【文章內(nèi)容簡介】 合法與凍土含水率與未凍水量測試的原理、儀器、操作方法較一致，都采用此法。 熱容量測試 土 的熱容量通過重量熱容量和容積熱容量兩種表示方法，兩者關(guān)系是： CC??重 容 式中 γ—土的容重， C重 —重量熱容量， C容 —容積熱容量； 由于空氣熱容量小，計算中可忽略不計，故土的熱容量實(shí)際上由土的骨架和水的含量及其相態(tài)決定。 凍土熱容量，土骨架的熱容量可用量熱求得；冰的熱容量當(dāng)溫度在 0℃ ～ 30℃ 之間時，常取平均值 ℃ ；未凍水的熱容量近似地取 ℃ 。 凍土綜合熱容量，可用量熱法或計算法求得。 凍土有效熱容量，亦即相變劇烈區(qū)或過渡區(qū)的凍土熱容量?？捎嬎闱蟮?。 測定土骨架熱容量或凍土綜合熱容量的量熱法，是利用熱力平衡原理，即放熱等于吸熱，與測定含冰率的量熱法相同。 導(dǎo)熱系數(shù)測定 凍土的導(dǎo)熱系數(shù)用于土的凍融深度計算、熱量轉(zhuǎn)換和工程熱工計算，也可用于凍土物理指標(biāo)間關(guān)系的研究。 土導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法可歸結(jié)為穩(wěn)態(tài)法和不穩(wěn)態(tài)法兩種。 穩(wěn)態(tài)法中有平板法、圓球法、比較法 和熱流計法。 不穩(wěn)態(tài)法中有球形探針、圓柱形探針、平板形探針統(tǒng)稱為探針法。 穩(wěn)態(tài)法中選用了熱流計法，在不穩(wěn)態(tài)法中選用了球形探針法，以便對比測試結(jié)果。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制指南 13 凍土干容重和含水量相同時，粗顆粒土導(dǎo)熱系數(shù)比細(xì)粒土導(dǎo)熱系數(shù)大；同類土因礦物成分和分散度不同致使其導(dǎo)熱系數(shù)之間的均方差達(dá) 177。5 ～ 11％。 凍土導(dǎo)熱系數(shù)隨負(fù)溫度降低而緩慢增大，在工程熱工計算中，導(dǎo)熱系數(shù)取值允許只考慮凍融狀態(tài)，可以忽略溫度影響。 導(dǎo)溫系數(shù)測試 導(dǎo)溫系數(shù)的測試有諧波法，薄板法 ，空心薄板法和正規(guī)狀態(tài)法等方法。 諧波法，薄板法，空心薄板法適用于野外測定表土，精度較低。室內(nèi)測試導(dǎo)溫系數(shù)的正規(guī)狀態(tài)法，此法操作簡便，精度高。 凍土或融土的導(dǎo)溫系數(shù)均隨土的干容重增大而呈指數(shù)曲線或近似直線關(guān)系增大。 土的干容重相同時，融土導(dǎo)溫系數(shù)隨含水量增大而漸漸增大，在最大分子含水量或塑限含水量附近達(dá)到最大值。含水量繼續(xù)增大導(dǎo)溫系數(shù)反而減小。含水量大于液限后其導(dǎo)溫系數(shù)趨于穩(wěn)定。 凍土導(dǎo)溫系數(shù)隨含水量的增大而增大。當(dāng)含冰量達(dá)到一定數(shù)值后其導(dǎo)溫系數(shù)增大 速率變緩并逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)凍土的干容重和含水量相同時，粗粒土的導(dǎo)溫系數(shù)比細(xì)粒土大。同類土的導(dǎo)溫系數(shù)因礦物成分和分散度不同其均方差可達(dá) 177。5 ～ 11％。 多年凍土的力學(xué)指標(biāo)測試 凍脹量測試 對地基土凍脹性的評價指標(biāo)多采用土凍脹系數(shù)（凍脹量與凍深的比值）。凍脹系數(shù)可在野外直接觀測取得。也可在室內(nèi)進(jìn)行模擬試驗(yàn)。 融沉量測試 融沉性能的強(qiáng)弱用融沉系數(shù)表達(dá)，即凍土在自重作用的融沉量與融層厚度的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。 融沉性亦可用融化壓縮系數(shù)表達(dá)。即在外荷載作用下土的融化 壓縮系數(shù)。 切向及法向凍脹量測試 在凍土地區(qū)（多年凍土和季節(jié)凍土）進(jìn)行工程建設(shè)時，多年凍土或季節(jié)凍土直接作為地基，即使用深基礎(chǔ)其上部穿過凍層。這就需要對地基進(jìn)行切向及法向凍脹力測試。 現(xiàn)場水平凍脹力測試 野外測定土對支擋建筑物側(cè)向水平凍脹力，用實(shí)體工程直接測量法及層迭式模型擋墻法。后者優(yōu)點(diǎn)是模型尺寸小，工作簡便，能真實(shí)反映各影響因素的綜合作用，測得較真實(shí)的水平凍脹力值。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制指南 14 凍結(jié)力測試 凍結(jié)力又稱為凍著力，凍結(jié)強(qiáng)度，界面抗剪強(qiáng)度等。凍結(jié)力是決定基礎(chǔ)埋深的重要指標(biāo)，尤其對樁基礎(chǔ)更為關(guān) 鍵。現(xiàn)場以長期荷載試驗(yàn)為主，能直接為工程設(shè)計提供數(shù)據(jù)。由于試驗(yàn)需耗費(fèi)大量人力物力，故宜在大中型工程項(xiàng)目中進(jìn)行。并在室內(nèi)進(jìn)行模擬試驗(yàn)。 抗剪強(qiáng)度測試 由于凍土 C、 φ 值為不定值，是溫度、含水量和荷載作用時間的函數(shù)，故應(yīng)視具體情況決定測試方法。 高溫粘性凍土可視為理想粘性體，內(nèi)磨擦角很小，可忽略不計。其抗剪強(qiáng)度主要取決于粘聚力，宜用球模法測定。 對于一般凍結(jié)砂性土和粘性土，采用楔形儀測其抗剪強(qiáng)度。 對于粗顆粒凍土（塊石、卵石、礫石、粗砂等），目前室內(nèi)尚無法測定其抗剪強(qiáng)度，可參考現(xiàn)場凍土承載力試數(shù)據(jù)確定， 一般采取現(xiàn)場容許凍土承載力的四分之一作為粗粒凍土的抗剪強(qiáng)度值。 容許承載力測試 多年凍土的承載力是確定基礎(chǔ)斷面和砌置的依據(jù)。中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所給出了凍土允許承載力圖表。考慮到現(xiàn)場復(fù)雜，將表中現(xiàn)場實(shí)測比例強(qiáng)度進(jìn)行折減。粗，礫砂取原值；礫石土，砂土乘 ；粘性土乘 ；地下含土冰層乘 。地下冰層系冰土混合體，不同于河、湖、海水，承載力不為 0。確定凍土承載力的方法除現(xiàn)場實(shí)測（即載荷試驗(yàn)）外，還有 50 年代原蘇聯(lián)崔托維奇的球形壓模法確定容許強(qiáng)度和極限強(qiáng)度，用蠕變試驗(yàn)方法確定長期極限荷載， 根據(jù)松馳理論利用短時凍土強(qiáng)度推算凍土長期強(qiáng)度，根據(jù)凍土的物理參數(shù)查表等。 現(xiàn)行鐵路工程地質(zhì)規(guī)范中采用的多年凍土地地基的基本承載力 σ0 可以分為兩部分。其中一部分是以凍土的瞬時單軸抗壓強(qiáng)度極限強(qiáng)度的 1/6 至 1/8 確定的；另一部分則是根據(jù)球模試驗(yàn)儀所測的長期粘著系數(shù)確定的。 多年凍土的變形模量測試 多年凍土的變形模量引用融土的變形模量計算公式，其中的側(cè)脹系數(shù)含土冰層取 ～；粘性土取 ～ ；粗粒土取 ～ 。高溫土取大值，顆粒粗或含水量大時取大值，反之均取小值。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制指南 15 7． 工程地 質(zhì)觀測 地溫觀測 地溫觀測利用溫度表（計）量取地溫，了解地溫的變化規(guī)律。地溫觀測用以下三種方法。 玻璃液體溫度表觀測地溫 玻璃液體溫度表分套管式、玻璃棒式兩種。地溫觀測中用水銀和酒精兩種溫度表，溫度表可制成各種形式，以適應(yīng)地溫觀測的特殊要求。曲管地溫表、最高溫度表、最低溫度表、緩變溫度表。溫度表需經(jīng)誤差鑒定并按時維修。 觀測的內(nèi)容包括地表、深層、最高和最低和定時觀測。 熱電隅溫度表觀測地溫 熱電隅溫度表的標(biāo)定范圍應(yīng)略大于其觀測地溫的工作范圍。 熱電隅溫度表用于地溫 觀測中，適用于觀測非平面建筑物如橋梁墩臺、基礎(chǔ)、房基、混凝土樁內(nèi)的溫度變化等。 電阻溫度表觀測地溫 電阻溫度表用金屬電阻溫度表測溫法和半導(dǎo)體溫度表測溫法兩種。 為了全面的觀測地溫情況，對于地溫要進(jìn)行地表和地面以下的觀測。用以下觀測的方法 : 熱電隅溫度表觀測地溫適合于地表以下的地溫觀測，具體是熱電隅（溫差電隅）埋置于一定深度的土層中，通過導(dǎo)線將觀測的地溫數(shù)據(jù)傳到地面的指示儀表進(jìn)行記錄；在埋設(shè)熱電隅（溫差電隅）的時候要注意不要破壞觀測土體的結(jié)構(gòu)，盡量避免對應(yīng)力狀態(tài)的改變，也不能改變土體中的水的運(yùn)移情況，避免產(chǎn)生人為的溫度差。 對于地表溫度的觀測，可采用玻璃液體溫度表觀測。在選擇溫度計的時候，應(yīng)注意溫度計的量程。 凍脹與融沉觀測 現(xiàn)場觀測凍脹。采用單獨(dú)式和疊合式兩種分層凍脹儀，并用鉆孔或挖坑方法埋設(shè)。鉆孔比挖探方法埋設(shè)凍脹儀對土的原狀結(jié)構(gòu)破壞小，使用于地下水位高于凍深的地區(qū)。 單獨(dú)測桿凍脹儀只能測一個深度的凍脹量，觀測整個分層凍脹量時埋設(shè)測桿多，場地面積大。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制指南 16 疊合式凍脹儀集中一點(diǎn)分層觀測，有利于成果整理分析。且占地面積小，適合自 動觀測。但這種凍脹儀不能確切說明層中哪個深度的凍脹量，同時開孔較大，對溫度場有一定的影響，效果不夠理想。 兩種凍脹儀均可用直尺直接量測凍脹量。當(dāng)觀測地基表面凍脹量和觀測建筑物凍脹與融沉變形時可用水準(zhǔn)儀直接觀測。 凍脹與融沉觀測的主要內(nèi)容有 : （ 1） 凍融深度觀測可采用凍土器；凍土器內(nèi)充入當(dāng)?shù)氐叵滤? （ 2） 地下水位觀測管應(yīng)埋入當(dāng)?shù)刈畹偷叵滤灰韵轮辽?50cm。 （ 3） 地溫觀測一般要求同步進(jìn)行，當(dāng)電測儀確有困難且觀測要求不高的情況下，亦可暫不觀測。溫度計測溫深度的測點(diǎn)間距一般不大于 20~30cm。 （ 4） 凍融深度、地下水位和地溫測點(diǎn)應(yīng)貼近凍脹儀設(shè)置。 多年凍土地區(qū)的路基變形觀測兩種方法： 整體變形觀測：選取代表路段，沿路中線每隔一定距離的路面表面或在橫斷面方向的路中及路面兩側(cè)邊緣打入圓頭大鐵釘作固定點(diǎn)位，用水平測量方法定期觀測其變形沉降量； 分層凍融變形觀測：沿路基深度方向分層埋設(shè)變形觀測沉降（凍脹板），在縱向記錄各層土的變形沉降情況。觀測路段的選擇主要根據(jù)地貌類型、填土高度、地基土壤及凍土類型等分別選擇代表斷面建點(diǎn)觀測。 每個場地中分別在天然 狀態(tài)、路肩和路基中心處設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。路基和路肩下的監(jiān)測探度一般在 12m 左右，天然狀態(tài)一般為 6～ 8m，地面和路面以下每隔 50cm 設(shè)置 1 個監(jiān)測點(diǎn)， 監(jiān)測內(nèi)容包括天然狀態(tài)和工程活動影響下的活動層厚度、多年凍土溫度、凍融過程和融化下沉。 對多年凍土溫度、活動層厚度和凍融過程采用對溫度變化敏感的熱敏電阻來進(jìn)行監(jiān)測； 對融化下沉的相對變形采用經(jīng)緯儀來進(jìn)行測量。 8． 各工程階段資料整理與提交的成果 工程可行性研究 (踏勘 )階段勘察 工程可行性階段凍土工程地質(zhì)勘察應(yīng)符合下列 要求： 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制指南 17 應(yīng)了解各 路 線方案的區(qū)域凍土地質(zhì)條件和影響 路 線方案的主要凍土工程地質(zhì)問題， 對路線方案做初步的地質(zhì)評價 ,為編制可行性研究報告提供地質(zhì)資料。 應(yīng)廣泛搜集和研究線路通過地區(qū)已有的區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域凍土、衛(wèi)片、航片、地震、工程與水文地質(zhì)、氣象和水文等資料，并在此基礎(chǔ)上擬定勘察重點(diǎn)和應(yīng)解決的問題。除應(yīng)收集航空相片和衛(wèi)星相片的解釋結(jié)果、區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域凍土以及地區(qū)性建設(shè)經(jīng)驗(yàn)等資料外，必要時應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場踏勘。 除應(yīng)了解線路通過地區(qū)的工程地質(zhì)條件外，重點(diǎn)應(yīng)放在控制線路方案的越嶺地段、 長大隧道、大河橋渡和大型互通式立體交叉地段。以便提出越嶺方案、橋位 (渡口 )和交叉位置的比選意見。 踏勘階段凍土工程地質(zhì)勘察報告應(yīng)提出以下圖件： （ 1） 凍土工程地質(zhì)總說明書。 （ 2） 全線凍土工程地質(zhì)圖，比例尺 1:50000～ 1:202000。 （ 3） 推薦方案及主要比較方案的線路平面圖，比例尺 1:10000～ 1： 50000。 （ 4） 控制線路方案的越嶺地段、大橋、特大橋、大型互通式立體交叉地段的凍土工程地質(zhì)平面圖和凍土工程地質(zhì)剖面圖，比例尺 1:5000～ 1:10000。 （ 5） 勘探、試驗(yàn)及凍土工 程地質(zhì)照片等資料。 初測階段勘察 初測階段凍土工程地質(zhì)勘察是在工程可行性研究 (踏勘 )階段勘察工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步做好地質(zhì)選線工作，為優(yōu)選 路 線方案和編制初步設(shè)計文件提供依據(jù)。 初測階段凍土工程地質(zhì)勘察應(yīng)查明沿線凍土區(qū)域條件，區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，對線路通過地區(qū)的凍土工程地質(zhì)條件作出 較深入 評價；初步查明對線路起控制作用的凍土現(xiàn)象的性質(zhì)、特征和范圍；根據(jù)凍土工程地質(zhì)條件，優(yōu)選線路方案。 初測階段凍土工程地質(zhì)調(diào)查與測繪的基本內(nèi)容除應(yīng)符合現(xiàn)行國家有關(guān)規(guī)范，尚應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查以下內(nèi)容： 初步查明沿線富冰、飽冰凍土和含土冰層的分布、成因和厚度。 初步查明控制線路方案的重大路基工點(diǎn)、大橋、隧道、公路管理、養(yǎng)護(hù)及服務(wù)設(shè)施場地、互通式立體交叉等的凍土工程地質(zhì)條件。 根據(jù)沿線地震基本烈度區(qū)劃資料，結(jié)合沿線巖性、構(gòu)造、地貌、水文地質(zhì)和多年凍土條件，確定 7 度及 7 度以上的烈度分界線。 提供多年凍土地基的物理、力學(xué)和熱學(xué)參數(shù)。 多年凍土地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制指南 18 在沿線重大工程地段和大的地貌單元可建立長期地溫觀測點(diǎn)。觀測孔和地溫觀測應(yīng)符合下列規(guī)定： （ 1） 觀測孔深度不應(yīng)小于 地溫年變化深度。 （ 2） 地 溫 觀測應(yīng)在成孔后立即進(jìn)行。 （ 3） 觀測周期應(yīng)根據(jù)勘察大綱的有關(guān)技術(shù)要求而定。 初測階段凍土工程地質(zhì)調(diào)查與測繪應(yīng)采用下列方法： （ 1） 充分利用衛(wèi)片、航片資料。通過判釋，確定調(diào)查重點(diǎn)，實(shí)際校對修改、補(bǔ)充判釋內(nèi)容。 （ 2） 通過沿線各地質(zhì)點(diǎn)的調(diào)查，初步查明沿線區(qū)域地質(zhì)和凍土工程地質(zhì)條件。 （ 3） 地質(zhì)圖的填繪應(yīng)在野外實(shí)地進(jìn)行，對線路方案和工程有影響的地質(zhì)界線、地質(zhì)點(diǎn)，應(yīng)采用儀器測繪。 初測勘探工程除應(yīng)符合本規(guī)范及現(xiàn)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) (規(guī)范 )的規(guī)定外，尚應(yīng)滿足下列要求： 應(yīng)根據(jù)凍土條件選用地震探、電探、地質(zhì)雷達(dá)等物探手段，并配合鉆探進(jìn)行綜合勘探，以縮短勘探周期，提高勘探質(zhì)量。 勘探點(diǎn)的數(shù)量、深度應(yīng)根據(jù)工程類別及凍土工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度而定?？碧降闹攸c(diǎn)應(yīng)是控制方案的凍土現(xiàn)象分布地段和重大工程地段。 一般路段每公里應(yīng)設(shè)勘探點(diǎn) 數(shù)量根據(jù) (～ 條 )確定 ，其位置應(yīng)選在地形特征點(diǎn)處。當(dāng)凍土工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地層差異較大時，宜沿路基中線和橫斷面布設(shè)物探剖面，以查明多年凍土在剖面上的分布特點(diǎn)。 在多年凍土不穩(wěn)定的邊緣地段應(yīng) 有查明多年凍土下限的鉆孔。在多年凍土穩(wěn)定地段，應(yīng)結(jié)合工程需要，布置查明多年凍土下限的鉆孔。