季节冻土区路基土体的冻胀率与热膨胀系数关系分析【摘要】在季节冻土地区，路基土体会发生冻胀变形，给寒区工程造成不良的冻害。因此，对土体冻胀变形的数值模拟显得尤为重要。而目前采用的数值模拟方法众多，笔者根据土体的冻胀原理与材料的热胀冷缩性质，应用弹性力学里求解温度应力的知识推导土体冻胀率η与热膨胀系数α的数学关系式，并应用有限元软件a
sys中的结构温度应力模块对此进行验证，计算结果表明二者关系式是可靠的。给寒区工程路基土体冻胀变形的数值模拟提供了一个直接简便的媒介，可以较好的模拟路基土体冻胀变形。【关键词】冻土；冻胀率；热膨胀系数；数值模拟1材料的热胀冷缩与土体的冻胀众所周知材料具有热胀冷缩的性能，在温度发生变化的情况下其体积也会随之发生改变，产生热应变。在材料的热应变受到约束时不能自由发展就会产生热应力。而冻土的冻胀变形和材料的热应变有着类似的性质，温度降低的时候，由于水分迁移和原位水的冻结而产生体积膨胀，进而发生冻结应变，当冻结产生的应变受到约束时便会产生冻胀力1，2。只是冻胀应变与材料本身的热胀冷缩应变趋势相反，在季节冻土区，随着温度的降低，土体与周围的水发生热交换，当土体的温度达到土中水的冻结温度时，就会产生冻结。伴随着孔隙水和迁移水分的结晶成冰，引起土体体积的增大而发生膨胀3。由于冰透镜的形状，进而其体积膨胀一般是各向异性的，不过就目前研究阶段，我们假设冻胀的分布是各向同性的。则相应
f的增量形式可以由下式给出：式中dε是dt时间内由冻胀引起的体积膨胀应变。冻土中的冻胀
由两部分组成，一部分是由于原位水冻结而引起的体积膨胀，一部分是由于迁移水冻结而引起的体积膨胀，两部分的体积膨胀可以用下式表示：
式中：dwdt时间内冻土内未冻水含量的减少量。dwqdt时间内迁移到冻土内并冻结的迁移量。温度应力和冻胀力虽然是两种不同形式的应力，各自的机理也不尽相同，但是这两种应力下，均会造成材料结构体积发生膨胀，本文考虑应用这一共性，建立起热膨胀系数α和冻胀率η之间的关系，应用a
sys中结构温度应力模块模拟土体冻胀。2土体冻胀变形时冻胀率与膨胀系数关系笔者对土体的冻胀模拟采用将土体的冻胀率η用土体负的热膨胀系数α来表示，按结构温度应力的计算方法来进行冻胀模拟，进而研究由冻胀而引起路基变形。在弹性力学里，按位移求解温度应力的平面问题，即根据弹性体内的已知变温来决定体内的温度r