道路的凍脹機(jī)理

道路的凍脹機(jī)理第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四一、我國的凍土分布及研究的重要意義

二、土體的凍脹機(jī)理

三、土體凍脹的影響因素

四、道路凍脹的破壞形式及原因

五、現(xiàn)有道路的防凍脹措施第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四一、我國的凍土分布及研究的重要意義

1、凍土的組成及分布凍土:是指溫度低于0℃以下的各種巖土體，由固體土顆粒、冰、液態(tài)水和氣體四種基本成分所組成。凍土分多年凍土和季節(jié)性凍土。凍土我國是世界上第三凍土大國，凍土面積約占國土面積的75%，其中多年凍土占全國面積22.4%，而季節(jié)性凍土占全國總面積的52.6%。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四2、研究凍土的意義

實(shí)踐表明，無論是季節(jié)性凍土還是多年凍土，隨著氣溫的變化，其表層都存在著一層冬凍夏融的凍結(jié)-融化層，這在路基施工中造成了許多危害，凍土區(qū)凍害是道路工程建設(shè)存在的主要問題。

對于多年凍土已我國已經(jīng)進(jìn)行了深入研究，尤其是青藏公路和鐵路成功修建和運(yùn)營，為多年凍土的特性研究和防凍害措施提供了大量的經(jīng)驗(yàn)，交通部門的規(guī)程和規(guī)范中也已經(jīng)對多年凍土區(qū)工程設(shè)計(jì)和施工的專門規(guī)定。第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四國內(nèi)對季節(jié)性凍土路基的研究主要集中在季節(jié)凍土區(qū)路基防凍設(shè)計(jì)，根據(jù)凍脹發(fā)生的客觀條件和凍脹機(jī)理，提出了相應(yīng)的凍脹預(yù)報(bào)模式，對于季節(jié)性凍土路基的設(shè)計(jì)具有重大的指導(dǎo)意義。但是在我國現(xiàn)行的路基設(shè)計(jì)規(guī)范中對季節(jié)性凍土地區(qū)路基設(shè)計(jì)中所提到的內(nèi)容較少，大多處于經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)狀態(tài)，缺乏理論依據(jù)和定量結(jié)論。所以為了防治這些道路凍害的發(fā)生，保障交通的正常的運(yùn)輸，延長道路的使用年限，必須對現(xiàn)存道路凍害原理和凍害防治措施進(jìn)行深入的研究，提出更為具體和有效的防治道路凍害的措施，對現(xiàn)有的工程施工技術(shù)加以補(bǔ)充，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四二、土體的凍脹機(jī)理土體的凍脹分為原位凍脹和分凝凍脹兩種。原位凍脹造成體積增大約9％，破壞力較小。而對工程中破壞巨大的是由于外界水分遷移補(bǔ)給形成的分凝凍脹。第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四針對水分遷移的研究，可分為毛細(xì)理論和凍結(jié)緣理論。毛細(xì)理論：由Everett提出，稱為第一凍脹理論。不能毛細(xì)理論卻不能解釋不連續(xù)冰透鏡是如何形成的，并且該理論低估了細(xì)顆粒土中的凍脹壓力。凍結(jié)緣理論：由miiler提出，提出了凍結(jié)緣的概念，克服了毛細(xì)理論的不足，稱為第二凍脹理論。第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四凍脹計(jì)算的模型按照物理參數(shù)的選擇方式可分為確定型計(jì)模型和隨機(jī)型計(jì)算模型。前者根據(jù)精確確定的土體的物理、化學(xué)、熱學(xué)參數(shù)以及它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算凍脹；后者則是一個(gè)黑箱子，綜合考慮多種影響因素，借助模擬試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律來獲得凍脹。按照計(jì)算原理劃分，可以分為經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)就算模型、流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型、剛冰模型及水熱力耦合模型。

第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四三、土體凍脹的影響因素眾所周知，水分遷移凍結(jié)成冰是產(chǎn)生大量凍脹的主要因素，然而不同土體的水分遷移的量也是不同的，這主要取決于土的粒度組成、土中的水分、土體的溫度和外在荷載的制約。第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四1、土的粒度組成試驗(yàn)表明，當(dāng)土粒徑為0.05～0.002mm時(shí)，凍脹性最大，凍結(jié)期間向凍結(jié)前緣帶的水分遷移非常強(qiáng)烈，可形成厚度不等的冰透晶體，凍脹率η大于8%，屬強(qiáng)凍脹或超強(qiáng)凍脹。當(dāng)土顆粒粒徑小于0.002mm的含量大于50%時(shí)，凍土的水分遷移量為粉粒>粘粒>砂粒。第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四2、土中的水分在自然界中，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)及工程實(shí)踐表明，并不是含水的土體凍結(jié)時(shí)就一定發(fā)生凍脹，而是只有當(dāng)土中的水分含量超過一定數(shù)值后才會有凍脹現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)表明當(dāng)土體含水量小于起始凍脹含水量時(shí)，土中的孔隙只是被冰及未凍水充滿，土體不會發(fā)生凍脹。第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四3、土體的溫度在室內(nèi)試驗(yàn)中，對于粘性土當(dāng)溫度降至－3℃至－5℃左右時(shí)，土體凍脹率變化最大，此時(shí)的凍脹量約占最大凍脹量的75%左右，而凍脹速率過快，凍脹率則變小，所以要想產(chǎn)生較大的凍脹量一定要控制凍結(jié)溫度和凍結(jié)速度。第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四4、土體所受的荷載路面外荷載對未凍水含量的影響也十分顯著，外荷載愈大，凍土中的未凍水含量愈大，含冰量愈小。同時(shí)，荷載還使得未凍水向凍結(jié)峰面以下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對凍脹起抑制作用。第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四四、道路凍脹的破壞形式及原因

常見的道路凍脹：凍脹開裂

、融沉、翻漿冒泥。1、凍脹開裂第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四2、融沉第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四3、翻漿冒泥第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四五、現(xiàn)有道路防凍脹措施

由于道路凍害現(xiàn)象的產(chǎn)生要同時(shí)具備土質(zhì)、溫度、水三個(gè)因素的作用。因此，只要消除這三個(gè)因素中的一個(gè)就能達(dá)到防治的目的，現(xiàn)存最常用的是隔水法和保溫法。第18頁，共19頁，2023年，2月20日，星期四1、隔水法隔水法：利用沒有毛細(xì)作用的大粒徑顆粒土或者隔水材料。