【正文】 。p 為產(chǎn)生下沉的壓力，即法向凍脹力。通過雙層彈性空間半元限體問題計算，求得地基土在凍結(jié)過程中所發(fā)生力的一系列變化及其內(nèi)力分布。其中 h 為計算瞬時自基礎(chǔ)底面算起的凍結(jié)深度， z 為從基礎(chǔ)底面算起的凍土層中某點的豎向坐標(biāo)值。有關(guān)法向凍脹應(yīng)力與面積關(guān)系的問題?，F(xiàn)仍以 50cm 的基礎(chǔ)為例，當(dāng)凍土厚度為 25cm 時，應(yīng)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(chǔ)的凍脹屬局部性不均勻凍脹，當(dāng)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(chǔ)的荷載變大，但是當(dāng)凍脹力加大到原荷載的 2 倍時，界面上的壓應(yīng)力才剛好與凍前一樣，沒有任何變形。劉鴻緒指出， ，地基土的受力情況見圖 ，變形和破壞情況見圖 。圖 為切向凍脹力隨凍結(jié)深度的增長過程線。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。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 。由表看出，不同地段土層凍結(jié)時作用于礎(chǔ)側(cè)面的切向凍脹力不同，與土層中的水分多寡有關(guān)。(3) 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)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(yù)制樁，其單位切向凍脹力要乘以 系數(shù)。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(dāng)?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(chǔ)板下的凍深度 。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(xué)研究院西北研究所、黑龍江省水利科學(xué)研究所、吉林省水利科學(xué)研究所與水電部松遼水利委員會和東北勘察設(shè)計院科研所、黑龍江省水利勘察設(shè)計院與黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院、中國科學(xué)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(shè)計提供了依據(jù)。 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。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)。 水平凍脹力隨溫度降低而增大。% ，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。影響擋土墻水平凍脹力的場地自然特征值見表 。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。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。圖 中基礎(chǔ) 23 凍脹力比基礎(chǔ)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 。mv 為房間熱狀態(tài)對凍層垂直向的影響系數(shù) 。如將水體的厚度分為三組，即 I 組， B = 19rnm?？梢苑奖愕馗鶕?jù)可能的水膜厚度 B、 ，求出相應(yīng)的水體結(jié)冰時對襯砌產(chǎn)生的附加冰壓力 ρ。C左右降至一 1439。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 =?；A(chǔ)13 與基礎(chǔ) 21 比較，凍脹力大了約 3 倍。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。 墻基最大凍深處 e 點的力值等于零。C ，最低氣溫可達丁 39。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。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。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?xí)兴煌?，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。墻體在水平凍脹力作用下向前變位(位移為正值)。土的凍脹應(yīng)力為 X 105pa ，應(yīng)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。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(yīng)力(可用內(nèi)插法)。(2) 凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 (JG]l18 98) 中的切向凍脹力的設(shè)計值列入表 ，以正常施工的混凝土預(yù)制樁為標(biāo)準(zhǔn)，其表面粗糙程度系數(shù)冉取 ，當(dāng)基礎(chǔ)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(shè)計手冊》所引用。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。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。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。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 : 。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(chǔ)，特別是樁基在土中的受力情況。對直徑為 30cm 和 50cm 圓形基礎(chǔ)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(yīng)力系數(shù)與雙層凍結(jié)界面上的應(yīng)力系數(shù)。這種擴散的角度是以對比試驗為基礎(chǔ)而提出的，就是先在凍前的該地基上做載荷試驗，然后當(dāng)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。 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(dāng)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。影響土凍脹應(yīng)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。3. 法向濤、脹力的計算方法在計算方法中，這里僅介紹如下幾種:(1) . KHCeJIeB 法提出基底接觸凍脹力為 Nf = ()式中， σ 為假定的凍結(jié)界面上的凍脹應(yīng)力，并等于常數(shù)，即 σ=。C/3 隊在Pa ，一 39。1. 切向凍脹力 所示，當(dāng)基礎(chǔ)埋于凍結(jié)層中時，沿著土凍脹方向作用于基礎(chǔ)側(cè)面的凍脹力，稱為切向凍脹力丑。第九章士凍結(jié)過程的力學(xué)特性如前所述，土凍結(jié)時，由于土溫降到土壤水的冰點以下，孔隙水將原位凍結(jié)，相應(yīng)體積膨脹。作用在基礎(chǔ)周圍單位寬度上的切向凍脹力，稱為相對切向凍脹力τ1及單位側(cè)面積上之平均切向凍脹力r ，表示如下: 式中，!Lc 為基礎(chǔ)周長， h 為基礎(chǔ)伸入凍土層中的厚度。C /13MPa 及 39。F 為凍結(jié)面上產(chǎn)生凍脹力的范圍為自基礎(chǔ)邊緣開始沿 450 角向外擴展的面積。基礎(chǔ)法向凍力的計算，是在土的凍脹應(yīng)力、基礎(chǔ)幾何形狀、尺寸大小、基礎(chǔ)的埋置深度以及基底之下的凍結(jié)深度等均為已知，然后通過計算來求出基底的接觸凍脹應(yīng)力。根據(jù)我國東北地區(qū)中部凍結(jié)深度在 2m 左右地溫的實測結(jié)果，在土的凍結(jié)層中，自上而下土溫逐漸升高，到凍結(jié)界面處為零。像哈爾濱這樣凍深在2m 左右的區(qū)域，大約在 3 月中旬以前(氣溫顯著回升以前)凍土層中的土溫沿深度的變化規(guī)律是:越向下溫度越高，也就是說，凍層越薄的平均彈性模量越小，凍深越大的平均彈性模量也越大，因此，彈性模量的比值是一個變數(shù)。直徑50cm 的基礎(chǔ)在 25cm 的深度上，應(yīng)力系數(shù)為 ，但地基土凍結(jié)膨脹形成雙層地基后，在同一點上，應(yīng)力系數(shù)由原來的 減少為 ，降低了 50%。劉鴻緒 () 提出， 1980年我國的工業(yè)與民用建筑灌注樁設(shè)計規(guī)程中規(guī)定，驗算基礎(chǔ)受切向凍脹力的抗拔穩(wěn)定性時，凍結(jié)線之下的不凍土中的摩阻力要乘上一個降低系數(shù)192。b. 地基土在凍結(jié)過程中產(chǎn)生凍脹。C. 影響切向凍脹力的主要因素影響切向凍脹力的主要因素有兩種:一種是影響地基土凍脹敏感性的因素。所以，在基礎(chǔ)穩(wěn)定性檢算中，可以假定單位切向凍脹力沿基礎(chǔ)表面均勻分布。因此，在工程抗凍脹檢算中切向凍脹力的取值為:在 2/3最大凍深范圍內(nèi)按規(guī)范規(guī)定取值，余下 113 凍深則按表規(guī)定相應(yīng)值的 113 計算。實際上，表 的取值是在收集國內(nèi)外一些資料中，凡是土的平均凍脹率、樁的平均單位切向凍脹力等數(shù)據(jù)同時具備時才收錄的。圖 、圖 為按線性方法對圓形基礎(chǔ)板計算所得的應(yīng)力系數(shù)沿深度的分布。當(dāng)凍到 時，總凍脹力為 32700N ，仍略小于外荷，故還是安全的。在凍深達到季節(jié)融化層厚度時，曲線達 b 點。水平凍脹力的這種分布規(guī)律是由以下幾方面的因素決定的: A. 散熱條件的變化:擋土墻修建后，墻后土體在凍結(jié)過程中，由原來的一維散熱條件變成二維散熱條件。從圖 可以出，細顆粒填土的水平凍脹力不論是最大值還是平均值都較粗顆粒填土的大。在相同條件下，細顆粒填土作用于擋墻上的最大水平凍脹力應(yīng)小于此值。C 。將 a、b、 、e 各點連接直線，即為全約束擋土墻背側(cè)水平凍脹力壓強圖(圖 ) 。五、采暖房屋地基凍脹力在自然場地凍脹力的研究方面，國內(nèi)外進行了大量的工作。 看，基礎(chǔ)儼與基礎(chǔ)23 比較，凍脹力大了近6 倍。 II (直線段)mp= 。C時出現(xiàn)最大膨脹變形，溫度低于一 1439。2. 試驗結(jié)果及討論冰壓力模型試驗施加的荷載強度分別為 : 、 、 、 及 肌1Pa，所測不同水體厚度 B 對應(yīng)的凍脹變形列于表 中。 P 0 為在同等條件下裸露場地的凍脹力 。采暖情況下基礎(chǔ)凍脹力的減小，更主要的是地基土的室內(nèi)一側(cè)(直線段為二分之一)不凍結(jié)或只存在很薄(基側(cè)橫向)、很淺(基側(cè)豎向)的一層凍結(jié)層，因此 4 形成不了很大的凍脹力。黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所從 1982 年開始在閻家崗凍土站采暖試驗房屋中連續(xù)進行了 4個年度(周期)的觀測，得出了采暖房屋凍脹力的計算公式，并進一步驗證了我國現(xiàn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范所列有關(guān)防凍害措施的幾點規(guī)定(劉鴻緒， 1989) 。但沿墻高各點的數(shù)值均是外包絡(luò)線的最大統(tǒng)計值，實際上不可能達到壓強圖形的最大值，因此需要按實測值壓強圖與最大壓強圖進行對比修正。地表以下土質(zhì)分布情況 :040cm 為黑色粉質(zhì)壤土， 40~600cm 為黃色重粉質(zhì)壤土，土質(zhì)物理性質(zhì)列于年從 11 月土旬開始穩(wěn)定凍結(jié)，至翌年 3 月中下旬地表融化，在 6 月中旬前后凍土層方可融透。粗顆粒填土的最大水平凍脹力由實體墻測得。墻背側(cè)土體上部含水量小，中下部含水量大，