水工建筑物抗冻技术论文.doc

冻胀土对土石坝的破坏及防治措施 序号： 20 姓名： 董晝 学号： 冻胀土对土石坝的破坏及防治措施 摘要：本文主要介绍了冻胀土的分类，各种冻深的计算方法，冻胀力的计算方法，土石坝坡 的破坏形式及抗冻措施。 关键词：冻胀土；冻胀力；抗冻措施。 1冻胀土的特性与冻胀力 1.1冻胀土的特性 1.1.1有关冻土的几个基本概念 在对冻胀土进行叙述之前，必须对一些基本概念进行定义。冻土：具有负温 及冰胶质的松散固体颗粒的土。寒土：服务为度但不存在冰胶质的土。冻融土： 冬季冻结春夏融化的土。温度高于土中水的冻结温度的土称为未冻土。冻结：含 有水的土体，当温度降低到冻结温度以下时，土中的孔隙水便会冻结成冰。 1.1.2冻土的分类 冻土按时间分为多年冻土，季节冻土和暂时冻土。多年冻土( permafrost ), 又称永久冻土，指的是持续三年或三年以上的冻结不融的土层。其表层冬冻夏融， 称季节融化层。多年冻土层顶面距地表的深度，称冻土上限，是多年冻土地区道 路设计的重要数据。多年冻土分为两层：上部是夏融冬冻的活动层；下部是终年 不融的多年冻结层。多年冻土是寒冷气候(年均气温＜-2°C )区的产物。季节冻 土( seasonally frozen ground ),地表层冬季冻结、夏季全部融化的土(岩b包 括季节冻结层和季节融化层(也称活动层卜 1丄3标准设计冻深 气象台站观测地表土层多年的冻土平均值，观测数据不少于10年，这个值 称为标准冻深。按气象台观测每年日平均气温计算，自日平均气温出现的日期开 始至平均气温为正温时止，在此期间气温的代数和即为冻结指数。标准冻深的特 性：1.无遮挡平地上2.不存在地下水影响3.地表无积雪4.地面不胀不缩。标准设 计冻深的计算通常用下式： Ho = a = 2?84“92/o x 10~4 其中式中 Hq一工程地点的标准冻深（cm ）; /0-冻结指数的多年平均值（c?d）; 疣一系数。 1.1.4工程设计冻深 工程设计冻深指计算地点冻结深度的设计取值。通常通过下列公式来计算工 程设计冻深。 Hd =心心心日。 其中式中 Ho—工程地点的标准冻深（cm ）； Hd -工程地点的工程设计冻深（cm ）; Kp -频率模比系数； 心-地下水修正系数，地下水对冻结区的水分补给及冻深发展起阻滞作用， 地下水位越高作用越大； Kd 一日照及遮阳程度修正系数，向阳面取0.65~1.0 ,底面取1.0-1.2 ,遮阳 面（阴面）取1.2T.5 ,维度35。~50。逐渐取大。 1.1.5基础设计冻深 基础设计冻深指计算点基础外露面算起的冻深。通常通过下列公式来计算基 础设计冻深。 Hd = HdKad-1.67(ya 其中式中 Hd—工程地点的基础设计冻深(cm ); H(l -工程地点的工程设计冻深(cm )； Ka -衬砌材质修正系数，钢筋混凝土取0.35桨砌石取0.3汗砌石取0.25 ； d 一衬砌厚(cm )； % -冰厚(cm卜 1丄6残留冻土厚度 通常通过下列公式来残留冻土厚度。 Cd=%-d 其中式中 Cd—工程地点的残留冻土厚度(cm ); 兀一工程地点的基础设计冻深(cm )； d 一衬砌厚(cm )b 1.1.7 土的冻胀的定义及相关参数的计算 土在冻结过程中，土中的水冻结成冰，其体积产生膨胀引起土颗粒间的相对 位移，外观表现为地面的不均匀升高，这种现象称为土的冻胀。 土体冻结时引起地表的总上升值即土在冻结钱原土在高度上的向相比增量 值称为冻胀量。用h表示。 h=H2-Hi 其中出、H］指天然冻土胀后地面高程及冻前地面高程。 冻胀强度的计算按下式： h h f = —xlOO%今Zf = hf + h 其中式中 Zf 一最大冻土层厚度（cm ）; hf 一冻深（cm ）o 冻胀率的计算按下式： h 77 = — x 100% f z? =-^-x 100% 1 +frj / = —^― xlOO% 1+r) 不均匀冻胀率系数按下式计算: x 100% x 100% KF = — x 100% = L/ 1.1.8形响土体冻胀的主要因素 土质：a.土颗粒越小冻胀越大，表面积越大，与水相应作用的能量越高。 非冻胀土 ：粗颗粒土中小于0.05mm的土粒占总重量的6%以下。根据土颗粒大 小各类冻胀性土体冻胀性排列：粉质土、亚砂土＞亚粘土〉粘土〉砾石土〉粗砂〉砂 砾石。b ?矿物成分对粘性土冻胀影响：单质粘性土冻胀土强弱：高岭石＞水云母〉 蒙脱石。c.密度：当土的密度大于1.6g/cm3以上时，土基不会产生冻胀。 水分：起始冻胀含水量：土中含水量超过一定的界限才产生冻胀，这个界 限叫起始冻胀含水量与塑性含水呈线性关系。安全冻胀含水量：土体冻胀系数小 于或等于1%时，这个界限的含水量叫安