季节性冻土的冻胀因素及其分类

道路工程 季节性冻土的冻胀因素及其分类 王志涛1,王开生2 ( 1� 龙建路桥股份有限公司第二工程处; 2� 黑龙江省交通科学研究所) 摘 � 要: 对公路桥涵季节性冻土冻胀的影响因素进行了分析,并利用冻胀率进行分类供防冻害设计时进行参考。 关键词: 季节性冻土;影响因素; 冻胀率;分类 中图分类号: U416� � � 文献标识码: C � � � 文章编号: 1008- 3383( 2005) 05- 0001- 02 1 � 冻胀的影响因素分析 1�1 � 土中含水量对冻胀的影响 国内很多资料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 土中冻前含水量对冻胀有一定影响,但不是全部水分,而是超出起始冻胀含水 量的水分,其关系式用下式表达�= �( W - W p ) ( 1)式中: � 为冻胀率, %; W 为冻土层内冻前平均含水 量, %; Wp 为起始冻胀(相当塑限)含水量, %;�为系数。关于系数 �,目前取值不一。如中国科学院兰州冰川冻土研究所、哈尔滨建筑工程学院和黑龙江省低 温建筑科学研究所等是根据理论计算给值,即考虑粘土在封闭系统情况下最大可能产生的平均冻胀率 � �= � 1�09 d 2 W ( W- Wp )� 0�8( W- Wp ) (2) 式中: d为土的干容重,1 500 kg/m3; W为水容重。另一些单位和学者则根据室内试验提出 �值。 如大庆油田设计院取 �为 0� 67, 建工部建筑研究院取 �为 0� 3。为此,我们也按(1)式关系, 分析整理了现场试 验资料,如表 1所示。 算术平均值 �为 �= n i= 1 �i n = 0� 36 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 差 S S = n i= 1 (�i- �) 2 n- 1 = 0� 068 表 1� 粘性土 �值 资料编号 Z/ cm �/ % W i - W p �i 资料编号 Z/ cm �/ % W i- W p �i 1 120 4�8 16�7 0�29 20 170 2�9 9�1 0�32 2 120 5�1 16�7 0�31 21 171 3�1 6�8 0�46 3 120 5�4 16�7 0�32 22 171 3�2 6�8 0�47 4 135 5�5 11�1 0�50 23 125 5�0 17�5 0�29 5 135 5�4 11�1 0�49 24 125 5�0 17�5 0�29 6 135 5�0 11�1 0�45 25 125 4�6 17�5 0�26 7 129 3�6 13�9 0�26 26 110 6�0 12�3 0�49 8 129 3�6 13�9 0�26 27 138 5�0 13�4 0�37 9 121 4�8 13�8 0�35 28 138 4�9 13�4 0�37 10 121 5�0 13�8 0�36 29 138 4�4 13�4 0�33 11 121 5�3 13�8 0�38 30 113 3�5 10�9 0�32 12 155 2�5 6�8 0�37 31 113 3�5 10�9 0�32 13 155 2�3 6�8 0�34 32 113 3�7 10�9 0�34 14 155 2�0 6�8 0�29 33 134 4�9 15�2 0�32 15 150 2�5 6�3 0�40 34 134 5�2 15�2 0�34 16 150 2�7 6�3 0�43 35 134 5�0 15�2 0�33 17 150 3�0 6�3 0�48 36 141 4�8 14�2 0�34 18 170 3�0 9�1 0�33 37 141 4�6 14�2 0�32 19 170 3�0 9�1 0�33 38 141 5�1 14�2 0�36 � � 偏差系数 Cv Cv= s �= 0� 189(18� 9% ) 保证率为 95%的�值 �= �+ 1� 645s= 0� 47 因此� � �= 0� 47( W- W p ) (3) 根据(3)式计算粘性土冻胀分类含水量界限值, 并参照有关资料做部分修正。 !类不冻胀土: � ∀ 1 即 W - W p ∀ 1/ 0� 47 则 W ∀ W p+ 2� 1 取 W ∀ W p+ 2 #类弱冻胀土: 1< �∀ 3� 5 即 1/ 0� 47< W- W p ∀ 3� 5/ 0� 47 则 W p+ 2� 1< W ∀ W p+ 7� 5 取 W p+ 2< W ∀ W p+ 8 ∃类冻胀土: 3� 5< �∀ 6 即 3� 5/ 0� 47< W - W p ∀ 6/ 0� 47 则 W p+ 7� 5< W ∀ W p+ 12�8 取 W p+ 8< W ∀ W p+ 15 %类强冻胀土: 6< �∀ 15 即 6/ 0� 47< W- W p ∀ 15/ 0� 47 则 W p+ 12� 8< W ∀ W p+ 31� 9 取 W p+ 15< W ∀ W p+ 32 &类特强冻胀土: �> 15 亦即 W > W p+ 32 表 2 � 冻胀分类地下水界限值 m 土名 冻胀分类不同时地下水界限值不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 粘性土 细砂 计算值 1�87 1�21 0�93 0�45 < 0�45 推荐值 > 2�0 > 1�5 > 1�0 > 0�5 ∀ 0�5 计算值 0�87 0�54 0�33 0�06 < 0�06 推荐值 > 1�0 > 0�6 > 0�4 > 0�1 ∀ 0�1 1�2 � 地下水对冻胀的影响 如前所述,地下水埋藏深浅对土的冻胀影响很 大,对于这方面许多文献作过很好论述。为定量分 析地下水与桥涵基土的冻胀关系, 我们对庆安冻土 科学试验站多年的试验资料(包括粘性土数据 159 ∋1∋ 2005年 � 第 5期 (总第 135期) 黑龙江交通科技 HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No. 5, 2005 (Sum No. 135) 组、细砂数据 51组)进行分析。 粘性土的冻胀率与地下水位的关系如下 kd= aexp bz = 35� l e- 0�019 z ( 4) R= 0� 88 � � F= 410� 74> F 0� 01= 6�81 细砂的冻胀率与地下水位的关系,可用(5)式表示 kd= a + blnz = 24� 2- 5� 2lnz ( 5) R= 0� 87 � � F= 391� 62> F 0� 01= 7�2 式中: Z 为冻前地下水位, cm;其他符号意义同上。 根据(4)、( 5)式分别计算粘性土、细砂的冻胀分 类地下水界限值及推荐值如表 2所示。 2 � 公路桥涵工程季节性冻土分类 综上试验结果,重点考虑地下水、冻前土中含水 量对土冻胀的影响,学习借鉴有关冻土分类方法,本 着简便适用的原则, 将公路桥涵工程季节性冻土按 其冻胀性(冻胀率)划分为五类: 不冻胀( � ∀ 1%)、 弱冻胀( 1% < � ∀ 3� 5% )、冻胀(3� 5% < � ∀ 6%)、 强冻胀( 6%< �∀ 15%)和特强冻胀( �> 15%)。分 类依据如表 3所示。 表 3� 季节性冻土分类 土的名称 冻前土的天然含水量 W / % 冻结期间地下水位低于冻结线的最小距离 hW / m 冻胀类别 岩石、碎石土、砾砂、粗砂、中砂 (粉粘粒含量 ∀ 15% ) 不考虑 不考虑 不冻胀 碎石土、砂砾、粗砂、中砂 (粉粘粒含量> 15% ) 细砂、粉砂 粘性土 W ∀ 12 ( Sr ∀ 0�5) 12< W ∀ 18 ( 0�5< Sr ∀ 0�8) W> 18 ( Sr > 0�8) W ∀ 14 14< W ∀ 19 W> 19 W ∀ W p + 2 W p+ 2< W ∀ W p + 8 W p+ 8< W ∀ W p+ 15 W p+ 15< W ∀ W p + 32 W> W p + 32 > 1�5 ∀ 1�5 > 1�5 ∀ 1�5 > 1�5 ∀ 1�5 > 1�0 1�0(Z > 0�6 0�6(Z > 0�4 0�4(Z > 0�1 ∀ 0�1 > 1�0 1�0(Z > 0�6 0�6(Z > 0�4 ∀ 0�4 > 1�0 1�0(Z > 0�6 ∀ 0�6 > 2�0 2�0(Z > 1�5 1�5(Z > 1�0 1�0(Z > 0�5 ∀ 0�5 > 2�0 2�0(Z > 1�5 1�5(Z > 1�0 ∀ 1�0 > 2�0 2�0(Z > 1�5 ∀ 1�5 > 2�0 ∀ 2�0 不考虑 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 强冻胀 特强冻胀 特强冻胀 � � 注: ( 1) Wp 为塑限含水量, % ; W 为天然含水量(标准冻深范围内冻前含水量平均值) ; Sr 为土的饱和度; � � ( 2)当含盐量超过 0�5%时,应根据实际情况降级考虑 3 � 结 � 论 公路桥涵工程季节性冻土分类是根据桥涵地基常 见土质在不同含水量、不同地下水位条件下多年现场 真形试验结果提出的。因此,以上所得到的公路桥涵 工程季节性冻土的冻胀分类方法及其依据是合理的。 收稿日期: 2005- 02- 23 ∋2∋ 总第 135期 黑龙江交通科技 第 5期