【正文】 nner 法 采用 . Linell 和 C. 的算式，利用基礎側(cè)面凍脹變形曲線來計算凍結(jié)鋒面處的垂直凍脹應力數(shù)值:式中，守。影響土凍脹應力大小的因素很多，如土壤種類、顆粒成分及其礦物質(zhì)的質(zhì)、干容重及滲透系數(shù)的大小、含水量及地下水、土中溫度及溫度梯度等。上下層的彈性特征參數(shù)分別為 E1 (凍土的彈性模量) ，μ1 (凍土的側(cè)膨脹系數(shù))和 Ez (未凍的變形模量)、內(nèi)(未凍土的側(cè)膨脹系數(shù))。 雙層地基中的上層是凍土層，凍土的彈性模量與很多因素有關(guān)，當其他條件一定時，土的負溫度就成了主要的影響因素，溫度越低，彈性模量越大。 T 為土中溫度，以正值代人， 為計算方便，將 T=(hf z)代入上式后得 E] = 130 + 59(hf z) ()未凍土的變形模量 E2 = 90 (100kPa) ，考慮到凡是凍脹39。這種擴散的角度是以對比試驗為基礎而提出的，就是先在凍前的該地基上做載荷試驗，然后當凍結(jié)深度達到要求的某深度后，再做一次同樣的載荷試驗，求出破壞時的壓力比值，再通過換算求出凍土層的壓力擴散角，擴散角的大小與彈性特征參數(shù) E 的比值有關(guān)，若比值小，擴散的角度也小，比值大，擴散的角度也大。其中， αd 為應力系數(shù) 。對直徑為 30cm 和 50cm 圓形基礎板分別在凍前及不同的凍層厚度中進行計算的結(jié)果列于表 中，同時給出了凍前單層的應力系數(shù)與雙層凍結(jié)界面上的應力系數(shù)。利用雙層地基的計算結(jié)果，可以求出地基中凍結(jié)界面上的垂直凍脹應力。三切向凍脹力 在討論切向凍脹力問題時，有必要首先研究分析建筑物基礎，特別是樁基在土中的受力情況。(1) 試驗測定裝直與圖 土凍脹應力測試裝置中的框架錨固系統(tǒng)一樣，只是建筑基礎一般埋深較大，切向凍脹力就作用在基礎側(cè)面。B. 切向凍脹力的發(fā)生與發(fā)展切向凍脹力的產(chǎn)生必須滿足兩個條件 : 。粗顆粒土的切向凍脹力發(fā)展與此不同，在整個凍結(jié)過程中，切向凍脹力均隨凍深的增加而增大，并且主要在凍結(jié)后期發(fā)展，在凍深達最大時，切向凍脹力達最大值。粗顆粒土的單位切向凍脹力具有隨凍深增加而增大的特點。這是由于含水量增加，基礎與土顆粒之間的冰膠結(jié)增加，凍結(jié)強度增大，且凍脹量增大，所以切向凍脹力增大。無論是粗顆粒土還是細顆粒土地基，在最大單位切向凍脹力出現(xiàn)時，其切向凍脹力都不是最大值，均為較小值。除 I 場地能見到暫時性凍結(jié)層上水外，其余各場地都可以認為是封閉系統(tǒng)。根據(jù)實驗確定，余下的 113 凍結(jié)深度所產(chǎn)生的切向凍脹總力約為 2/3 凍結(jié)深度范圍內(nèi)最大凍脹總力的 33% 左右。3. 俄國實測值摘錄 . KHCeJIeB 于 1974 年匯集了俄國 30 多年來的現(xiàn)場實測結(jié)果。(2) 凍土地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范凍土地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范 (JG]l18 98) 中的切向凍脹力的設計值列入表 ，以正常施工的混凝土預制樁為標準，其表面粗糙程度系數(shù)冉取 ，當基礎表面粗糙時，其表面粗糙程度系數(shù)冉取 ~表 也已被《巖土工程勘察設計手冊》所引用。(2) 加拿大學者加拿大學者 Penner 于 1970 年計算基礎約束范圍內(nèi)凍結(jié)界面上的垂直凍脹應力，然后求得切向凍脹力式中， η。由該兩圖可查得任意凍脹敏感性基土在任意深度的凍脹應力(可用內(nèi)插法)。切向凍脹力如果小于凍結(jié)力，則多余的凍結(jié)力對凍脹不起作用。土的凍脹應力為 X 105pa ，應力系數(shù)為 X 105Pa 時，法向凍脹力則為 5220N ，總凍脹力為 20920N ，小于外荷載，故穩(wěn)定。為了研究上述問題，在青藏高原多年凍土區(qū)的現(xiàn)場條件下，進行了實體擋墻和模型擋墻實驗觀測(丁靖康， 1983a) 。墻體在水平凍脹力作用下向前變位(位移為正值)。從圖 可以看出，隨著穩(wěn)定凍結(jié)的出現(xiàn)，水平凍脹力產(chǎn)生。而最大水平凍脹力的出現(xiàn)位置，墻背后充填細顆粒土和粗顆粒土會有所不同，細顆粒土的最大水平凍脹力出現(xiàn)在擋墻墻背側(cè)面的中部和中下部，而粗顆粒土的最大水平凍脹力則出現(xiàn)在擋墻墻背側(cè)面的下部。另一方面，墻背側(cè)填土中水分在重力作用下向下遷移，而形成墻背側(cè)上部含水少，中部、下部含水量多的水分分布規(guī)律() 。在邊界條件相同時，細顆粒土的凍脹敏感性較粗顆粒土的大，所以，細顆粒填土產(chǎn)生的水平凍脹力較粗顆粒填土的大。反之，產(chǎn)生的水平凍脹力就越大。從上兩表列數(shù)值可以看出，對于飽和礫石填土，其最大水平凍脹力為 X 105pa ，對于含水量接近于流限的細顆粒填土，其最大水平凍脹力為 X 105Pao細顆粒填土的最大水平凍脹力是用模型墻測得的， 左右，而一般擋土墻的變形總大于此值。 1982~1987 年，黑龍江省水利科學研究所在哈爾濱萬家土試驗場實測了分層水平凍脹力(隋鐵齡、那文杰， 1989。C ，最低氣溫可達丁 39。所以用平行墻體方向直線連接。 墻基最大凍深處 e 點的力值等于零。壓強修正系數(shù)及誤差檢驗計算見表 。從該表中可以看出最大水平凍脹力隨土凍脹率的變化趨勢。根據(jù)使用要求，房屋隔成值班室、宿舍、辦公室和試驗室四個房間?；A13 與基礎 21 比較，凍脹力大了約 3 倍。按建筑物開間 ~ 計算，墩基的間距為 ~ ，墩基上的結(jié)構(gòu)自重比條基的大 ~，單層房屋的結(jié)構(gòu)自重起碼在 50kN 以上，基本能平衡地基土的凍脹力，使用樁基更為有利。mp 為房間熱狀態(tài)對凍土平面分布的影響系數(shù)[按下列取值: 1 (凸墻角) mp =。六、冰壓力模型試驗1. 模型試驗 寒冷地區(qū)隧道中經(jīng)常出現(xiàn)凍害，甚至隧道壁上出現(xiàn)漏水掛冰，道上形成冰椎，而影響車輛交通。C左右降至一 1439。不過，式 () 的物理意義非常明確，即在無附加荷載作用下水體凍結(jié)時體積膨脹量最大?？梢苑奖愕馗鶕?jù)可能的水膜厚度 B、 ，求出相應的水體結(jié)冰時對襯砌產(chǎn)生的附加冰壓力 ρ。 為襯砌允許變形量， rnm。如將水體的厚度分為三組，即 I 組， B = 19rnm。內(nèi)裝預定厚度的水體，由橡皮板密封，上覆蓋制冷壓頭，由高精度( :℃1)制冷循環(huán)液控制壓頭冷卻過程，使圓柱體內(nèi)水體逐漸凍結(jié)成冰。mv 為房間熱狀態(tài)對凍層垂直向的影響系數(shù) 。如圖 所其中陰墻角皿(凹角)下不僅基礎處的凍 深值小，而且其四周的地基土只有 1/4 (室外部分)的土凍結(jié)能產(chǎn)生凍脹力。圖 中基礎 23 凍脹力比基礎圳小很多，其中原因之一是它處在向陽一側(cè)，從兩組熱電偶 118 位置處的凍深曲線可見，樁基內(nèi)外兩側(cè)的最大凍深在 50~80cm 之間，平均凍深線為 60cm ?；A 21 觀測結(jié)果見圖 ，其中基礎13為對比基礎。1. 試驗概況閻家崗凍土站位于哈爾濱市西南三十公里的市郊，地貌單元屬于松花江一級階地，地層的上部由上更新世沖積、沖積和湖沼沉積物組成，地勢較平坦。墻高均為 4m①圖 為東阿拉錨定板擋墻(即進水池擋墻) ，試驗表明。修正的方法是將每年各月選定的最大壓強圖與實測壓強圖對比。 相對墻高 ~ 。影響擋土墻水平凍脹力的場地自然特征值見表 。(2) 試驗場自然條件哈爾濱試驗站地理位置為 4504339。% ，考慮粗顆粒土中粉薪粒含量的可能上限值，取粗顆粒填土的最大水平凍脹力為1 X 105Pa 是適宜的。對于細顆粒填土，應視擋墻基礎埋置情況分別采用圖 或 b 的分布圖式。 水平凍脹力隨溫度降低而增大。其二是決定墻體可變形性的因素。在墻背側(cè)中部，等溫線與墻面近于平行，說明中部土體近于一維凍結(jié)。在土壓力作用時，水平凍脹力等于零(3) 水平凍脹力沿深度分布及其主要影響因素 水平凍脹力沿墻背側(cè)面的分布是不均勻的。 C 點至o d 點曲線變緩，說明水平凍脹力的增長與水平凍脹力的松弛基本上處于平衡狀態(tài)，這時水平凍脹力達最大值。從圖 可以看出，在凍結(jié)初期，由于土溫降低，土體冷卻收縮，土壓力減小，L 型擋墻墻體向后產(chǎn)生變位(位移為負值)。我國在現(xiàn)場進行過實體工程水平凍脹力的觀測試驗工作不少，如鐵道部科學研究院西北研究所、黑龍江省水利科學研究所、吉林省水利科學研究所與水電部松遼水利委員會和東北勘察設計院科研所、黑龍江省水利勘察設計院與黑龍江省寒地建筑科學研究院、中國科學院蘭州冰川凍土研究所等單位取得了許多實用數(shù)據(jù)，為我國凍土區(qū)支擋結(jié)構(gòu)的設計提供了依據(jù)。如果基礎砌置在凍層之中，既受切向凍脹力又受法向凍脹力之作用時的總凍脹力，要比各單獨作用時之和小得多。計算 時，首先把凍深范圍內(nèi)的樁身分成若干段(如圖 所示)，根據(jù)當?shù)氐販刭Y料找出沿深度各點的土溫或用 T=(h z) 公式計算凍層中的土溫 (h 為基礎板下的凍深度 。α 為根據(jù)土壤類型不同給出的常數(shù)(負值)。(3) 公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范 JTJ 02485 ，規(guī)定季節(jié)凍土區(qū)的單位切向凍脹力如表 所列，其中對表面光滑的預制樁，其單位切向凍脹力要乘以 系數(shù)。由此不難看出，要用一地的實測值應用于其他地方，或?qū)⒏鞯財?shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析時，必須注意當?shù)氐膶嶋H情況，否則無可比性。由表看出，不同地段土層凍結(jié)時作用于礎側(cè)面的切向凍脹力不同，與土層中的水分多寡有關(guān)。當凍深達 2/3 最大凍結(jié)深度時，凍脹總力緩慢增至最大值，而單位切向凍脹力卻減少。A. 試驗場地試驗場地共四處 :1一一河漫灘階地之礫石土，多年凍土上限為 左右 。 D. 切向凍脹力的取值和計算 不同材料基礎，在不同地基土中測得的單位切向凍脹力值和最大單位切向凍脹力值列于表 中。從圖 可以看出，切向凍脹力與地基土的粒度成分有著密切關(guān)系。所以，粗顆粒土的切向凍脹力主要在凍結(jié)后期發(fā)展。圖 為切向凍脹力隨凍結(jié)深度的增長過程線。鐵道部科學研究院西北研究所于 1974~1977 年間在青藏高原多年凍土區(qū)風火山地區(qū)進行了試驗觀測，基礎的材料有漿砌片石、木材、鋼材、混凝土等，地基土有砂礫石、礫砂、蒙古砂土及砂蒙古土，在不同基礎埋深下測定切向凍脹力。劉鴻緒指出， ，地基土的受力情況見圖 ，變形和破壞情況見圖 。土的凍脹應力數(shù)值是法向凍脹力計算的基本數(shù)據(jù)，這個數(shù)無法計算，是通過試驗提供但由于計算的配合可簡化試驗步驟在其他條件不變的情況下，利用上述凍脹應力數(shù)據(jù)可以推算出任何尺寸基礎所受到的凍脹力大小。現(xiàn)仍以 50cm 的基礎為例，當凍土厚度為 25cm 時，應力減小了一半，不但不會出現(xiàn)壓縮反而有回彈上升，如果說建筑物的整體性較好，該基礎的凍脹屬局部性不均勻凍脹，當凍脹力超過上部荷載后，隨著凍脹變形的出現(xiàn)，在建筑物中引起內(nèi)力重分布，使該基礎的荷載變大，但是當凍脹力