【正文】 建筑物的設(shè)計和計算有著重要意義。凍深在 時，計算出切向凍脹力為 15700N ，剩余的外荷還有 17300N ，產(chǎn)生15700N (只要不超過)切向凍脹力后，界面土的凍脹力還剩余 O. 1244 X 105Pa。如果算出的切向凍脹力大于算出的凍結(jié)力，則只有與凍結(jié)力相等的那部分才有效，土凍脹應(yīng)力的剩余部分是產(chǎn)生下段切向凍脹力的力源。圖 為不同深度處凍脹應(yīng)力與基土平均凍脹率之間的關(guān)系，圖 為不同凍脹率的基土凍脹應(yīng)力與凍結(jié)界面深度的關(guān)系。 c 、b 為系數(shù)，與土的類別、含水狀態(tài)有關(guān)。4. 我國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值(1) 水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范水工建筑物抗冰凍設(shè)計規(guī)范 (DL/f50821998)中的單位切向凍脹力標(biāo)準(zhǔn)值，是指表面平整的混凝土樁、墩基礎(chǔ)無豎向位移的條件下，相鄰?fù)羶雒洉r沿基礎(chǔ)側(cè)表面單位面積產(chǎn)生的向上作用力，如表 所列。 19751976 年，因壓力傳感器的量程比較小，不少試樁的切向凍脹力都超出了傳感器的量程而不得不終止試驗，所以該年度的觀測值肯定要偏小些。由此可見，取 2/3 最大凍結(jié)深度范圍內(nèi)的最大單位切向凍脹力值作為基準(zhǔn)值來分類，可保持工程建筑物的穩(wěn)定性。 凹一風(fēng)火山低臺地，以亞砂土為主，上限為 左右。而最大單位切向凍脹力，細(xì)顆粒土達(dá) X 105Pa ，粗顆粒土達(dá) X 105Pao在基礎(chǔ)穩(wěn)定性計算中，怎樣來考慮最大單位切向凍脹力的作用呢?從圖 可以看出，最大單位切向凍脹力的出現(xiàn)與最大切向凍脹力的出現(xiàn)是不同步的。從圖 可以看出，含水量增加，切向凍脹力增大。而后隨凍深增加，單位切向凍脹力減小。在凍結(jié)后期，隨凍結(jié)深度進(jìn)一步增加切向凍脹力卻略有減小。其表層 1I3~1I2 活動層深度范圍的凍脹量占 90% 左右，為其主凍脹帶，而粗粒土凍脹沿深度分布比較均勻。因阻力 ~j 是被動的平衡 [~r(N+G)] 的力，隨[~ r 一 (N+G)] 而遞增，達(dá)到極限值后不再增大，而 N 及 G 不為零，所以三 f不會注 ~r ，即凍土層所受到向下的壓力永遠(yuǎn)大于向上的摩阻力。本曲線簇是根據(jù)哈爾濱地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深 HfO = 189cm 得到的，在其他不同凍深的地區(qū)進(jìn)行修正即可應(yīng)用。因此，在凍結(jié)膨脹過程中不大可能對其下伏未凍土進(jìn)行壓縮。應(yīng)力系數(shù)的大小，不僅與基礎(chǔ)尺寸有關(guān)，凍層厚薄的影響也很大。凍結(jié)界面上的應(yīng)力狀態(tài)與面積的關(guān)系見圖 ，即為凍結(jié)界面中對稱軸線上點的應(yīng)力系數(shù)(基礎(chǔ)的單位均布荷載引起的內(nèi)應(yīng)力)與基礎(chǔ)尺寸的關(guān)系。有關(guān)凍土的擴(kuò)散角問題，在計算兩層交接面上的壓應(yīng)力時，有時利用壓力擴(kuò)散角法來近似計算。C時凍土的彈性模量， 100kPa。對季節(jié)凍土地區(qū)，基礎(chǔ)凍脹力的計算只不過是基礎(chǔ)設(shè)計中的一項穩(wěn)定性驗算。假設(shè)凍土與未凍土每層均為各向同性、均質(zhì)與直線變形的雙層彈性連續(xù)體系，就是由一定厚度的土層連續(xù)支承在一個彈性半空間體上。(5) 雙層地基計算法 1981 和 1983 年，劉鴻緒建議要想求得基底的接觸凍脹應(yīng)力，首先必須了解凍結(jié)鋒面土的凍脹應(yīng)力。 為自由凍脹量。表 已被《巖土工程勘測設(shè)計手冊》正式引用。另一類為框架錨固法(如圖所示)，將框架錨固在地基深層，用測力測定凍脹過程基礎(chǔ)對框架的最大作用力，為凍脹總力，此法的關(guān)鍵是錨固的穩(wěn)定性框架受力彎曲時梁的剛度要足夠大，使基凍脹變形值限制在預(yù)定范圍內(nèi)。C/ ， 39。因此約束力愈大，凍脹力也愈大，但凍脹量則變小，直到某一極值將不發(fā)生凍脹，此時的凍脹力稱為最大凍脹力 σmax 。土的凍脹應(yīng)力是土在凍結(jié)過程中所表現(xiàn)出的一種力學(xué)性質(zhì)，它與土的其他物理力學(xué)性質(zhì)一樣，是由試驗來獲得的() ，它受土質(zhì)及其有關(guān)的物理性質(zhì)、土中水及其分布情況、土中溫度及其溫度梯度等主要因素的影響。 由于冰晶增長的方向與熱流的方向一致，因此，凍脹力只能沿?zé)崃鞣较虺霈F(xiàn)。并且在熱力度誘導(dǎo)下，土層中應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，如孔隙水壓力、附加應(yīng)力、冰壓力及有效應(yīng)力的相應(yīng)變化，出現(xiàn)第二凍脹理論所描述的關(guān)于當(dāng)某層土中有效應(yīng)力等于零時出現(xiàn)冰透鏡體現(xiàn)象。沿著土凍脹方向，且垂直于地表及基礎(chǔ)底面的凍脹力，稱為垂直法向凍脹力，單位面積上的垂直法向凍脹力稱為垂直法向凍脹應(yīng)力( 中所示)。與法向凍脹力一樣， r 也受控于土質(zhì)、水分及溫度等條件，也與基礎(chǔ)變形受束縛程度及基礎(chǔ)材料與粗糙度等有關(guān)，可以通過實地試驗求得，也可通過經(jīng)驗公式計算得到。 式中， σ1 為約束力，Pw 為孔隙水壓力。C /35MPa以上是在實驗室里完全受限制的條件下測得的。為我國各類規(guī)范的制定提供了大量實測資料。(2) 10. T. KYJIHKOB 法 在首先假定基礎(chǔ)是不動的，土壤凍結(jié)膨脹時，只能壓密下部未凍土層，即自由凍脹量于持力層的壓縮量的條件下，得出了一個凍結(jié)界面上的法向凍脹應(yīng)力的計算公式:式中， ρ 為土的容重 。α 為土壤類型的常數(shù)(負(fù)值) 。 劉鴻緒的這個新的計算方法，就是用雙層地基的計算理論來解決季節(jié)凍土地區(qū)的法凍脹力問題。因為介質(zhì)中的任何一點沒有變形增量(在無約束條件時) ，就不會產(chǎn)生力的增量，沒有力的增量也就不能引起力的重新分布。另外，凍層越薄，則溫度梯度越大凍層越厚溫度梯度越小，所以沿整個凍結(jié)深度的平均溫度梯度是凍結(jié)深度或時間的函數(shù)，大致到 1 月下旬，凍深在 左右時溫度梯度為 39。泊松比主要取決于內(nèi)摩擦角的大小，在凍結(jié)過程中，由于地基在應(yīng)力作用下已達(dá)到穩(wěn)定，其內(nèi)摩擦角會大些，泊松比就小些。求凍土層壓力擴(kuò)散角的原位載荷試驗，尚未見做過。h1/r 為凍土層厚度與基礎(chǔ)半徑之比。 在 50cm 深度處，凍結(jié)前后應(yīng)力系數(shù)的變化由 減少到 ，降低了近 73%地基中在持力層范圍內(nèi)，凍后的應(yīng)力系數(shù)要比凍前的小很多，應(yīng)力減小過程即相當(dāng)于卸荷現(xiàn)象，相應(yīng)地產(chǎn)生回彈變形，而基礎(chǔ)有上抬現(xiàn)象，這種上抬與基土的凍脹上抬是有本質(zhì)區(qū)別的。這是加拿大學(xué)者 Penner 所做的試驗:圓形基礎(chǔ)板的直徑為 ，最大凍深為 85cm ， ，% ，相當(dāng)強凍脹性土，試驗是用測力計法得出的。 = ~ 年我國的林區(qū)公路工程設(shè)計規(guī)程也有相同規(guī)定，幾乎所有兄弟單位的論文也執(zhí)行此項規(guī)定，因此樁基的抗凍拔錨固力減少了近半?？偭Τ曰鶄?cè)面積，即單位切向凍脹力。如果凍結(jié)力不存在，即使地基土出現(xiàn)強烈凍脹，作用于基礎(chǔ)的切向凍脹力也是很小的。細(xì)顆粒土在凍結(jié)過程中，水分向凍結(jié)鋒面遷移和聚集，在凍結(jié)鋒面形成冰透鏡體和冰夾層，體積劇烈膨脹，從而切向凍脹力在凍結(jié)前期發(fā)展很快。另一種是影響基礎(chǔ)表面親水程度和摩擦特性因素。從圖 可以看出:在四種材料中，鋼材單位切向凍脹力最大，最小者為混凝土。單位切向凍脹力的計算值，在基礎(chǔ)材料為 1 昆凝土?xí)r，粗顆粒土取 X 1Q5Pa ， X 105Pa 是適宜的，對于其他材料基礎(chǔ)，其單位切向凍脹力計算值，可用混凝土的單位切向凍脹力計算值乘以材料修正系數(shù)。974~1976 年共進(jìn)行了 97 個試驗樁基的切向凍脹力測定。季節(jié)凍土地區(qū)，余下 113 凍深所產(chǎn)生的切向凍脹力可不予考慮。各試驗觀測者所得數(shù)據(jù)歸納于表 中。所獲數(shù)據(jù)合計 232 個，其中弱凍脹土 28 個，凍脹土 32 個，強凍脹土 113 個和特強凍脹土 59 個。可為在壓力 ρ 作用下的凍脹率 。圖 為不同凍層厚度凍結(jié)界面上的應(yīng)力系數(shù)與基礎(chǔ)板直徑的關(guān)系，圖 為不同基礎(chǔ)板直徑的應(yīng)力系數(shù)與界面同該基礎(chǔ)板的距離的關(guān)系，由此可查得任意直徑的基礎(chǔ)板離開該板任意深度上的應(yīng)力系數(shù)(可用內(nèi)插法)。切向凍脹力只要不超過外加荷載就是安全的。四、水平凍脹力上面已經(jīng)闡述過，冰晶沿?zé)崃鞣较蛟鲩L，故凍脹應(yīng)力亦沿?zé)崃鞣较虬l(fā)育。模型擋墻為層疊式分層鋼筋混凝土擋墻，每層高 、 、長3m ，墻后填土為細(xì)顆粒土。在這段時間里，水平凍脹力隨著凍深增加而穩(wěn)步上升。 12 月底至次年 1 月中旬，凍土溫度雖有降低，但水平凍脹力的松弛和增長趨勢大體平衡，曲線作幅度不大的擺動從上面的分析可以看出，水平凍脹力和土壓力的作用是不同步的。圖 是模型墻墻背側(cè)的溫度分布曲線。而粗顆粒土則與此相反，在凍結(jié)過程中水分離開凍結(jié)鋒面向深部遷移，從而使凍結(jié)鋒面土體含水量減小。圖 中水平凍脹力分布曲線還反映了土體含水量對水平凍脹力的影響。根據(jù)粗顆粒填土和細(xì)顆粒填土最大水平凍脹力的分布位置不同，可將水平凍脹力的計算圖式簡化成不同的三角形(圖 ) 。所以細(xì)顆粒土的最大水平凍脹力上限值取 是適宜的。由歷年實測水平凍脹力壓強分布圖形可知，壓強分布圖在時間和空間上是動態(tài)變化的。凍土試驗場內(nèi)地勢平坦，土質(zhì)分布較均勻。外露墻高底部的壓強約占最大值的D. 擋土墻背側(cè)水平凍脹力沿墻高方向的相對比例是:當(dāng)相對墻高為 時，值比例為 。全約束擋土墻背側(cè)水平凍脹力壓強圖(圖 ) ，反映了水平凍脹力時空變化的規(guī)律。為了尋找防止凍害、經(jīng)濟(jì)的新型水工建筑支擋結(jié)構(gòu)，吉林省水利科學(xué)研究所于 1980年開始做部分室內(nèi)試驗及前期工作。但絕大多數(shù)的工業(yè)與民用建筑物在寒冷季節(jié)都是采暖的，采暖條件下作用在外墻基礎(chǔ)上凍脹力的大小和計算問題，尚無人系統(tǒng)研究。試驗基礎(chǔ) 20 、22 系獨立基礎(chǔ)，基底面積為 100cm x 100cm，埋深 50cm ，有50cm 的砂墊層，試驗基礎(chǔ) 21 為 1m 長的條形基礎(chǔ)，埋深為 50cm ，有50cm 厚的砂墊層，基底寬度60m二基礎(chǔ)兩端的地基土各挖一道寬 25~30cm 的溝，其中填滿中、粗砂，深度為 溝向室外延伸 ，溝寬兩側(cè)襯以油紙，見圖 驗基礎(chǔ) 21 為 1m 長的條形基礎(chǔ)，埋深為 50cm ，有50cm 厚的砂墊層，基底寬度為60cm二基礎(chǔ)兩端的地基土各挖一道寬 25~30cm 的溝，其中填滿中、粗砂，深度為 ，該溝向室外延伸 ，溝寬兩側(cè)襯以油紙，見圖 試驗基礎(chǔ) 23 為一直徑 40cm ， 的灌注樁，見圖 。由此可得出一個結(jié)論:在房屋采暖情況中，基礎(chǔ)所受到的凍脹力遠(yuǎn)比非采暖條件下自然場地基礎(chǔ)的凍脹力小，也不只是相差一個采暖對凍深的響系數(shù) ~ 的問題。按采暖設(shè)計的建筑物在遇到跨年度施工或使用中因特殊情況而隔年采暖時，必須采取有效措施或?qū)Φ鼗馏w保溫以消除凍脹，否則，其凍脹力將成倍增長，在實際工程中由于這方面原因釀成的教訓(xùn)是不少的。 皿(凹墻角) m p = 0 .25 ] 。因此，在冰壓力的模型試驗中，采用封閉系統(tǒng)、有側(cè)限的試驗條件，在給定荷載(即上壓力)下進(jìn)行凍結(jié)，測定其變形過程，求得在不同水層厚度、壓力下的相應(yīng)凍脹變形，研究分析在封閉系統(tǒng)中凍結(jié)時，相應(yīng)于不同水層厚度及襯砌可能出現(xiàn)最大變形時的冰膨脹力 O 然后，根據(jù)襯砌可能產(chǎn)生的位移，求得水變成冰時的膨脹壓力，作為隧道襯砌設(shè)計時附加荷載(王雅卿等， 1995) 。C后出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，試樣四周包圍絕熱材料，保持其單向凍結(jié)，由百分位移傳感器量測凍脹變形?？梢?，式 () 的另一含義為水體凍結(jié)并限制其膨脹變形量為 時，冰體產(chǎn)生的膨脹壓力