土的冻胀

土中水分冻结致使土体膨胀的现象

土的冻涨是指土中水分冻结致使土体膨胀的现象。

形成过程

土中水冻结引起的土体膨胀现象。在天然情况下，土的不均匀冻胀可形成冻胀丘（见冰缘地貌）。土的冻胀产生极大的冻胀力。冻胀具有不均匀性，使建造物产生不均匀变形，这种不均匀变形一旦超过允许值，建造物就被破坏。

形成类型

①一次冻胀,指分凝成冰面（见冻融时水分迁移）与冻结面一致时产生的冻胀，在自然界不多见。

②二次冻胀，指分凝成冰面与冻结面之间相隔一个冻结缘时产生的冻胀，在自然界最普遍。

③三次冻胀，由冻土中水分重新分布引起的冻胀，在自然界普遍存在。

影响因素

主要取决于土、水、温和力 4个因素。

①土的条件。包括土的粒度成分、矿物成分、化学成分和密度等，其中最主要的是土的粒度成分。大的冻胀通常发生在细粒土中，其中粉质亚粘土和粉质亚砂土中的水分迁移最为强烈，因而冻胀性最强。粘土由于土粒间孔隙太小，水分迁移有很大阻力，冻胀性较小。砂砾，特别是粗砂和砾石，由于颗粒粗，表面能小，冻结时一般不产生水分迁移，所以不具冻胀性。细砂冻结时，水产生反向（即向未冻土方向）转移，出现排水现象。也不具冻胀性。在天然情况下，冻土粒度常是粗细混杂的，当粉粘粒（粒径小于0.05毫米）含量高于5%时,便具有冻胀性。冻土的矿物成分对冻胀性也有影响：在常见的粘土矿物中，高岭土的冻胀量最大,水云母次之,蒙脱石最小。冻土中的盐分也影响冻胀：通常在冻土中加入可溶盐可削弱，以致消除土的冻胀。土的密度对冻胀的影响较为复杂。

②水的条件。并非所有含水的土冻结时都会产生冻胀。只有当土中的水分超过某一界限值后，土的冻结才会产生冻胀。这个界限即为该土的起始冻胀含水量。当土体含水量小于其起始冻胀含水量时，土中有足够的孔隙容纳未冻水和冰，冰结时没有冻胀。按有无水分的补给，划分为两种冻胀：封闭系统冻胀，在冻结过程中没有外来水分补给，冻胀形成的冰层较薄,冻胀也较小;开敞系统冻胀，在冻结过程中有外来水分补给，冻胀形成的冰层厚，产生强烈的冻胀。在天然情况下，水分补给主要来源于大气降水和地下水。秋末降水多，冬季土的冻胀量就大；地下水位越浅，土的冻胀量也越大。

③温度条件。土的冻胀开始于某一温度，称为起始冻胀温度，其值略低于该土的起始冻结温度。当温度低于起始冻胀温度时,由于冻土中未冻水继续冻结成冰,土体仍有冻胀。当温度继续降低至某一值时，在封闭系统中未冻水结成冰的数量已可忽略不计,土体不再冻胀,该温度值称为停止冻胀温度。粘土的停止冻胀温度为-8～-10℃，亚粘土为-5～-7℃，亚砂土为-3～-5℃,砂土为-2℃左右。冻结速度对冻胀也有影响：冷却强度大时，冻结面迅速向未冻部分推移，未冻部分的水来不及向冻结面迁移就在原地冻结成冰，无明显冻胀；冷却强度小时，冻结面推移慢，未冻水克服沿途阻力后到分凝成冰面结冰，在外部水源补给下，冻结面向未冻部分推移越慢，形成的冰层越厚，冻胀也越大。

④压力条件。增加外部荷载能降低土中水的起始冻结温度，增加冻土中的未冻水含量，同时影响引起冻结时水分迁移的抽吸力，减少向冻结面的水分迁移量，从而减小冻胀。中止粘性土的冻胀需要极大的压力，在实践中很难做到。

参考书目

童长江、管枫年：《土的冻胀与建筑物冻害防治》，水利电力出版社，北京，1985。

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