土的凍脹
正文
土中水凍結引起的土體膨脹現象。在天然情況下，土的不均勻凍脹可形成凍脹丘（見冰緣地貌）。土的凍脹產生極大的凍脹力。凍脹具有不均勻性，使建造物產生不均勻變形，這種不均勻變形一旦超過允許值，建造物就被破壞。類型 有3種：①一次凍脹,指分凝成冰面（見凍融時水分遷移）與凍結面一致時產生的凍脹，在自然界不多見。②二次凍脹，指分凝成冰面與凍結面之間相隔一個凍結緣時產生的凍脹，在自然界最普遍。③三次凍脹，由凍土中水分重新分布引起的凍脹，在自然界普遍存在。
影響因素 主要取決於土、水、溫和力 4個因素。
①土的條件。包括土的粒度成分、礦物成分、化學成分和密度等，其中最主要的是土的粒度成分。大的凍脹通常發生在細粒土中，其中粉質亞粘土和粉質亞砂土中的水分遷移最為強烈，因而凍脹性最強。粘土由於土粒間孔隙太小，水分遷移有很大阻力，凍脹性較小。砂礫，特別是粗砂和礫石，由於顆粒粗，表面能小，凍結時一般不產生水分遷移，所以不具凍脹性。細砂凍結時，水產生反向（即向未凍土方向）轉移，出現排水現象。也不具凍脹性。在天然情況下，凍土粒度常是粗細混雜的，當粉粘粒（粒徑小於0.05毫米）含量高於5％時,便具有凍脹性。凍土的礦物成分對凍脹性也有影響：在常見的粘土礦物中，高嶺土的凍脹量最大,水雲母次之,蒙脫石最小。凍土中的鹽分也影響凍脹：通常在凍土中加入可溶鹽可削弱，以致消除土的凍脹。土的密度對凍脹的影響較為複雜。
②水的條件。並非所有含水的土凍結時都會產生凍脹。只有當土中的水分超過某一界限值後，土的凍結才會產生凍脹。這個界限即為該土的起始凍脹含水量。當土體含水量小於其起始凍脹含水量時，土中有足夠的孔隙容納未凍水和冰，冰結時沒有凍脹。按有無水分的補給，劃分為兩種凍脹：封閉系統凍脹，在凍結過程中沒有外來水分補給，凍脹形成的冰層較薄,凍脹也較小;開敞系統凍脹，在凍結過程中有外來水分補給，凍脹形成的冰層厚，產生強烈的凍脹。在天然情況下，水分補給主要來源於大氣降水和地下水。秋末降水多，冬季土的凍脹量就大；地下水位越淺，土的凍脹量也越大。
③溫度條件。土的凍脹開始於某一溫度，稱為起始凍脹溫度，其值略低於該土的起始凍結溫度。當溫度低於起始凍脹溫度時,由於凍土中未凍水繼續凍結成冰,土體仍有凍脹。當溫度繼續降低至某一值時，在封閉系統中未凍水結成凍的數量已可忽略不計,土體不再凍脹,該溫度值稱為停止凍脹溫度。粘土的停止凍脹溫度為-8～-10℃，亞粘土為-5～-7℃，亞砂土為-3～-5℃,砂土為-2℃左右。凍結速度對凍脹也有影響：冷卻強度大時，凍結面迅速向未凍部分推移，未凍部分的水來不及向凍結面遷移就在原地凍結成冰，無明顯凍脹；冷卻強度小時，凍結面推移慢，未凍水克服沿途阻力後到分凝成冰面結冰，在外部水源補給下，凍結面向未凍部分推移越慢，形成的冰層越厚，凍脹也越大。
④壓力條件。增加外部荷載能降低土中水的起始凍結溫度，增加凍土中的未凍水含量，同時影響引起凍結時水分遷移的抽吸力，減少向凍結面的水分遷移量，從而減小凍脹。中止粘性土的凍脹需要極大的壓力，在實踐中目前很難做到。
參考書目
童長江、管楓年：《土的凍脹與建築物凍害防治》，水利電力出版社，北京，1985。
配圖
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