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1、精品文档第四节 冻土 一、 冻土的分类冻土是指温度等于或低于摄氏零度、且含有冰的各类土。根据其冻结时间和冻结状态可将冻土分成多种类型。(一) 按冻结时间分 1季节性冻土季节性冻土是受季节性的影响，冬季冻结，夏季全部融化，呈周期性冻结、融化的土。季节性冻土在我国的华北、西北和东北广大地区均有分布。因其周期性的冻结、融化，对地基的稳定性影响较大。季节性冻土根据其结构形式，又可分为：(1)整体结构：土在冻结时，土中水分有向温度低的地方移动的性能。整体结构冻土是由于温度骤然降低，冻结较快，土中水分来不及移动即冻结，冰粒散布于颗粒间，肉眼甚至看不见，与土粒成整体状态。融化后土仍保持原骨架，建筑性能变化不
2、大。(2)层状结构：地表温度不很低，且有变化，土中水分冻结一次，融化一次，又冻结一次，则形成层状结构冻土。这种土融化后骨架整个遭受破坏，对建筑性能影响较大。(3)网状结构：由于地表不平，冻结时土中水分除向低温处移动外，还受地形影响，使水分向不同方向转移，而形成冰呈网状分布的冻土，这种土一般含水、含冰量较大，融化后呈软塑或流塑状态。(4)扁豆体和楔形冰结构：由于季节性冻结和融化，土中水分向表层低温处移动，往往在冻层上限冻结成扁豆体状冰层，当冻土层向深度发展，扁豆体状冰层即夹于冻土层之中。当岩层或土层具裂隙时，水即在裂隙中成冰楔体。此类结构的冻土，承受荷载时易沿冰体滑动。2多年冻土多年冻土是指冻结
3、状态持续多年(一般是二年或二年以上以上)不融的冻土。多年冻土常存在地面以下一定深度，其上部接近地表部分，往往亦受季节性影响，冬冻夏融，此冬冻夏融的部分常称为季节融冻层。因此，多年冻土地区常伴有季节性的冻结现象。多年冻土根据其垂直构造、水平分布和冻结发展趋势，又可分为下列几种类型：(1)按垂直构造分：(a)衔接的多年冻土：冻土层中没有不冻结的活动层，冻层上限与受季节性气候影响的季节性冻结层下限相衔接。(b)不衔接的多年冻土：冻层上限与季节性冻结层下限不衔接，中间有一层不冻结层。(2)按水平分布分： (a)整体多年冻土：在较大的地区内呈整体分布。(b)断续多年冻土：在冻土层中有岛状的不冻层分布。(
4、c)岛状多年冻土：呈岛状分布在不冻土区域内。(3)按冻结发展趋势分：(a)发展型冻土：由于地质、气候等因素的影响，多年冻土的厚度和分布范围仍在继续发展。 (b)退化型冻土：由于上述因素的影响，多年冻土的厚度和分布范围在退化减小。退化的规律是：先地势高处后低处，先阳坡后阴坡，先粗粒土后细粒土。(二)按冻结状态分1坚硬冻土：土中未冻水含量很少，土粒为冰牢固胶结，土的强度高、压缩性小，在荷载作用下，表现脆性破坏，与岩石相似，当土的温度低于下列数值时，易呈坚硬冻土，粉砂-0.30C，粉土-0.60C，粉质粘土-1.00C，粘土-1.50C。2塑性冻土：虽被冰胶结但仍含有多量未冻结的水，具有塑性，在荷载
5、作用下可以压缩，土的强度不高。当土的温度在零度以下至坚硬冻土温度的土限之间、饱和度Sr80时，常呈塑性冻土。3松散冻土：由于土的含水量较小，土粒未被冰所胶结，仍呈冻前的松散状态，其力学性质与未冻土无多大差别。砂土和碎石土常呈松散冻土。二、冻土的物理力学及热学性质(一) 冻土的物理力学1冻土的总含水量：是指冻土中所有冰和未冻水的总质量与冻土骨架质量之比。即天然温度的冻土试样，在1001050C下烘至恒重时，失去的水的质量与干土的质量之比。2冻土的重度：在冻结状态下，保持天然含水量及结构的土单位体积的重量，称为冻土的重度。3含冰量：衡量冻土中含冰量多少的指标，有质量含冰量，体积含冰量和相对含冰量。
6、4未冻水含量：是指冻土中未冻水的质量与干土的质量之比。对于一定的土，其未冻水含量仅取决于温度条件，而与土的含水量无关。(二)冻土的力学性质1冻土的融化压缩：冻土融化过程中在无外荷作用的情况下，所产生的沉降称为融化下沉(简称融陷)。用相对融陷量融沉系数(亦称融化系数)A4表示。冻土融化后，在外荷作用下所产生的压缩变形称为融化压缩。用单位荷载下的相对变形量融化压缩系数ao表示。2冻胀量：土的冻胀是土冻结过程中土体积增大的现象。土的冻胀性以冻胀率(冻胀变形量与冻结深度之比，以百分数表示)来衡量。3法向和切向冻胀力：地基土冻结时，随着土体的冻胀，作用于基础底面向上的抬起力，称为基础底面的法向冻胀力，简
7、称法向冻胀力。平行向上作用于基础侧表面的抬起力，称为基础侧面的切向冻胀力，简称切向冻胀力。4冻结力：冻土与基础表面通过冰晶胶结在一起，这种胶结力称为基础与冻土间的冻结强度，简称冻结力。在实际使用和量测中通常以这种胶结的抗剪强度来衡量。5冻土的抗剪强度：是指冻土在外力作用下，抵抗剪切滑动的极限强度。而冻土的抗剪强度不仅与外压力有关，而且与土温及荷载作用历时有密切关系。(三)冻土的热学性质1比热：冻土的比热是1g土温度改变10C所需要的热量。2导热系数：是表示土体导热能力的指标。当土层两表面温差为10C时，在单位时间内通过一单位面积，一单位厚度土层的热量，即为该土层的导热系数。单位为WmK(瓦米开
8、)或Wm. 0C (瓦米. 0C)3导温系数：表示土中某一点在相邻点温度变化的作用下改变自身温度的能力。在数值上等于岩土导热系数()与容积热容量(c.d)的比值。三、冻土的工程性质及地基评价(一)季节性冻土的工程性质及地基评价1工程性质，冻土作为建筑物地基，在冻结状态时，具有较高的强度和较低的压缩性或不具压缩性。但冻土融化后则承载力大为降低，压缩性急剧增高，使地基产生融陷；相反，在冻结过程中又产生冻胀，对地基均为不利。冻土的冻胀和融陷与土的颗粒大小及含水量有关，一般土颗粒愈粗，含水量愈小，土的冻胀和融陷性愈小；反之则愈大。2冻土按冻胀性分类：季节性冻土的冻胀性按不同土质、冻前天然含水量、冻结期
9、间地下水位距冻结面的最小距离以及平均冻胀率来划分冻胀类别，如表2-4-1所示。季节性冻土的冻胀性分类 表2-4-1土的名称冻前天然含水量w(%)冻结期间地下水位距冻结面的最小距离hw(m)平均冻胀率(%)冻胀等级冻胀类别碎(卵)石，砾、粗、中砂(粒径小于0.075mm颗粒含量大于15%)，细砂(粒径小于0.075mm颗粒含量大于10%)w121.01不冻胀1.013.5弱冻胀121.01.03.5180.50.561.01不冻胀1.013.5弱冻胀141.01.03.56冻胀191.01.0623不考虑12特强冻胀粉土w191.51不冻胀1.513.5弱冻胀191.51.53.56冻胀221.
10、51.5612强冻胀261.51.512特强冻胀w30不考虑粘性土wwp+22.01不冻胀2.013.5弱冻胀wp+22.02.03.56冻胀wp+52.02.0612强冻胀wp+92.02.012特强冻胀wwp+15不考虑注: 1 wp-塑限含水量(%)；w-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0005mm的颗粒含量大于60时，为不冻胀土；5 碎云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0075mm颗粒含量不大于15%)、细砂(粒径小于0075mm颗粒
11、含量不大于10%)均按不冻胀考虑。(二)多年冻土的工程性质和地基评价1按融沉性分级和评价：多年冻土根据融化下沉系数0的大小，多年冻土可分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷五级，现列表2-4-2如下：多年冰冻土融沉性分级 表2-4-2土的名称总含水量w0 (%)融化下沉系数0融沉等级融沉类别冻土类型碎石土，砾、粗、中砂(粒径小于0.075mm颗粒含量不大于15%)W01001不融沉少冰冻土W010103弱融沉多冰冻土碎石土，砾、粗、中砂(粒径小于0.075mm颗粒含量大于15%)W01201不融沉少冰冻土12W015103弱融沉多冰冻土15W0253010融沉富冰冻土W02510025强融沉饱
12、冰冻土粉砂、细砂W01401不融沉少冰冻土14W018103弱融沉多冰冻土18W0283010融沉富冰冻土W02810025强融沉饱冰冻土粉土W01701不融沉少冰冻土17W021103弱融沉多冰冻土21W0323010融沉富冰冻土W03210025强融沉饱冰冻土粘性土w0wp01不融沉少冰冻土Wpw0wp+4103弱融沉多冰冻土Wp+4w0wp+153010融沉富冰冻土Wp+15w0wp+351025融陷含土冰层注: 1 总含水量 w0包括冰和未冻冰；2 本表不包括盐渍化冻土、冻结泥炭化土、腐殖土、高塑性粘土。表中：不融沉土(类土)为除基岩之外的最好的地基土。一般建筑物可不考虑冻融问题。弱融
13、沉土(类土)为多年冻土较良好的地基土。融化下沉量不大，一般当基底最大融深控制在3.0m之内时，建筑物均未遭受明显破坏。融沉土(类土)，作为建筑物地基时，一般基底融深不得大于1.0m。因这类土不但有较大的融沉量和压缩量，而且，冬天回冻时，应采取专门措施，如深基、保温、防止基底融化等。强融沉土(类土)，往往会造成建筑物的破坏。因此，原则上不允许地基土发生融化，宜采用保持冻土的原则设计或采用桩基等。融陷土(类土)，因含有大量的冰，所以不但不容许基底融化，还应考虑它的长期流变作用，需进行专门处理，如采用砂垫层等。2场地的选择：对于重要的一、二级建筑物的场地，应尽量避开饱冰冻土、含土冰层地段和冰椎、冰丘、热融湖(塘)、厚层地下冰、融区与多年冻土区之间的过渡带。宜选择下列地段：(1)坚硬岩层、少冰冻土及多冰冻土的地段；(2)地下水位或冻土层上水位低的地段；(3)地形平缓的高地。3地基承载力的确定：应区别保持冻结地基和容许融化地基，
