冻土工程复习题（黑大版） - 图文

冻土工程

1.多年冻土地区工程地质条件与一般地区的区别？

主要在于多年 冻土中的水分是以固态冰的形式存在，并使岩土颗粒与冰胶结在一起，使岩土的工程性质发生变化。沿途中含冰率的多寡决定了工程地质条件的优劣程度。冻土温度的高低，也决定了冻土强度的大小，尤其是，天然状态下的多年冻土地地温决定了多年冻土本身的稳定状态及对外界扰动的敏感程度。 2. 人工冻结法基本原理、特点、施工流程及适用范围 1）基本原理

将含水土体利用人工设置的冻结管，冻结管内循环冷媒剂，带走土体中热量从而形成强度高密封性好的冻土，起到承受荷载和密封防水的作用。 2）冻土支撑系统的特点：

它的适应性强、安全可靠、无污染，目前和其他方法相比造价略高。冻结法是在室外用热砂浆进行砌筑，砂浆不掺外加剂，砂浆有一定强度后砌体很快冻结，融化后的砂浆强度接近于零，当气温升高转入正温后砂浆的强度继续增长。由于砂浆经冻结、融化、再硬化的三个阶段，其强度会降低，也减弱了砂浆与砖石砌体的粘结力。结构在砂浆融化阶段的变形也较大，会严重的影响砌体的稳定性。 3）人工冻结法的施工流程如下:

（1)工作站安装:冻结工作站主要由压缩机、冷凝器、节流阀、中间冷却器、盐水循环系统设备等组成。

（2)冻结管埋设备:在冻结孔内设置冻结器,将不同冻结孔内的冻结器连成一个系统,并与冻结站连接。

（3)积极冻结:冻结壁首先从每个冻结管向外扩展,在每个冻结管周围形成冻结圆柱,当各冻结管的冻结圆柱交圈时,随着冻结时间的延长,地层的平均温度逐渐降低,冻土墙的强度也逐渐增大。

（4)维护冻结:补充冷量损失,维持地层的温度稳定。

（5)解冻:当地层开挖和永久结构施工完成后,就可以解冻,拔除冻结管。 4）冻结法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层，也适用于淤泥、松软泥岩以及饱和含水和水头特别高的地层。对于土中含水率非常小或地下水流速相当大的处所不适用。 3. 冻胀理论？

毛细理论认为在冻结缘的固－液动态平衡界面上，由于表面张力差异，造成固相和液相的压力差，是形成分凝冰并引起冻胀的主要原因，压力差由 Young-Laplace 方程得到。 水动力模型：土的冻结被看做热耦合作用下导致水的迁移，冻结缘处的水压力由 Clausius-Clapeyron 方程描述，而水分迁移则由修正 Darcy 定律求得。这个模型认为，当冰的含量超过孔隙的 85 %～90 %时冻胀才会发生。 次冻胀模型假定冰透镜体生长在比冻结锋面温度低的区域，当冻结区土颗粒的有效应力降为 0 时才会发生。很显然，土中各相的应力至关重要。Miller认为，当土中的孔隙压力（中性应力）超过上覆压力时，就会产生冻胀。随着温度降低冰压力逐渐增大，颗粒间有效应力降低为零，冰透镜体开始产生。解释了多层冰透镜体形成。

吸力理论土颗粒表面的吸附水形成内部应力。随着温度的降低，吸附水冻结，颗粒表面的水膜变薄。为了保证水膜厚度，水向冻结锋面迁移。该理论描述了冻结

锋面处水分迁移时冰透镜体的形成。水膜的动态平衡厚度取决于吸力的大小 4.冻融作用对土物理力学性质的影响？ 1）.冻融对土渗透性影响：

土样经过冻融后孔隙比减小，但渗透性都有所增大，而且土的塑性指数越大，这种效应越强烈。土的冻融使得土中形成一些裂隙同时，土孔隙中的细颗粒土可能在冻融过程中减少。经过冻融循环，土的渗透系数大约会增大 1～2 个数量级。孔隙比在冻融过程中减小的情况下渗透系数仍然会增大，则主要是由于冻融过程中造成微裂隙或者冰晶融化后形成大孔隙所造成的。

2）冻融在一定程度上使土的孔隙比减小，因此冻融对于土具有击实（或者压密）相似的作用。对于松散土，冻融会使孔隙比降低从而增加其密实度，而对于密实土则相反。

3）冻融循环对土应力应变的影响不仅与土的类型有关，而且与土工试验所采用的应力路径和排水路径有关。常规三轴排水压缩试验中，松散的重塑粉质土经过冻融后对剪应力都具有较高的抵抗性。在原状黏土的不排水试验中，经过冻融的土在相同应变时的孔隙水压力低于原状土，而剪应力的峰值在经过冻融的土中消失。原状土经过冻融后丧失了其超固结的“记忆”，压缩曲线位于原状未经冻融土的下方。

5. 冻土工程分类方案有哪些？

1) 按冻土生存时间分类( 多年冻土、隔年冻土、季节冻土与短时冻土) 。 2) 按冻土平面分布连续分类( 大片连续分布，融区呈岛状分布，冻土区岛状分布) 。

3) 按冻土温度分类 ( 高温冻土、中温冻土、低温冻土) 。 4) 按冻土含冰分类 ( 干寒土、少冻、富冰、饱冰冻土) 。 5) 按形成条件: 共生冻土( 与土层同时形成) 、后生冻土( 土层堆积之后形成) 、多成因冻土等。 6. 冻土特性？

1) 冻胀性: 土中水含量超过一定界限才会发生冻胀现象，否则在冻结过程表现为冻缩。充填于孔隙中水冻结成冰时将土中矿颗粒挤出，使土体积膨胀。其次由于水分重分布作用，原来孔隙中部分水分转移并冻结成透镜体，使土层中形成了新的被冰充填的孔隙。因此冻胀不但是水分就地冻结形成的膨胀，而且还有一部分由水转移所形成冰透体所增加的体积。 2) 热融性: 冻土在融化过程中，起胶结作用的冰变成水，土层结构发生变化，通过自重或外力下的排水和压密作用而发生沉降，热融下沉实质是冻土融化过程中土孔隙发生变化过程。

3) 流变性: 外荷载作用下冻土中应力和应变随时间变化的特性，包括蠕变、应力松弛，强度降低三个方面。冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。冻土在正负温度交替变化过程中水分产生剧烈的相变，伴随产生土体体积的变化。

7. 冻结土产生强度的原因

1)孔隙冰的强度；2）土的强度：包括颗粒间的摩擦作用、颗粒连接及剪胀现象；3)密实土的剪切过程中，由于黏性冰抵抗剪胀产生的有效应力增量；4）为防止土骨架破坏而在土冰之间形成的相互作用强度效应。 8.影响冻土抗剪强度的因素？

可以分为两大类:一类是冻土本身的特性,即直接影响因素,如:冻土中的矿物颗粒、干密度、含冰量、未冻水含量、溶质浓度(即含盐量)等,这些因素直接影响冻土抗剪性能的大小;另一类是外界因素对强度的影响,即间接影响因素,如:温度、压力、冻融循环次数、围压、动荷载等,这些因素影响了冻土中各组成成分的比例,从而间接影响冻土的抗剪性能大小。

9.冻土滑坡类型划分？

10.热融滑塌、融冻泥流与蠕变滑坡的主要区别？ 热融滑塌、融冻泥流与蠕变滑坡的主要区别在于:蠕变滑坡是由于土的冻胀作用使土颗粒向下坡运动,冻胀发生在坡面的法线方向上,融沉更接近于垂向;泥流,具有较大含水量的土体仅限于活动层缓慢运动的土流,其滑动面为冻融分界面,多年周期性的泥流过程则形成泥流阶地;热融滑塌与泥流的成因大致相似,更为典型的是厚层地下冰暴露并作为滑动面而存在,当然,土体持有相当的水分,也是其前提条件。 11.热融滑塌的失稳因素有哪些？ 1）.厚层地下冰的存在且埋藏深度较浅易受地表气温变化的影响,具有相对隔水和摩擦阻力极低的冰面是热融滑塌形成的内在因素;

2）.不合理取土引起的厚层地下冰的暴露且使坡体形成临空面而使其失去支承力,这是热融滑塌形成的外在因素(诱发因素)。由于取土地点选择不合理是大量热融滑塌形成的原因之一。

12.热棒对于多冻土地区路基的稳定作用？

1)热棒开始工作的时间为11月下旬,结束工作的时间为3月中下旬,2月末工作状态达到最佳。

2)热棒开始工作后,蒸发段周围的地温随气温的降低而降低。在寒季最低气温期间,热棒工作状态最佳,蒸发段处地温可降至-10.C~-15.C,对冻土的冷却起到了较好的作用。

3)随着时间从寒季向暖季发展,进入3月份以后,大气温度逐步升高,热棒蒸发段地温开始回升。紧临热棒的地温孔下部曲线趋于平直,表明热棒工作状况减弱,地下存储的冷量向四周扩散。

4)对比不同距离的地温孔曲线表明,随着距离的增大,热棒对周围地温降低的作用明显衰减。虽然4号测温孔同时受两根热棒的影响。但结合其他地温孔曲线可知,热棒影响半径>2 m。

5)由所有曲线线形可知,在热棒蒸发段顶端处的地温曲线出现拐点,说明绝缘

段绝缘效果良好,整个蒸发段工作状况较均匀。

6)下部曲线的峰值基本出现在热棒蒸发段的中部,且曲线对称均匀分布,说明整个蒸发段的工作状态较稳定。

7)不同深度处温度峰值出现的时间,随深度的增加而有所滞后,符合一般温度滞后的普遍规律。

13.块碎石层的降温特性？

在顶部温度(平均温度为正)周期波动条件下, 各种粒径块碎石层均有一定的降温效果, 封闭块碎石层的最优降温粒径范围为20～30 cm. 在全球升温与人类工程活动的背景下, 即使路基表面平均温度升为正, 只要合理利用块碎石层的降温特性, 就可以达到有效保护其下部多年冻土的目的. 14.冻土区各类桩基础的适用性、施工工艺及性能特征？

15.多年冻土区路基设计原则？ 设计原则：以“保护冻土”为核心 严格保护、一般保护和不保护3种设计原则,即保护冻土、控制融化速率和允许融化3种设计原则。 1）.严格保护是采取有效工程措施保护多年冻土的存在条件,维持其原有稳定状态。

2）.一般保护是采取工程措施,控制多年冻土融化速率,允许其有一定程度的融化,但必须控制在可接受的范围之内。 3）.不保护则是将多年冻土按一般情况对待,甚至先期破坏其存在条件或加速融化而成为一般建筑条件。

16.多年冻土区不同路基设计原则适用范围？

17.影响多年冻土区路基稳定设计的因素？ 1. 区段设计原则 1）地质单元 2） 地貌单元

3）多年冻土年平均地温 4）年平均气温

5）冻土上限埋深变化 2. 场地设计原则 1) 地基土类型

18.冻土区工程地质勘察的主要内容？

:多年冻土的分布范围、冻土类型、冻土地温、冻土上限等,多年冻土地区的冰椎、冰丘、热融湖塘、热融滑塌等出现的位置、规模以及与地下冰的关系等,并对多年冻土区冻土对工程的影响进行综合评价. 多年冻土含冰量

1.活动层是多年冻土区热交换的媒介,对活动层温度、厚度和水热过程的监测是冻土分布研究的热点之一.

2.季节冻土地区病害路段的填料试验研究表明,盐渍度和冻融敏感性对盐渍土的变形过程有重要影响,盐渍土在供水条件充足和冻融循环次数有限的条件下,膨胀变形量随着冻融循环次数的增加而增加。

3.采用冻结法施工时，须根据施工进度、冻土墙的需要强度、开挖顺序等，确定冻土墙的厚度、冻结管群的间距与行数，以及其长度、冻结顺序和解冻顺序等，从而选择必要的冻结设备。

4. 外部土压力大小、冻土的强度特性、冻土墙暴露高度和时间、冻土和周围环境的温度状况等一些因素都会对冻土墙的设计厚度产生影响。.

5.土的冻胀受土质、水分补给、冻结条件（温度梯度和冻结速率）以及上覆荷载。

6.冻土强度的发挥有冰的强度、土颗粒骨架的强度以及冰土相互作用导致的强度三方面。

7.《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ５０００７—２０１１）按冻前含水量ｗ、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离和平均冻胀率η，将季节性冻土划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五个等级。《公路桥涵地基与基础设计规范》（ＪＴＧＤ６３—２００７）把季节性冻土按冻前含水量ｗ、冻前地下水位至地表距离和平均冻胀率η将地基土划分为：不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀和极强冻胀六个等级。《铁 路 特 殊 路 基 设 计 规 范 》（ＴＢ１００３５－２００６）把季节性冻土按照土的类别、冻前天然含水量ｗ、冻结期间地下水位距冻结面的最小距离、平均冻胀率分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀五级。8.在冻土地区修筑路基路面，由于地下冰、热融沉陷、热融滑塌、融冻泥流等不良地质作用，公路主要病害：1.水损坏2.路基沉陷3.路面开裂等病害（沥青路面）

1.冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩。

2.将一年内温度在0。C上下变化的地基上部土层称为活动层。

3.土的冻胀：由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的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缘迁移、聚集，并冻结膨胀所致。

4.融沉：冻土融化时，由于孔隙水的排出,使土体产生下沉，叫做融沉。 5.冻害：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，一旦融化便丧失承载力而破坏。凡此种种，均称为冻害。

6.残余孔隙比：即松散土和密实土经过若干冻融循环后趋向一个稳定的孔隙比 7.热融现象: 热融现象是地下冰融化造成的地面下沉和滑塌，最终导致建筑物( 构筑物) 的下沉塌落。

8.冻结指数是指在一个冻结期内,日平均气温为负值度数(℃)的逐日累积值.温度与时间乘积。

9.融化指数：夏季期间正温累积值，温度与时间乘积。

10.路基临界高度是指保证多年冻土上限稳定的路基最小填土高度。

11.冻土地温特征值系指年平均地温、地温年变化深度、年最高地温和年最低地温、地温梯度等参数的总称.

12冻土含水率是指冻土中所含冰和未冻水的总质量与土骨架质量之比,用百分数表示.

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