[发明专利]深季节性冻土路基冻胀特性的计算方法

说明书

所属技术领域：

本发明涉及多年冻土区筑路工程技术领域，具体涉及一种深季节性冻土路基冻胀特性的计算方法。

背景技术：

在深季节冻土区影响路基稳定的主要因素之一是路基的冻胀。路基冻胀包括路基填土冻胀和基底以下土层的冻胀，影响路基冻胀的主要因素可以分为两方面：一是内部因素，即冻结土体的岩性成分、含水量、含盐量以及盐的成分；二是外部因素，即气温、冻结速率和降水，即决定土体冻结过程特性的土、水、温度要素。

目前关于土体冻胀特性的研究主要侧重于微观过程的土冻胀机理研究和已冻土、正融土和正冻土中水分和盐分迁移机理研究。研究表明：在多年冻土中，水分和盐分可在热力梯度、化学梯度和电力梯度等的影响下，缓慢地迁移和重分布。因此，在已冻土中，仍可出现较强的水分迁移和可观的冻胀变形。含盐正冻土在水分、盐分迁移过程中，除产生冻胀外，还可能出现盐胀。饱和正冻土中，盐分的输送是由迁移水中所含盐离子的输送来完成的。在饱和度低于0.5～0.6的情况下，土中水分以汽态方式迁移为主，离子也将随水汽一起迁移，但迁移量很小。当饱和度大于上述数值时，土中水则以液态迁移为主，离子随液态水一起迁移时，其迁移量明显增大。

在工程实践中，人们侧重研究土体冻结过程的宏观冻胀规侓，来指导工程的设计。对于冻结过程微观机理的研究，目前已经得到人们越来越多地重视，这将使人们对冻胀产生机理的认识有很大的提高，将为冻胀预测预报和防治拓展新的途径。

发明内容：

本发明要提供一种深季节性冻土路基冻胀特性的计算方法，以克服现有技术存在的对冻结过程微观机理的研究不够深入、不具有指导意义的问题。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种深季节性冻土路基冻胀特性的计算方法，包括以下各因素的计算，(1)土的粒度的影响：η＝0.59e^1.7αS(式中：土的粒度成分可用土单位体积内颗粒表面积总和S来表示，α为比例常数，当αS≤0.5(1/cm)时，土不冻胀，而αS>0.5时，需根据地下水位条件综合确定之)；(2)土体密度的影响：γ′_d＝(0.8～0.9)γ_dmax(式中，γ_dmax—土体最大干密度)；(3)温度的影响：同一土质条件下，土体冻结温度是随土体含水量增大而相应地升高；(4)水分的影响：冻结后土中水分增加越多，其冻胀量则越大，η＝K(w_s-w_o)^a(式中，w_s—以秋末期间为准的土体平均总含水量，K，a—试验系数)。

本发明深入地对冻结过程微观机理进行了研究，可以有效地指导工程的设计，使路基工程质量更加稳定。

具体实施方式：

下面将结合实施例对本发明做详细的说明。

土体的冻胀，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。常采用冻胀量与该冻结土层厚度之比值作为土体冻胀变形的特征值，也即冻胀率η(或称冻胀强度、冻胀系数)，以百分数计。

η=Δhh×100(%)]]>

式中：h—冻结土体厚度，mm；

      △h—冻胀增量值，mm。

导致土体冻胀的因素甚多，包括土质、水分状态、负温环境、水和土的含盐量、土层上部压力等等。这些因素综合地决定并影响着某地区土的冻胀性。归纳起来主要有三个方面，即土、水和温三大要素。对受荷载作用的地基土，其冻胀性的大小也和所受荷载有关。土层的冻胀是随着冻结过程而发生、发展的，并随土层的融化而消失。各层土的冻胀强度随不同冻结深度范围内的水分、温度及冻结速度的变化而有所差异。

本发明通过下述的计算方法来探讨深季节性冻土路基冻胀特性：

(1)土的粒度组成对冻胀的影响

土的粒度组成是指固体颗粒的形状、大小以及它们之间的相互组合关系。这些组合关系决定着土体的结构特征。根据土颗粒同水相互作用关系来确定各类土的冻胀变形能力与特征。