構造類型
(一)整體冰凍構造:當土(砂)凍結冷卻強度越大時,凍結速度越快,水分越來不及遷移,就在原地凍結成冰,它們多貯在土孔隙中,在這樣條件下形成的冰,一般均勻散布在土的孔隙中或土顆粒接觸處,若肉眼見不到冰晶體(透鏡體冰夾層等)的為整體冰凍構造。如能見到冰粒的為團粒狀冰凍構造。形成這種團粒狀冰凍構造的一般無明顯凍脹。
(二)層狀冰凍構造,土凍結時,土逐漸凍結形成一個凍結區,並以起始凍結溫度等溫線與未凍結區形成分界面,叫凍結鋒面,隨著溫度降低,表層凍結鋒面的下移,未凍結土體中的水分,在物理化學作用下,不斷地向著凍結鋒面遷移,就形成體積不同的透鏡狀冰層。當冷卻強度越小時,凍結速度越慢,水分補給越充分,則形成的冰層越厚,構成層狀或透鏡狀冰凍構造。
(三)網狀冰凍構造:土凍結時,隨著緩慢降溫,凍結速度慢,這種條件構成多向凍結,形成層狀冰膜和細脈尚當構成網狀時,則稱為網狀冰凍構造。
構造與凍脹的關係
鹽漬土的凍結形態如上述三種形態,而各種冰凍構造形態的生成,主要是水(薄膜水及液態水)在土中受低溫的影響轉化成凍的過程,當水凝固時,要破壞水分與土粒的粘結,將水分結合到正在凝結的冰晶里,這就要發生水不睡的向凍結區遷移,使凍結鋒面逐漸加厚,形成冰囊或冰層,這種正在長大的冰囊(冰層)逐漸抬起蓋在上面的凍土,便產生土的凍脹。
為了搞清凍結形態與凍脹的關係,除了對鹽漬土進行室內試驗以外,並對公路路基工程進行了觀測研究,現分述如下
(一)整體冰凍構造與凍脹的關係
土在凍結狀態時,具有較高的強度,融化時的強度比層狀冰凍構造,網狀冰凍構造降低程度小。這種冰凍構造沒有明顯的凍脹。
冬季在新疆焉耆公路路堤上開挖試坑,坑壁土體均勻凍結,堅實,除個別孔隙中有少量冰粒存在外,沒有層狀冰體,凍結深度分別為1.07m和0,9m。由於試坑位於斜坡上(距地下水位分別為4.7m及3.5m),受冷麵積大,含水量小(<20%),凍結過程中土體溫度迅速降低,因此,凍結鋒面下移速度較快,土中原有水分很快凍結,下部水分刁;能充分向上遷移,便產生均勻凍結,即整體冰凍構造。這種冰凍構造沒有發生凍脹。
(二)層狀冰凍構造與凍脹的關係
凍結狀態時,具有相當高的強度,融化時土的強度急劇下降,土常變成觸變性流塑狀態。
(三)網狀冰凍構造與
凍脹的關係凍結狀態時,凍結強度較大,融化時土的強度降低較快,土呈軟塑狀態。
凍脹量的測定方法
(一) 室內試驗
1.利用膨脹儀作凍脹試驗
(1)儀器設備:採用瓦氏膨脹儀。環刀內徑58mm,高25mm。其他設備有:測微表、天平、烘箱、乾燥器、磁缽、附橡皮研桿)、修土刀、秒表及表面皿等。
(2)土樣製備:用擾動土分別摻入各種鹽量,調製成塑限含水量時,將置入環刀內,裝入儀器進行凍脹試驗。
(3)觀測時間:每隔一小時觀測一次,直到不再凍脹為止。
(4)在無低溫條件時,可利用冬季自然低溫測定。
(5)資料成果:應繪製各種含鹽量與凍脹量關係圖。
2.凍脹模擬試驗;中國科學院蘭州冰川凍土研究所對土的凍脹進行了試驗研究,採用如下測試方法:
(1)採用層疊式鐵環或鐵罐、百分表、熱電偶、折流計或電壓表、或直流微伏計等。
其他尚有:天平、鋁盆、烘箱、台秤、修土刀、繼電器、電接點溫度表、電熱設備及保溫材料(泡沫塑膠)等。
(2)選用鹽漬土地區的非鹽漬土的擾動土,按照不同的會鹽性質,含鹽量,含水量及密度配製人工鹽土,以供試驗。
(3)試驗方法
A.將盛土的層疊式鐵環塗以凡士林。
B.將支架下面裝上水盆(鐵環或罐內)、底部盛厚約5mm的砂卵石。
C.將已製備好的土樣,分層裝入鐵環或罐內,同時埋入熱電偶。
D.控制底部的電接點,溫度表插入水盆下面,保持水溫在O~c以上,使水處於不凍結狀態。
E.該試驗裝置放入低溫試驗室,或冬季利用自然低溫觀測。每隔1—2小時觀測一次。
(4)試驗結束後,沿深度取樣,測定凍結後含水量分布情況,並根據各層凍脹量計算凍脹率,最後繪製深度與凍脹率曲線圖、平均凍脹率與含水量關係圖,及凍脹率與含鹽量的關係圖。