形，待试样初始温度均匀达到1 ℃左右以后，开始冻结. 6)低温恒温循环器调节到-15 ℃并持续0.5 h，让试件迅速从底面冻结，然后底板温度调节到-2 ℃，并以0.2 ℃/h 速度下降，保持箱温和顶板温度均为1 ℃.打开电脑上的阿尔泰测控系统读取、保存数据. 试验持续至位移量读数恒定不变方可结束(约72 h). 7)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结深度，读取数据并计算结果.取一组(含水率14%、含泥量45%、压实度95%、上覆荷载20 kPa)试验结果为典型，绘制不同高度处温度随时间的变化关系，如图4所示.从图4中可以看出，不同高度处，土样降温的速率是不同的，其中4 cm处降温速度最快，12 cm处降温速度最慢. 同理，绘制冻胀量随时间的变化关系，如图5所示.由图5可知，土样冻胀基本可以分为4个阶段：1) 冻缩阶段. 这一阶段内，冻胀率为负值，即土样发生冻缩现象，约4～8 h后土样体积增大，冻胀开始. 由于土样颗粒受冷收缩，孔隙水结冰后增大的体积，不足以抵消土样颗粒收缩的体积；水在4 ℃时密度最大，土样所含水分的体积最小，这对于土样的冻缩有一定的影响. 此外，给土样加载的20 kPa的上覆荷载，也抑制了土样体积的增长. 因此，在起始阶段，土样体积不但不会增大反而会减小. 随着温度继续降低，土样开始持续冻胀，当冻胀引起的体积增量超过土样颗粒收缩导致的体积减量时，才能观测到冻胀现象. 2)快速冻胀阶段. 这一阶段冻胀量快速增长，是由于此时冰析作用非常强烈，聚集在冻结锋面处的水分冻结成冰时，将挤开土颗粒而形成零散的细小冰透镜体，出现冰分凝现象，因此体积快速增大. 3)缓慢冻胀阶段. 这一阶段冰分凝已经比较充分，冻结锋面附近形成的冰透镜的厚度及连续程度加大，使得冻胀量增长的幅度慢慢减小. 4)稳定阶段. 这一阶段冻结锋面基本稳定，冰透镜体停止生长，冻胀率几乎停止增长，保持不变状态.图6为不同含水率与冻胀率的关系曲线，可以看出，在含泥量一定的情况下，土体的冻胀率随着含水率的增大而增大. 其原因分析如下：含泥量一定，则干密度一定，在干密度一定的情况下，土体的饱和度随着含水率的增大相应增大，孔隙中的水分黏结更为紧密，水分连续迁移更加明显，冻结时孔隙冰体积增加，因而产生的总的冻胀量增大. 对3组数据拟合可知：土体冻胀率与含水率呈现一元线性关系，3条拟合直线的斜率关系为k0.25>k0.45>k0.15，这是因为含泥量为45%的土样的干密度在3种土样当中最小(见击实试验结果)，土体也最疏松，土体有比较大的孔隙，能够容纳更多的冻结冰，不容易使得土粒之间的空间变大从而引起冻胀. 此时，随着含水率的增大，冻胀率增大的幅度较小. 随着含泥量减小到25%，土样的干密度也相应增大，导致土体颗粒之间的距离相应减小. 在这种情况下，薄膜水就会在土体冻结过程中有相对比较活跃的水分迁移. 由此冻结的冰能够使得土粒之间的距离明显增大. 此时，随着含水率的增大，冻胀率增大的幅度较大. 然而这种增幅并非随着干密度的增大一直增大，当含泥量减小到15%时，土体的干密度继续增大，此时冻胀率的增幅反而减小，这是由于此时土体的骨架连结力比较大，这样就会使得存在相互重叠在一起的结合水膜，水膜重叠在一起就会使得这种结合水膜变得比较厚，从而使得水膜的渗透性会相应的降低，最终使得水分迁移的通道也就相对变小了. 所以冻胀率的增幅也相应减小.图7为不同含泥量与冻胀率的关系曲线，可以看出，在饱和度一定的情况下，土体的冻胀率随着含泥量的增大而增大. 含泥量为10%时，土体的冻胀率较小. 分析其原因：土颗粒越细，其比表面积越大，表面能越高，与水相互作用的能量也越高. 具体来讲，土颗粒表面都会吸附一定厚度的水膜，细颗粒较高的表面能可将水膜紧紧吸附在土粒周围，土粒间的相互连接构成利于水分连续迁移的薄膜通道, 因此，冻胀率更大.由上图的拟合曲线斜率的变化可知，冻胀率的增幅随着含泥量的增大呈现减小的趋势，这是由于，随着含泥量的增加，土样当中的细颗粒的含量也在逐渐增加，颗粒直径特别小时，巨大的表面能使得土粒与未冻水的结合作用增大，从而使土粒表面吸附水膜的厚度增大，减小了供水分迁移的薄膜通道，降低了土体的水分渗透性能，甚至土颗粒外围水膜过厚造成叠加完全阻塞迁移通道，从而导致水分迁移能力大大减弱，对冻胀率产生抑制作用.饱和度越大，冻胀率越大. 一是由于饱和度越大，含水率越大，因而冻胀率越大；二是由于饱和度越大，土体当中的孔隙体积占土体总体积的比例就越小，冻结期间更容易被冻结冰填充，从而更容易引起土颗粒位移，产生更大的冻胀. 同时观察3条曲线的斜率可得，冻胀率的增幅随着饱和度的增大呈现减小的趋势，这是因为未饱和时，水分的迁移和聚集作用比饱和时更加明显，因而对于冻胀增幅的抑制作用小.图8为不同压实度与冻胀率的关系曲线，可以看出，在土体含水率和含泥量相同的条件下，土体的冻胀率随着压实度的增大呈现增大后减小的趋势. 其原因分析如下：在压实度较低时，随着压实度的增大，土中未冻水膜的连续性比疏松时未冻水膜的连续性增强，有利于水分迁移与聚冰，因而冻胀强度增大；当压实度增大到一个临界值时使薄膜通道减到最小，此时土体的冻胀强度最大，而随着压实度继续增大超过这一临界值时，土体的冻胀强度减小，这是由于土中孔隙体积缩小，使得土颗粒间的有效接触面积增加，造成外围水膜相互叠加，导致冻结时水分迁移受阻. 在工程实际中，一般将压实度控制在95%～98%的范围内，而实验结果表明，压实度为95%左右时，冻胀率达到最大值，因此在实际施工时，对压实度的控制应予以注意.图9为不同上覆荷载与冻胀率的关系曲线，可以看出，上覆荷载对土样的冻胀具有抑制作用，冻胀率随上覆荷载的增大而减小. 但是从拟合曲线的变化率来看，这种抑制作用影响不大，这是由于土体内部冻胀时所产生的冻胀力是非常大的，外加荷载相对来说所起的作用就比较小了.图10为是否补水与冻胀率的关系曲线，可以看出，是否补水对土样的冻胀率影响较大，补水能使冻胀率增大3倍以上，这是由于土体内部水分迁移聚集形成孔隙负压，使得外界水分源源不断地向冻结封面迁移和聚集，并形成冰透镜体，导致冻胀率急剧增大，这说明外界补水是引起及土基冻胀的主要因素.将试验数据结果整理如表3所示，以含水率ωm、含泥量ωs、压实度k、上覆荷载p为自变量，以冻胀率η为因变量. 利用MATLAB编程对试验结果进行多元回归分析，得到含水率、含泥量、压实度、上覆荷载综合影响下的冻胀率的回归模型为η=0.147651ωm+0.121521ωs-0.002 08ωs2-修正拟合系数R2=0.990 872，F=542.758 6>F0.05(4，36)=2.65，显著性非常好，反映该回归模型拟合情况良好，可信度较高，说明以上几个因素对土体冻胀率有显著性影响，故该回归模型合理有效. 由各个因素回归系数的可知，对冻胀率的影响由大到小的顺序: 含水率、含泥量、压实度、上覆荷载. 为了检验该公式的正确性和有效性，本文将初始条件代入公式，得到冻胀率拟合值，将其与试验值对比分析如图11所示.由图11可知，计算值与试验值拟合情况良好，说明该公式具有较高的准确性和一定的有效性. 应用该回归模型可以预测不同因素综合影响下的冻胀率，具有一定的工程应用价值. 由于该公式只是考虑到了压实度、含水率、含泥量、上覆荷载等几种主要因素对于冻胀率的影响，并未将其他所有因素考虑在内，因此还具有一定的局限性，这一点有待进一步改进.1)在封闭条件下，冻胀率随含水率的增大而线性增大；随含泥量的增大呈非线性关系递增；随压实度的增大呈先增大后减小的趋势，在压实度为95%的状态下达到最大值；随上覆荷载的增大呈线性关系平缓递减.2)经多元回归分析，得到了多因素综合影响下的回归模型为η=0.147651ωm+0.121521ωs-0.002 08ωs2-0.048 18k+0.000 323k2-0.002 74p. 可见含水率ωm和含泥量ωs对冻胀的影响较大. 应用该回归模型可以预测不同因素综合影响下的冻胀率，具有一定的工程应用价值.3)外界补水条件下，土体冻胀率显著增大，通常能够增大3倍以上.4)各个因素对冻胀率的影响由大到小顺序: 补水、含水率、含泥量、压实度、上覆荷载. 因此，在工程实际中，控制补水、含水率、含泥量是防冻设计的关键.。
岩石冻胀的影响因素与试验分析
岩石冻胀的影响因素与试验分析作者：王琨王熙覃涛李强来源：《山东工业技术》2016年第16期摘要：围岩冻胀对衬砌结构产生的冻胀力是造成隧道冻害的重要原因之一。
目前关于岩石冻胀的研究表明，岩石的冻胀主要受内因和外因两方面影响。
内因主要包括岩石弹性模量、孔隙率、基质颗粒大小、抗拉强度、冻胀敏感性等；外因主要包括温度、水、冻结速率等。
岩体冻胀还主要受到裂隙的影响。
通过不同岩样的冻胀试验，对岩石冻胀的影响因素作出了进一步分析，为开展岩石冻胀性相关试验提供有益借鉴。
关键词：岩石；岩体；冻胀DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.16.1830 引言随着我国在高海拔和寒冷地区修建的隧道工程数量不断增加，隧道冻害的问题越来越突出。
围岩冻胀对衬砌结构产生的冻胀力是造成寒区隧道冻害的重要原因。
对已建成的高寒地区隧道的调查显示：在北海道和我国东北地区发生严重冻害的隧道中，80%以上都是岩质隧道[1]。
目前寒区隧道设计的相关规范并未给出冻胀力荷载的完善计算方法，衬砌设计多采取增加配筋、增大截面的保守策略。
对围岩冻胀机理的研究，可以完善寒区隧道的设计方法，节省造价，因而具有重要意义。
本文从影响岩石冻胀性的因素出发，对研究现状进行了总结，归纳为内因和外因两个方面；并总结了裂隙对岩体冻胀的影响的相关研究。
结合对不同材料进行的冻胀试验，对影响岩石冻胀的因素作了进一步分析与验证，也为开展岩石冻胀性相关试验的选材提供了有益借鉴。
1 影响岩石冻胀性的因素1.1 影响岩石冻胀性的内因岩石的物理力学性质是决定岩石冻胀能力的重要因素。
目前研究认为影响岩石冻胀性的内因主要有岩石弹性模量、孔隙率、基质颗粒大小、抗拉强度以及冻胀敏感性等等。
岩石冻胀力的大小和弹性模量有一定关系，当岩石弹性模量较大时，孔隙抵抗变形的能力相应也会比较强，易产生较大的冻胀力。
根据杨卫[2]的分析，弹性模量越大的时候裂隙的临界断裂应力也越大，最终使得弹模较大的岩体可以抵抗较大的冻胀荷载。
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。
冻融循环条件下垫层料冻胀变形试验研究
已建和在建的混凝土面板坝 ， 坝高已超过 ２ ０ ０ ｍ， 工
程 的数 量 、 规模 和技 术 进 展 方 面居 世 界 前 列 Ｊ 。混
凝土面板坝 主体 由堆石或砾石 组成 ， 起支撑作用 ， 其上游面设 置混凝土 面板起 防渗作用 。面板下设 置有垫层区 ， 该 区不仅作为 面板 的直接支 撑体 ， 为
本次 试 验 中采 用 了较 小 尺 寸 的试 样 。制 备 试 样 时 ， 先基 于半 透 水 性 的谢 拉 德 理 想 级 配 ’ ” Ｊ ， 制备“ 原
级配试样” ； 然后按等量替换法（ 《 土工试验规程》 ｓ Ｌ ２ ３ ７ －１ ９ ９ ９ ） 对试样缩尺 ， 保持 ５ ｍ ｍ 以下粒径含量
不变 ， 最大粒径 为 １ ０ ｍ ｍ， 以满 足试 验仪 器的限制
（ 高２ ０ ｍ ｍ， 直径 ６ １ ． ８ ｍ ｍ环刀） ， 见图 １ 。制样前 ，
按《 土工试验规程》 Ｓ Ｌ ２ ３ ７ －１ ９ ９ ９ 将土样完全烘干 ，
称 量不 同百分 比含 量 的颗 粒将 其 混 合 均 匀 ， 加 人 合
１ ０ ８ ８
科
学
技
术
与
工
程
１ ３卷
均匀 。制样 时 ， 称取 一 定 质 量 的土 样 分层 放 人 环 刀
∞
∞ 加 ∞ 如 ∞ ∞ 如
０
内并 小 心击实 ， 使试 样 上 下 表 面 与环 刀 齐平 时 刚好
达到要求的相对 密度。用 ２层保鲜 膜密封整个环 刀， 保持试样 含水率不变 ， 之后 放人改进 的单 向固
第 一作者简介 ： 袁俊平 （ １ ９ ７ ５ 一） ， 男， 博 士， 副教授 。研究方 向： 非饱
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
热敏电阻温度计试样周侧包裹厚的泡沫塑料保温连接顶底板
冷液循环管路及底板补水管路供水并排除底板内气泡调节供水装置
水位若考虑无水源补充状态可切断供水安装百分表或位移传感
器
若需模拟原状土天然受力状态可施加相应的荷载
开启恒温箱试样顶底板冷浴设定恒温箱冷浴温度为
土样编号
试验日期
表冻胀量试验记录表
试验者
计算者
校核者
试样含水率
试样密度
土样结构
序号
时间
测温数字电压表读数
变形量
备注
热敏电阻温度计应参照标准铂电阻温度计检定规
程进行检定
百分表或位移传感器应按大量程百分表检定规程
进行检定
图试样盒结构示意图
供水装置百分表保温材料加压装置正温
循环液进出口热敏电阻测温点负温循环液进出口
温度控制仪应参照有关检定规程检定
加压系统应以三等测力计进行比对检定
操作步骤
原状土
壁厚为
高为
的有机玻璃筒作为
侧壁沿高度每隔
设热敏电阻温度计插入孔底板和顶盖结构能提
供恒温液循环和外界水源补充通道
如图
恒温箱容积不小于
内设冷液循环管路和加热器功率为
通过热敏电阻温度计与温度控制仪相连使试验期间箱温保持在
温度控制系统由低温循环浴和温度控制仪组成提供试验所需
结深度
扰动土
称取风干土样加纯水拌和呈稀泥浆装入内径为的有机玻
璃筒内加压固结直至达到所需初始含水率要求后将土样从有机玻璃
筒中推出并将土样高度切削到
按本规程至的规定进行试验
计算
按式
计算冻胀率
式中冻胀率
试样总冻胀量
冻结深度不包括冻胀量
记录
本试验记录格式如表
工程名称