【正文】 故還是安全的。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。例如，圓形柱式基礎(chǔ)，直徑 D = ，基礎(chǔ)埋深 ，每根柱承受的外荷為33000N ，最大凍深為 ，地基土屬凹類凍脹性土，為了不產(chǎn)生凍害，基側(cè)面采取了防凍切措施，凍結(jié)力降低到值的 5% ，求算基礎(chǔ)是否穩(wěn)定。由于建筑物有一定的整體剛度，在地基不均勻變形的情況下具有一定內(nèi)力重分布的幅度，所以變形超過不多也是允許的。最后把各段的切向凍脹力加起來，即是該樁所受的總切向凍脹力。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。z 為基礎(chǔ)板下的縱坐標)，根據(jù)土與基礎(chǔ)側(cè)壁之間凍結(jié)強度與土溫的關(guān)系(或查相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范)，找出各點的凍結(jié)強度，求出每段的總凍結(jié)力。季節(jié)凍土區(qū)的樁基在凍前是單層的應(yīng)力分布，隨著土的凍脹，應(yīng)力進行著重分布，其結(jié)果是逐漸過渡到雙層的應(yīng)力狀態(tài)。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。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。(3) 用雙層地基的計算方法用雙層地基的計算方法計算切向凍脹力，將季節(jié)凍土地基視為雙層地基，用錨固框架測力計法進行凍脹力的原位測試，由于試驗所得基底的接觸凍脹壓力較高，因此它不再是直線變形體。ρ 為作用壓力 。為基礎(chǔ)影響范圍之外地面自由凍脹率。 c 、b 為系數(shù)，與土的類別、含水狀態(tài)有關(guān)。而水結(jié)冰后與墩身側(cè)面的單位切向凍脹力，對混凝土可取 190kPa。 I 將所有收集到的數(shù)據(jù)繪圖如圖 所示，并標出不同規(guī)范之取值。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。4. 我國規(guī)范標準值(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準值，是指表面平整的混凝土樁、墩基礎(chǔ)無豎向位移的條件下，相鄰土凍脹時沿基礎(chǔ)側(cè)表面單位面積產(chǎn)生的向上作用力，如表 所列。為此，俄國學者綜合眾人觀測結(jié)果，按稠度 B 將土的凍脹敏感性分為強凍脹 (B)、中等凍脹 () 、弱凍脹() 及不凍脹 (BO) 四類，再根據(jù)不同土類地下水位離凍深的距離來確定切向凍脹力值的大小，如表 。從表 中可以看出，各試驗者所觀測得到的切向凍脹力值變化較大，可能因土質(zhì)、水分、氣候條件及基礎(chǔ)材料與錨固剛度(或允許變形量)等的差異所致。他們的測試方法分為在基礎(chǔ)上直接加荷并阻止變形發(fā)展法，框架錨固并用傳感器測力法。 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。河谷階地中礫石土的切向凍脹大于亞蒙古土，這是因為凍結(jié)初期由山間溝谷地下水補給礫石層所致。C. 試驗結(jié)果兩年多的現(xiàn)場試驗觀測結(jié)果匯集于表 。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。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值來分類，可保持工程建筑物的穩(wěn)定性。當凍深超過 2/3 最大凍結(jié)深度以下時，切向凍脹總力已趨于穩(wěn)定，這些規(guī)律性恰與凍脹率的規(guī)律相一致，建筑物破壞的實例也能說明這點。B. 發(fā)展過程及沿深度變化大量資料證明，切向凍脹力伴隨著凍脹過程而發(fā)生、發(fā)展(圖 )0 整個冬季，在O~1I3 或 O~1I2 的最大凍結(jié)深度內(nèi)，是切向凍脹力急劇增長階段，單位切向凍脹力可達最大值。8~9 月埋設(shè)試樁，讓其預沉 1 個月左右， 10 月上、中旬至翌年 2~3 月進行觀測。 凹一風火山低臺地，以亞砂土為主，上限為 左右。II一山前緩坡之亞教土、亞砂土，上限為 左右。原中國科學院蘭州冰川凍土研究所于 19741976 年在青藏高原風火山地區(qū)進行了試驗觀測。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。而最大單位切向凍脹力，細顆粒土達 X 105Pa ，粗顆粒土達 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。由表 可以看出，對于埋深大于 30cm 的基礎(chǔ)，四種地基土對于四種材料基礎(chǔ)的單位切向凍脹力均在 以下。如果以混凝土的單位切向凍脹力為1，則鋼材的單位切向凍脹力為 ，漿砌片石為 ，木材為 。 所示。從圖 可以看出，含水量增加，切向凍脹力增大。細顆粒土的凍脹敏感性大于粗顆粒土的，且細顆粒土的單位凍結(jié)力也大于粗顆粒土的，所以細顆粒土產(chǎn)生的切向凍脹力明顯大于粗顆粒土的切向凍脹力。前者主要涉及地基土的粒度成分、含水量、溫度等，后者主要與基礎(chǔ)材料的性質(zhì)和基礎(chǔ)表面的粗糙程度有關(guān)。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。而后隨凍深增加，單位切向凍脹力減小。單位切向凍脹力的發(fā)展過程亦具有相似的特點。而粗顆粒土凍結(jié)過程中，在重力作用下水分離開凍結(jié)鋒面向深處遷移和聚集，從而在深部聚集了較多水分，這些水分直至凍結(jié)末期才完全凍結(jié)。粗顆粒土和細顆粒土切向凍脹力的發(fā)展規(guī)律，是由它們凍結(jié)過程中的水分遷移特性決定的。在凍結(jié)后期，隨凍結(jié)深度進一步增加切向凍脹力卻略有減小。從圖 可以看出:切向凍脹力隨凍深加大而增高，但是粗顆粒土和細顆粒土中的情況有所不同。如果地基土體元凍脹，即使凍結(jié)強度很大，同樣也不會產(chǎn)生切向凍脹力的。b. 地基土在凍結(jié)過程中產(chǎn)生凍脹。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。A. 試驗觀測區(qū)中土質(zhì)、水分狀態(tài)、凍脹情況(表 )從各場地不同地基土類凍脹量沿深度分布的結(jié)果看。(2) 現(xiàn)場試驗測定應(yīng)該說，進行測試的部門及地點很多，這里只舉鐵道部科學研究院西北研究所(丁靖康， 1983b) 及原中國科學院蘭州冰川凍土研究所(童長江， 1983) 的觀測結(jié)果，說明其發(fā)展過程與測定數(shù)值的范圍，并列舉俄國學者的部分現(xiàn)場測定結(jié)果。若建筑物基礎(chǔ)埋深在季節(jié)凍結(jié)活動層以內(nèi)，則在基礎(chǔ)底面至活動層一定深度內(nèi)作墊層處理，使其基底不受垂直法向凍脹力作用，這樣所測定的總力即為切向凍脹力，總力除以基礎(chǔ)周邊長度，即單寬切向凍脹力，又稱相對切向凍脹力。因阻力 ~j 是被動的平衡 [~r(N+G)] 的力，隨[~ r 一 (N+G)] 而遞增，達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大于向上的摩阻力。凍土地基卻不然，其受力情扭見圖 ，樁身受力見圖 元，地基受力中，當 (N+:G) ~r 時為圖 ，當(N+39。劉鴻緒贊同盛洪飛于 1982年提出的意見，即在季節(jié)凍結(jié)層之下的抗凍拔穩(wěn)定性驗算與樁基礎(chǔ)在均質(zhì)土中的抗凍拔計算是兩種受力性狀，它實際上與受壓的狀態(tài)一樣。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。本曲線簇是根據(jù)哈爾濱地區(qū)標準凍深 HfO = 189cm 得到的，在其他不同凍深的地區(qū)進行修正即可應(yīng)用。例如求直徑 50cm 的基礎(chǔ)上所受的接觸凍脹力大小(見圖 的曲線 3及表 ) ，用應(yīng)力系數(shù)去除土的凍脹應(yīng)力即可求得基底的接觸凍脹應(yīng)力，接觸凍脹應(yīng)力乘以基礎(chǔ)面積得出凍脹總力。 基底接觸凍脹應(yīng)力的實測結(jié)果見圖 曲線 2 及表 ，根據(jù)直徑為30cm 圓形基礎(chǔ)雙層地基計算，凍結(jié)界面上的應(yīng)力系數(shù)與該瞬時基底接觸凍脹應(yīng)力乘積，即為該地基在凍脹過程中該凍結(jié)深度處的垂直凍脹應(yīng)力，其沿深度的分布見表 及圖 ，由圖可見，土中的凍脹應(yīng)力沿深度的分布與凍脹率的分布規(guī)律基本一致。由于在哈爾濱現(xiàn)有凍土站的試驗基礎(chǔ)都是方形的，而本文所用計算程序是圓形的，為了介紹和說明用雙層地基計算解決法向凍脹力問題的方法，現(xiàn)以 Penner 的 1970 年的試驗結(jié)果為例，各有關(guān)數(shù)據(jù)是從圖上量得的，試驗曲線修正后，經(jīng)過單位轉(zhuǎn)換繪在圖 中。因此，在凍結(jié)膨脹過程中不大可能對其下伏未凍土進行壓縮。對一般剛度和強度不是特別好的建筑物，這時也差不多該出裂縫了。對凍脹性土中的工業(yè)與民用建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)，一般是不存在對下臥層壓縮的。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%。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。而中間存在一個反彎點，如圖 所示的曲線，其中凍層厚度問 h2h1 ，凍層的厚度越大，曲線越平緩，反彎點出現(xiàn)的越遲。 h1 為凍土層的厚度。D 為基礎(chǔ)直徑 。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。土的垂直凍脹應(yīng)力是在既定條件下在凍結(jié)過程中表現(xiàn)出來的一種力學性質(zhì)，它與基礎(chǔ)的面積毫無關(guān)系，受到影響的只是地基中的應(yīng)力狀態(tài)。另外，土的凍脹應(yīng)力不但隨不同的凍脹等級而變，即使同一條件下還是凍結(jié)深度的函數(shù)，所以將凍脹應(yīng)力看成一個固定的常數(shù)也不妥當。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)。有關(guān)凍土的擴散角問題，在計算兩層交接面上的壓應(yīng)力時，有時利用壓力擴散角法來近似計算。通過計算表明，泊松比取值稍有出入，對整個計算結(jié)果的影響是不大的。在融化的時候，由于未能充分固結(jié)，水分來不及排除，故內(nèi)摩擦角偏小，含水量越高，泊松比偏大些。性比較大的地基土，其力學性質(zhì)都是比較差的，因此，取值應(yīng)偏低一些。C時凍土的彈性模量， 100kPa。凍結(jié)深度與地基中的溫度在同一地區(qū)還受到土的熱物理參數(shù)、地勢以及不同年份等因素的影響，甚至還有較大的波動幅度。C/cm ，因此，近似取 T= (h z) 表示土溫在凍層中沿深度的變化。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。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。如果土的凍脹敏感性很小，可能到最后也不能完全達到雙層地基的應(yīng)力分布。當?shù)鼗鶎賰雒浢舾行酝令悤r，隨著凍脹力的產(chǎn)生和不斷增大，地基