季节性冻土的冻胀试验系统及应用.pdf

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1、第31卷第5／6期东北电力大学学报Vo1．31．No．5／62011年l2月JournalOfNortheastDianliUniversityDec．．2Oll文章编号：1005—2992(2011)05／06—0094—04季节性冻土的冻胀试验系统及应用邢爽，单良2，刘少洋。，姜智文(1．东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林132012；2．吉林省电力勘测设计院，吉林长春130022；3．吉林省电力有限公司ca山供电公司，吉林白山134300)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

2、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，得到土温、气温、冻融深度、冻胀力、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；测量；冻胀特性中图分类号：TU413文献标识码：A基础的冻胀破坏是季节性冻土地区常见的结构破坏形式，容易导致路面的开裂、突起、沉陷，挡土墙倒塌，构筑物冻拔等破坏现象。另外，大型冷库、液化气地下存储罐等由于人工制冷而产生冻胀破坏的案例也时有发生。每年因为土的冻胀破坏带来的损失无法计算。冻胀问题严重困扰着严寒地区冻土地基上构筑物的应用，对冻土的冻胀机理、

3、影响冻胀的因素进行研究，掌握其规律，为预防和治理结构物的冻胀破坏提出可行性建议，解决长期以来困扰我国广大冻土地区结构冻胀破坏难题，减少冻胀破坏带来的经济损失，具有十分重要的意义¨。为研究土的冻胀机理和影响冻胀的因素，本文在介绍季节性冻土冻胀试验系统的基础上，利用该测量系统对一个冻融周期的气温、土温、冻深、冻胀位移、冻胀力进行长期观测，研究冻融周期内冻胀参数的变化过程。1冻胀试验系统冻胀试验场地位于Et本北海道北见工业大学内，建于2003年6月，冻胀试验用的基坑尺寸为3940mm×3640mmx700mm(深)，基坑开挖时，在地下2

4、m处设置钢筋混凝土锚，如图1所示，尺寸为600mm×3200mm×500mm，并预埋地脚螺栓，以便在基坑上方设置反力臂，用以测量试样的冻胀量、冻胀力，从而使反力梁不受试样土体冻胀的影响，用作测量冻胀位移的参照物，并为测量冻胀力提供反力支撑，见图2。下面就土的冻深、土温、气温、冻胀位移、冻胀力等冻胀参数的测量方法及仪器进行描述。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：2011—08—18、作者简介：邢爽(1982一)，女，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

5、力、东北电力大学学报第3l卷2试验土样的冻胀特性通过室内冻胀试验得到试验土样的冻胀位移与时间关系曲线、冻胀位移与吸水量关系曲线，见图7、8所示。一E盘掘暖试料：冻涨性土一下盘温度试料：冻涨性土一一16功撩量一l4o14．3685x+2．6595／l拦·啦7Ic量一r／l2013，、一10／／．一●g12，100／，ll，一80—rF丽词冀l-●IIII●／卜灏面线厂——^0、一6o删誊190兰一⋯一⋯一^一，u1’tⅢ，u6uw．．．．．．．．．．．．—--．4o蓄8—h2015l617l8l9∞2l222324252627282

6、93o时间(hour)-120时问(hour)用7冻胀

7、i}与时问关_系曲线圈8冻胀量与吸水量关系曲线’由图7、8可知，土样的冻胀速度为0．369mm／h，最大冻胀量15mm，根据相关规范可判定试验土样为冻胀性土。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一日平均气温■周期的连续观测，试验结果如下一冻原B状吐±柏口rIl3．1气温、土温沁∞。_对采集的试验数据进行处理，日平均气温．{j1I‘t．．IiL．jI．『f与地下40em；处土

8、温变化曲线见图9，限于篇flll＼’I'幅，其它深度的土温变化曲线未一一列出。T．』fl】14II。iIIfIJ3．2冻结深度’l’llI10试验土样的冻结深度与融化深度变化曲线见图1O。最大冻深为72cm。3．3冻胀力图9日均气温与土中4ocm处El均土温变化曲线基坑周围原状土的冻胀力变化曲线见图11。1If一南北侧冻胀力l^八『I^一日均气温。l。基l二自深度(融化)卜'}『’lV。＼始、f》ll‘lr＼＼．＼、—、l‘I．疆．rt'1II1‘2008／11／1200811211200911112009121120091311

9、20091411猢

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11、6}111／0110812／01／0801／0110902／01／0903／01／0904101／0905／01／09图l0土的冻结与融化深度变化曲线I][tll原状土冻胀力变化曲线3．4冻胀位移试验基坑内试验土样与基坑