[發(fā)明專利]深季節(jié)性凍土路基凍脹特性的計算方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710018924.4
• 申請日: 2007-10-23
• 公開（公告）號: CN101419221A
• 公開（公告）日: 2009-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛建軍;曹元平;包黎明;王平;李金城
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司
• 主分類號: G01N33/42
• 分類號: G01N33/42;G06F19/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務(wù)所有限公司
• 代理人: 李 罡

所屬技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及多年凍土區(qū)筑路工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深季節(jié)性凍土路基凍脹特性的計算方法。

背景技術(shù)：

在深季節(jié)凍土區(qū)影響路基穩(wěn)定的主要因素之一是路基的凍脹。路基凍脹包括路基填土凍脹和基底以下土層的凍脹，影響路基凍脹的主要因素可以分為兩方面：一是內(nèi)部因素，即凍結(jié)土體的巖性成分、含水量、含鹽量以及鹽的成分；二是外部因素，即氣溫、凍結(jié)速率和降水，即決定土體凍結(jié)過程特性的土、水、溫度要素。

目前關(guān)于土體凍脹特性的研究主要側(cè)重于微觀過程的土凍脹機理研究和已凍土、正融土和正凍土中水分和鹽分遷移機理研究。研究表明：在多年凍土中，水分和鹽分可在熱力梯度、化學(xué)梯度和電力梯度等的影響下，緩慢地遷移和重分布。因此，在已凍土中，仍可出現(xiàn)較強的水分遷移和可觀的凍脹變形。含鹽正凍土在水分、鹽分遷移過程中，除產(chǎn)生凍脹外，還可能出現(xiàn)鹽脹。飽和正凍土中，鹽分的輸送是由遷移水中所含鹽離子的輸送來完成的。在飽和度低于0.5～0.6的情況下，土中水分以汽態(tài)方式遷移為主，離子也將隨水汽一起遷移，但遷移量很小。當飽和度大于上述數(shù)值時，土中水則以液態(tài)遷移為主，離子隨液態(tài)水一起遷移時，其遷移量明顯增大。

在工程實踐中，人們側(cè)重研究土體凍結(jié)過程的宏觀凍脹規(guī)侓，來指導(dǎo)工程的設(shè)計。對于凍結(jié)過程微觀機理的研究，目前已經(jīng)得到人們越來越多地重視，這將使人們對凍脹產(chǎn)生機理的認識有很大的提高，將為凍脹預(yù)測預(yù)報和防治拓展新的途徑。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明要提供一種深季節(jié)性凍土路基凍脹特性的計算方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的對凍結(jié)過程微觀機理的研究不夠深入、不具有指導(dǎo)意義的問題。

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種深季節(jié)性凍土路基凍脹特性的計算方法，包括以下各因素的計算，(1)土的粒度的影響：η＝0.59e^1.7αS(式中：土的粒度成分可用土單位體積內(nèi)顆粒表面積總和S來表示，α為比例常數(shù)，當αS≤0.5(1/cm)時，土不凍脹，而αS>0.5時，需根據(jù)地下水位條件綜合確定之)；(2)土體密度的影響：γ′_d＝(0.8～0.9)γ_dmax(式中，γ_dmax—土體最大干密度)；(3)溫度的影響：同一土質(zhì)條件下，土體凍結(jié)溫度是隨土體含水量增大而相應(yīng)地升高；(4)水分的影響：凍結(jié)后土中水分增加越多，其凍脹量則越大，η＝K(w_s-w_o)^a(式中，w_s—以秋末期間為準的土體平均總含水量，K，a—試驗系數(shù))。

本發(fā)明深入地對凍結(jié)過程微觀機理進行了研究，可以有效地指導(dǎo)工程的設(shè)計，使路基工程質(zhì)量更加穩(wěn)定。

具體實施方式：

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細的說明。

土體的凍脹，是由于土溫降至冰點以下，土體原孔隙中部分水結(jié)冰體積膨脹，以及更主要的是在土壤水勢梯度作用下未凍區(qū)的水分向凍結(jié)前緣遷移、聚集并凍結(jié)，體積膨脹所致。常采用凍脹量與該凍結(jié)土層厚度之比值作為土體凍脹變形的特征值，也即凍脹率η(或稱凍脹強度、凍脹系數(shù))，以百分數(shù)計。

η=Δhh×100(%)]]>

式中：h—凍結(jié)土體厚度，mm；

??????△h—凍脹增量值，mm。

導(dǎo)致土體凍脹的因素甚多，包括土質(zhì)、水分狀態(tài)、負溫環(huán)境、水和土的含鹽量、土層上部壓力等等。這些因素綜合地決定并影響著某地區(qū)土的凍脹性。歸納起來主要有三個方面，即土、水和溫三大要素。對受荷載作用的地基土，其凍脹性的大小也和所受荷載有關(guān)。土層的凍脹是隨著凍結(jié)過程而發(fā)生、發(fā)展的，并隨土層的融化而消失。各層土的凍脹強度隨不同凍結(jié)深度范圍內(nèi)的水分、溫度及凍結(jié)速度的變化而有所差異。

本發(fā)明通過下述的計算方法來探討深季節(jié)性凍土路基凍脹特性：

(1)土的粒度組成對凍脹的影響

土的粒度組成是指固體顆粒的形狀、大小以及它們之間的相互組合關(guān)系。這些組合關(guān)系決定著土體的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)土顆粒同水相互作用關(guān)系來確定各類土的凍脹變形能力與特征。