我国土冻胀研究进展

土之冻胀,是由于土温降至冰点以下,土体原孔隙中部分水结冰体积膨胀,以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未冻区的水分向冻结前缘迁移、聚集,并冻结体积膨胀所致。在自然条件下,地基土及土工构筑物本身土质、水文及冻结条件的不均一性,造成建筑物的不均匀冻胀变形而不能正常运行、甚至破坏,或者即使在冻结时尚能运行,一俟融化便丧失承载能力而破坏。凡上述种种,通常称为冻胀破坏。简称冻害。综观寒区工程,可以断言:土之冻胀作用是季节冻土区各种工程产生冻害的主要原因,也是造成多年冻土区建筑物冻害的主要原因之一。     

吉林省季节冻深的统计特征及计算冻深的确定方法

在季节冻土地区,冻深的取值是工程设计和施工的重要问题。 目前,水工专业尚无专门的有关规范,多以《工业与民用建筑地基基础设计规范TJ7—74》中的有关条文作主要参考。在实践中,各有成功和失败,其原因之一就是在冻深取值时没能针对具体工程地点的冻结条件及建筑物自身的特点和运行要求。 对于水工建筑物,作为安全设计标准的冻深取值——计算冻深应该取建筑物所在地点相应于工程等级和运行条件指定频率的冻深hp,而不宜直接采用附近(可能是几十公里甚至上百公里)气象站的冻深多年平均值。这不仅因为,在一般情况下,不同测点     

冻土未冻水含量的低场核磁共振试验研究

采用低场核磁共振技术测试了冻融循环过程中不同土质、不同NaCl离子浓度饱和试样的未冻水含量,结合T2分布曲线从微细观角度分析了冻融过程中未冻水在孔隙赋存分布情况。试验结果表明：冻结过程可分为过冷度段、快速下降段、稳定段3个阶段,而融化过程仅存在稳定段、快速融化段,并不存在与过冷现象对应的过热现象。冻结时大孔隙的水首先冻结,而融化时孔隙水的增加却是从小孔隙开始的,这是由水分热动力学势能的差异导致孔隙水冻结和融化在时间上的有序性。并且分析了冻融循环中土质类型、离子浓度对未冻水含量的影响,以及探讨了冻融过程出现的滞后现象的原因。     

抗冻害建筑物的总体布置与结构形式

黑龙江省木兰县冬季最低温度达-40℃,最大冻深2米。小型水工建筑物普遍而严重地遭受冻害。多年来为防冻害我们采取过一些措施,如广泛采用大基础深基础,采用大断面的重力式结构等方法,实践证明,这样做在某种程度上可以防冻害。大量实践表明,建筑物的总体布置是否适应抗冻性,是北方地区建筑物设计中极为重要的问题。以下就简化总体布置及结构形式中的一些体会分述之下。     

两种抗冻害渠系水闸基础——反拱板式基础和空心板式基础介绍

黑龙江省北部的讷河县境内,普遍存在因冻害引起的渠系水工建筑物破坏现象,尤以水田灌区和涝区更为严重。该县年平均气温0.7℃,冬季最低气温-42℃,土层最大冻深2.88m,冻结期长达8个多月(10月末至次年7月上旬),属季节冻土区。 一、设计原则和步骤 为提高水工建筑物抗冻害能力,自1979年以来,该县在黑龙江省水利科学研究所协助下,曾试图从建筑结构上寻求解决途径。为此,在渠系水工建筑物结构设计中,遵循了以下原则和方法步骤。     

盐分对土的冻结温度及未冻水含量的影响研究

利用测温法和核磁共振法测量了不同浓度典型盐溶液（NaCl、Na_(2)CO_(3)）饱和重塑粉土的冻结温度及冻结特征曲线,并与不同浓度的NaCl、Na_(2)CO_(3)纯溶液作对比分析,研究初始含盐量对冻结温度及未冻水含量的影响。结果表明：土样冻结温度随初始含盐量的增加而逐渐降低;相同浓度NaCl溶液饱和土样的冻结温度低于相应纯溶液的冻结温度,但相同浓度（0.6 mol/L）Na_(2)CO_(3)溶液饱和土样的冻结温度却比纯溶液的冻结温度高;同一负温下,土样中未冻水含量随NaCl初始含盐量的增加而增多,但随Na_(2)CO_(3)初始含盐量的变化不明显。通过机理分析,表明盐类型和含盐量对土水势具有不同的影响。基于改进的广义Clapeyron方程,将含盐分土冻结温度表达式引入未冻水含量预测模型,得到了能够考虑不同含盐量影响的土体未冻水含量的定量表达,并与实测数据进行对比,验证了该模型能够较为合理地预测不同温度下含盐土体的未冻水含量。     

基于分层核磁测试新技术的未冻水变化规律研究——以砂土冻融过程为例北大核心CSCD

土体冻融过程中的未冻水动态变化与冰-水相变过程密切相关,是冻融过程中非饱和土研究的重要基础。利用在线控温以及分层扫描的核磁共振新技术直观测试冻融过程中非饱和砂土的未冻水含量。结合T_(2)分布曲线(曲线上不同的T;值对应着孔隙水类别特性,曲线下方的面积对应试样水分含量)在冻融过程中的峰值大小和峰面积数据反演土体中含水量的大小与赋存的位置,而曲线的峰形态以及弛豫范围(各峰起始值以及终止值)等信息反演不同类型水分(吸附水与毛细水)以及土体结构的分布。在处理试验结果时,首先依据测试得到的冻结温度划分试样冻结区与未冻区。冻结区与未冻区未冻水含量及其孔隙变化差异明显,究其原因是冰水相变与水分迁移。在土样冻结区域冰水相变占主导地位,水分主要由未冻区向冻结锋面附近的e、f层迁移。首先以中大孔隙中毛细水迁移为主,其次以小孔隙中的吸附水迁移为辅。依据水相变成冰体积增大和孔隙体积占比数据分析可知,冻结区微小孔隙会在冻结过程中连通形成中大孔隙;而在未冻区水分迁移占主导地位。未冻区受固结作用中大孔隙压缩形成为小孔隙。试验过程中冻结锋面附近的e、f层孔隙变化最为剧烈。     

大庆地区建筑物基础浅埋设计与施工技术

大庆地区土壤每年的冻结深度为1.7—2.3m。一年中有7个月的时间存在着冻土,属于深季节性冻土地区。多年观测表明,大庆土壤存在着从冻缩到特强冻胀的不同冻胀性。由于地基土的不均匀冻胀与融化下沉,造成了油田上建筑物的破坏,严重的影响着油田的工程质量。为了解决油田建设中与冻害有关的工程问题,我们一边开展季节性冻土地基的研究,一边开展房屋基础浅埋以及防冻害技术的研究,并把所得成果直接应用于工程设计与施工,收到了良好的效果。     

寒区冬季输水渠道冻胀破坏机制与防治--以新疆乌什水水库引水渠为例

额敏县乌什水水库引水渠位于新疆北部，地基基础属季节性冻土。冬冻夏融，呈季节性变化。冬季输水受渠道渗漏影响，沿渠道两侧形成上层滞水的季节含水层。每年冬季降温期间，渠道砼板在冻结层冻胀力和渠水表层冻结冰的冰撑力综合作用下遭受冻胀破坏，严重威胁季节性冻土区渠道输水安全。通过对水工建筑物冻害调查、研究、观测，提出如下综合防治方案：选择防渗措施，减少渠道渗漏；夯实渠道基础，置换下垫土石；采取保温措施，抵御冻胀破坏；改变设计结构，提高抗冻害能力。     

粉质粘土的冻胀特性研究

利用冻胀试验装置,对京包、包兰线上冻害频发地段的粉质粘土进行了开敞系统中的一维冻胀试验,分析了不同环境冻结温度下土样冻结和冻胀的全过程。试验结果表明:(1)粉质粘土属冻胀敏感性土,土质加上外界水分的补给是该地区出现冻害的主要原因;(2)环境冻结温度直接影响土样的冻结过程进而对冻胀量产生影响,土样的冻结深度随环境冻结温度的降低而增加,开敞系统中土样的冻胀量随环境冻结温度的降低而减小;(3)土样的冻胀率和冻结速率之间成反比关系,冻结速率非常小的情况下,冻结深度几乎不再增加,但土冻胀率较大。     

中粗砂换填地基的防冻害效果

目前,防冻害的措施有两类,一是增强建(构)筑物抗冻胀、融沉的变形能力;二是减少作用于基础冻胀力。前者在于加强建(构)筑物的刚度和强度,使冻胀、融沉产生的变形量控制在结构允许的限度之内;后者则在于采用化学方法及地基土的保温、加密和换填等措施,以减小作用于基础的冻胀力。但迄今为止,尚缺乏防冻害措施效益的定基数据。由此,设计者在选用某种防冻害措施时,往往难以决断。为了获取基础防冻害的定量数据,我所自1982年以来,在强冻胀性土区的阎家岗试验站,进行了中粗砂换填地基的防冻害效益试验。应该指出,该试验结果仅适用于冻结期地下水位低于冻层低面的地区。     

冻胀反力的试验研究

桩基是各类建筑工程的主要基础型式之一,尤其是作为桥和渡槽的基础,它在水利工程和道路桥梁工程中应用很多。但是,在季节冻土地区,桩基建筑物经常由于桩柱冻拔而遭破坏。 近几年,我们进行了换填非冻胀性材料(砾石、砂卵石、沥青砂等)、消减桩与冻土之间的冻结力(涂抹沥青隔层、油包桩、光滑桩)、桩基自锚(爆扩桩、扩大式桩基     

不同施工季节对多年冻土区锥柱式基础地温回冻影响

为研究多年冻土区输电线塔基锥柱基础在不同季节施工条件下其地温的整体回冻过程,以及不同季节施工对多年冻土的扰动特点,从保持多年冻土地温稳定性的角度优化大开挖类基础施工时期,采用数值模拟的方法,以青藏直流输电工程为背景,利用查拉坪地区地质及气象资料,并选择了典型月份(1月、4月、7月和10月)对锥柱基础不同季节施工后早期地温场进行了计算分析。结果表明：秋冬季(10月和1月)施工后,锥柱基础周围土体将保持冻结,其中1月施工后最快10 d回填区土体和天然冻土的温度差异即可消失,回填土热扰动较小;春夏季(4月和7月)施工会增大回冻期活动层深度和基础底部的融化深度,特别是7月施工可使活动层深度降低至基底(4.0 m),而4月施工由于增高了回填土土体温度,导致整个回冻时间长达195 d,不利于基础的重新冻结和后续工作的开展。考虑到10月后外界气温逐渐降低,因此,10月至次年1月可以作为多年冻土区锥柱基础的最佳施工期。     

高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及其影响因素——以天山南坡为例

季节冻土在高寒山区广泛分布,其冻融过程会对水文水资源和生态环境产生深刻影响。研究气候变化背景下高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及影响机理,可为高寒山区水资源管理和生态保护提供科学依据。本文选择天山南坡作为研究区,基于13个气象站点1958年以来季节冻土冻融参数(最大冻深、冻结期、始冻日、解冻日)、气温、地表温度、降雨和积雪等数据,使用空间分析和多元线性回归统计等方法对冻融参数的时空变化特征进行分析,量化不同气候因素对季节冻土冻融变化的影响权重。结果表明,季节冻土最大冻深在(48.5±11.4)～(96.8±8.5) cm之间,冻结天数在(102±10)～(141±14) d之间,多年平均始冻日在11月7日至19日之间,多年平均解冻日在3月1日至28日之间。1950年代至2010年代期间,始冻日逐渐推迟,解冻日逐渐提前,冻结天数缩短。空间分布上,最大冻深有“海拔高,最大冻深大”的规律;空间变化趋势上,最大冻深在研究区中部显著增加;冻结天数在研究区内大范围显著缩短。季节冻土冻融变化与气温相关性最强,温度(气温和地表温度)是季节冻土冻融变化的主导因子。定量评价发现,气温影响占比(24.1±3...     

冻土带砂金矿再生机理的初步模拟实验研究——含Au(Ⅲ)、Au(0)的NaCl溶液单向冻结实验

文章首次报道了含不同价态金的ＮａＣｌ溶液在单向冻结条件下，其中的Ａｕ（Ⅲ）、Ａｕ（０）浓度及盐度的变化特征。实验结果表明，冻结过程中，由于“盐析作用”的结果，金元素及盐分离子发生强烈迁移，大量富集在未冻液中。在常温及零温条件下，Ａｕ（Ⅲ）稳定，Ａｕ（０）最不稳定，极易发生沉淀。表明冻土带砂金矿再生的关键可能就在于如何使金的价态发生变化，从而导致未冻液中金元素的沉淀，以及使分散在沉积物中的微细粒金进一步富集、长大。     

盐分对土的冻结温度及未冻水含量的影响研究

利用测温法和核磁共振法测量了不同浓度典型盐溶液（NaCl、Na2CO3）饱和重塑粉土的冻结温度及冻结特征曲线，并与不同浓度的NaCl、Na2CO3纯溶液作对比分析，研究初始含盐量对冻结温度及未冻水含量的影响。结果表明：土样冻结温度随初始含盐量的增加而逐渐降低；相同浓度NaCl溶液饱和土样的冻结温度低于相应纯溶液的冻结温度，但相同浓度 （<0.6 mol/L）Na2CO3溶液饱和土样的冻结温度却比纯溶液的冻结温度高；同一负温下，土样中未冻水含量随NaCl初始含盐量的增加而增多，但随Na2CO3初始含盐量的变化不明显。通过机制分析，表明盐类型和含盐量对土水势具有不同的影响。基于改进的广义Clapeyron方程，将含盐分土冻结温度表达式引入未冻水含量预测模型，得到了能够考虑不同含盐量影响的土体未冻水含量的定量表达，并与实测数据进行对比，验证了该模型能够较为合理的预测不同温度下含盐土体的未冻水含量。     

莫玲粘土冻结过程中的离子迁移、水分迁移和冻胀

易溶盐在土中的存在及其在土冻结过程中的重新分布,对冻土物理化学性质和力学性质及土的冻结过程有重要影响。泰斯等(Tice,et al.)用兰州黄土和阿拉斯加粉土等作对比试验,证明在颗粒成分大致相同的情况下,冻结盐渍土中未冻水含量高于非盐渍土中未冻水含量。张伯伦(1983)的试验表明,对同一种土,增加其易溶盐含量可以减小土的冻胀量、总含冰量及冰透镜体的体积。至于冻结过程中盐分迁移的方向,可有不同情况。邱国庆等的实验表明,在水溶液单向冻结时,盐分向未冻溶液迁移,溶液原始浓度越大、冻结速度越大,则盐分的相对迁移量越小。奥斯托坎等(Oster-     

冷库地基土冻融时对建筑物破坏的剖析

本文总结了某冷库在运行过程中地基土冻结十五年后,其最大冻结深度达8.5米,冻结地基土已失去原有的物理性质。但冷库建筑物经受了冻胀和沉陷破坏。 该冷库为四层钢筋混凝土框架结构,宽31.5米,长49.5米,四周填充43厘米的砖墙,柱网距为4.88×4.88米(图1)。冷库冻结间的温度为-15℃至-23℃,地下水埋深0.8米,基础下为截面300×300毫米长4.8米的钢筋混凝土方桩支承.冷库基础下部冻土与各单体桩群冻结成为一整体,可视为一冻结筏基,外柱墙基均未冻结,但亦受到冻结土温度的影响,使外柱地基土的温度下降。冻结筏基形成后,冻土强度从上至下(-11C—0℃)从中到边墙(-11℃—-4℃—0℃)随温度递增而递减。 地基冻结是在建筑物使用过程中逐渐形成的,即在受压情况下冻结的。后又经过长时间的融化,以及冻融土的土质条件不同,厚薄不一,致使建筑物基础冻胀,冻融沉降极其复杂。在此我们仅对冷库地基土冻融对建筑物破坏作一些剖析,并从这一实例中得到一点启示,提出来大家讨论。     

轻烃回收装置解冻设施的完善

温米采油厂轻烃回收装置自1995年投产以来,每年冷箱和排污管线都会冻堵,虽然采取了很多措施,冻堵现象仍时有发生。其发生频率及所需解冻时间见(表1,2)。     

水文站水准基面关系分析

本文定义了基面关系式的概念,提出了基面与基本水准点考证的原则,分析了十六类基面关系式的计算方法,通过研究得出结论:基本水准点变动,冻结高程变动,基本水准点不变,冻结高程不变;绝对基面变化国冻差变化,绝对基面不变国冻差不变;冻结高程及国冻差有一项变动标准高程变动,冻结高程及国冻差都不变动标准高程不变。