中国矿业大学建筑工程学院土木工程专业学科前沿讲座课程报告
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冻胀融沉的分析与防范
（中国矿业大学力学与建筑工程学院土木107班陈辉学号：02100498）
摘要：工程建设是否对周边环境产生负面或不利影响是建设者和使用者所关注的问题。针对地铁工程建设中涉及的冻胀融沉从其产生的机理到影响因素进行了细致的论述和分析以及分析了冻胀融沉的相关影响因素，从本质上分析了其特点，凭此制定了科学、合理的防范措施并应用于实践在施工中取得较好的效果。关键词：冻胀融沉分析防范在地铁建设中煤矿冻结法作为一种土体加固方法被广泛应用但冻结法的冻胀融沉是否对地铁隧道及周围环境产生影响是建设者和使用者所关注的问题。为此我们在北方某城市地铁联络通道冻结法施工中对冻胀融沉的产生机理及影响因素进行了认真、细致的分析结合工程实际情况制定了科学、合理的防范措施取得了较好的效果。
1冻结法冻胀分析
冻胀是指地铁工程在土体加固过程中由于冻结管对土体实施冻结作用使土体中水分结冰而造成其体积膨胀的现象在实际施工中不论对天然冻土区还是人工冻土区冻胀都是工程建设者所面临的棘手问题。究其原因主要是由于含水土体在冻结过程中一方面土中原位水发生冻结另一方面是未冻结水向冻结锋面的迁移现象从而引起土中水分的重新分布和析冰作用。土体的冻胀分为原位冻胀和分凝冻胀由于原位水分冻结引起的冻胀量相对分凝冻胀来讲十分微小因此我们本次所研究的土体冻胀主要指由水分迁移引起的分凝冻胀。11冻胀的产生机理分凝冻胀的产生机理包括土中水分迁移和成冰作用。土体在冻结过程中一旦土体温度低于土的起始冻结温度土中就有部分液态水变成冰但在土颗粒表面仍有一些作为吸附膜的未冻水存在在温度梯度引起的负压梯度作用下来自未冻土的水通过未冻水膜迁入冻土层内。由于未冻水膜的厚度随土温的降低而减薄被迁移的水分因迁移受阻而逐渐在某个位置聚集。此时冻土中的未冻水含量是恒定的即在一定负温下土颗粒外围具有恒定的平衡水膜厚度。当足够的水分聚集起来时由于未冻水膜的厚度增大未冻水的自由能比冰的自由能高原来的热力平衡状态被破坏。在恒定的负温下土水体系通过多余的未冻水释放自由能分凝成冰而重新建立平衡状态。随着分凝冰晶便不断积累土体便产生了冻结膨胀。12冻胀的影响因素冻结过程中水分迁移和成冰作用是产生土体冻胀的直接因素它们的强弱主要取决于土体颗粒的土质、r