《工程巖土》模塊五

區(qū)域性巖土問題分析

單元二

特殊土病害分析任務(wù)3凍土問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)

北方某省道一級(jí)公路，路段氣候?qū)儆诒焙疁貛駶櫺蜕謿夂颍昶骄鶜鉁?5.3－3.1℃，年平均氣溫-0.7～0℃島狀多年凍土均發(fā)育于低洼地、地表積水、草生長茂盛、草炭和泥炭發(fā)育的沼澤化濕地當(dāng)中。凍土地區(qū)很容易產(chǎn)生凍脹和融沉。凍土的天然上限淺，一般為0.8～2.3m，天然上限最大為2.5m，凍土厚度較小，一般為1.5～3m，最大厚度約為5.9m。凍土總含水率高，一般為35%～65%。多年凍土多為層狀或整體構(gòu)造的富冰凍土、飽冰凍土、多冰凍土，本路段多年凍土的地溫較高，處于退化階段，極不穩(wěn)定，如圖5-2-7所示。該項(xiàng)目所處地區(qū)冬季氣候寒冷，一月份平均氣溫－30～－27℃，極端最低氣溫－49℃，降雪量很大，平均積雪厚度0.2～0.5m。凍土類型屬于多年凍土，融沉類型屬于弱融沉。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)1.隨著氣溫的變化容易產(chǎn)生什么問題？請(qǐng)問該地區(qū)凍土以后可能會(huì)導(dǎo)致什么危害？（

）2.凍土的分類包括（

）、（

）、（

）。3.凍土有哪些組成？（

）、（

）、（

）、（

）。4.如何判斷凍土的融沉類型？什么是多年凍土？（

）。5.學(xué)習(xí)情境中，路況一、路況二均處于凍土區(qū)域，思考用什么方法處理比較好？（

）

。

6.凍土給工程建設(shè)主要帶來的問題是（

）和（

）。當(dāng)溫度很低時(shí)，凍土類似于堅(jiān)硬的石頭，很難進(jìn)行改造。當(dāng)溫度升高時(shí)，又出現(xiàn)消融的狀況，迅速喪失承載能力。凍土具有流變性，凍土的長期強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其瞬時(shí)強(qiáng)度特征。7.查資料思考凍土地基常用處理方法有哪些？舉例說明幾種。（

）、（

）、（

）、（

）、（

）。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)一、凍土的認(rèn)知軟土(2)凍土的分類(3)凍土特征(1)凍土的定義(4)凍土地基特點(diǎn)按凍結(jié)延續(xù)時(shí)間不同分為：短時(shí)凍土、季節(jié)凍土、多年凍土三。

一種溫度低于0℃且含有冰的巖土，是一種對(duì)溫度十分敏感且性質(zhì)不穩(wěn)定的土體。具有永凍土壤溫度狀況，具有暗色或淡色表層，地表具有多邊形土或石環(huán)狀、條紋狀等凍融蠕動(dòng)形態(tài)特征。土體淺薄，土壤水分狀況差異大。凍結(jié)下，有較低的壓縮性或不具壓縮性和較高的強(qiáng)度等工程特性。變暖下,有承載力降低，壓縮性變化較大。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)二、凍土的危害凍土容易產(chǎn)生凍脹和融沉，引起地表隆起或下沉、地基變形，使結(jié)構(gòu)開裂，傾斜、破壞。凍脹：指土表層不均勻地升高，凍脹變形常?？梢孕纬蓛雒浨鸺奥∑鸬纫恍┑匦瓮饷病Ｈ诔粒褐竷鐾寥诨瘯r(shí)發(fā)生的下沉現(xiàn)象，包括與外荷載無關(guān)的融化沉降和與外荷載直接相關(guān)的壓密沉降。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)三、凍土的分布范圍

多年凍土分布在東北大、小興安嶺,西部阿爾泰山、天山、祁連山及青藏高原等地。我國多年凍土面積約為206.8×104平方公里。我國是世界上第三凍土大國凍土面積約占世界多年凍土分布面積的10%。

季節(jié)凍土占中國領(lǐng)土面積一半以上，其南界西從云南章鳳，向東經(jīng)昆明、貴陽、繞四川盆地北緣、到長沙、安慶、杭州一帶。季節(jié)凍結(jié)深度在黑龍江省南部、內(nèi)蒙古東北部、吉林省西北部可超過3m，往南隨緯度降低而減少。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)四、凍土的鑒別檢查凍結(jié)特征：凍土的凍結(jié)特征包括土的濕度、結(jié)構(gòu)緊密度、冰晶的存在等。例如，整體構(gòu)造的凍土凍結(jié)后，土稍濕，含水率適中，孔隙中有冰晶。觀察融化特征：凍土融化后的特征也是鑒別的重要依據(jù)。例如，整體構(gòu)造的凍土融化后，原土結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生變化，無滲水現(xiàn)象。觀察冰的產(chǎn)狀：凍土中的冰有不同的形態(tài)，如晶粒狀、層狀、網(wǎng)狀等。不同形態(tài)的冰反映了不同的凍土構(gòu)造。分析巖性與地貌條件：凍土通常存在于特定的土壤類型和地理環(huán)境中。例如，整體構(gòu)造的凍土多存在于細(xì)顆粒土中，分布在長草或幼樹的階地和緩坡地帶。凍土的鑒別方法問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)四、凍土的鑒別整個(gè)凍土層的土樣密度差異較大，整個(gè)凍土層凍土的離散性較大。其中表層土密度明顯小于下層凍土層的密度，由于凍土存在明顯的分層現(xiàn)象，所以導(dǎo)致密度出現(xiàn)突變，不連續(xù)過渡。根據(jù)總含水率、平均凍脹率、融化下沉系數(shù)δ0

等不同可以進(jìn)行劃分。式中：h1、e1———凍土式樣融化前的高度(mm)和孔隙比;h2、e2———凍土式樣融化后的高度(mm)和孔隙比。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)

（一）季節(jié)性凍土按凍脹性分類：不凍脹、弱凍脹、凍脹、強(qiáng)凍脹、特強(qiáng)凍脹、極強(qiáng)凍脹。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)

（二）多年凍土按其融沉性的等級(jí)劃分：不融沉、弱融沉、融沉、強(qiáng)融沉、融陷。融沉等級(jí)由輕到重分為五級(jí):Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)五、凍土成土過程化學(xué)風(fēng)化涉及巖石與大氣、水等環(huán)境因素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致巖石成分和結(jié)構(gòu)的改變?；瘜W(xué)風(fēng)化元素遷移是指風(fēng)化過程中，巖石中的元素被水或其他介質(zhì)攜帶，從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。元素遷移粗骨性是指土壤中大顆粒物質(zhì)的含量，這些物質(zhì)可能來自巖石風(fēng)化。粗骨性活動(dòng)層的形成是指在永凍層上方，由于季節(jié)性溫度變化，形成一個(gè)季節(jié)性解凍和凍結(jié)的土壤層。活動(dòng)層的形成干旱和極地冰沼土區(qū)的獨(dú)特特點(diǎn)是指這些區(qū)域土壤的形成和特性，如干旱地區(qū)的鹽漬化和極地地區(qū)的永久凍結(jié)。干旱和極地冰沼土區(qū)的獨(dú)特特點(diǎn)物理風(fēng)化是指由于溫度變化、冰凍作用、生物活動(dòng)等因素導(dǎo)致巖石破裂和碎裂的過程。物理風(fēng)化生物風(fēng)化是指植物、動(dòng)物和微生物的活動(dòng)對(duì)巖石造成的物理和化學(xué)破壞。生物風(fēng)化粘粒含量是指土壤中細(xì)小顆粒的多少，它影響土壤的結(jié)構(gòu)和肥力。粘粒含量永凍層的存在是指在某些氣候條件下，土壤中的水分長期凍結(jié)，形成永久凍結(jié)層。永凍層的存在泥流和泥噴泉的產(chǎn)生是指在特定地質(zhì)條件下，水和泥沙混合物流動(dòng)或噴發(fā)的現(xiàn)象。泥流和泥噴泉的產(chǎn)生01020304050607081009問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)六、凍土的常用處理方法在凍土深度比較淺的多年凍土地區(qū)，利用碎石、礫石等透水性較好的填料，置換出凍結(jié)深度范圍內(nèi)土質(zhì)不好的凍脹土挖方換填用復(fù)合基礎(chǔ)進(jìn)行路基處理,一般包括CFG樁、碎石樁等復(fù)合式基礎(chǔ)在凍土區(qū)域修建片、碎石路基,利于對(duì)流,將路基內(nèi)部的熱量排出。片（碎）石路基在路基內(nèi)鋪設(shè)高熱阻的保溫材料(如EPS板),以阻止地層上部的熱量傳入下部土體,從而維持凍土穩(wěn)定性。保溫板路基利用熱虹吸原理驅(qū)動(dòng)熱棒中的氨或者二氧化碳等工作介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，將地基中熱量排出到大氣中，從而使地基得到冷卻。熱棒技術(shù)在多年凍土地區(qū)，路堤兩側(cè)用保溫材料填筑的具有一定寬度和厚度的護(hù)道。保溫護(hù)道以橋代路當(dāng)熱棒、拋石路基等處理措施在高含冰量凍土區(qū)使用效果有限時(shí)，修建橋梁處理這類不穩(wěn)定凍土。問題導(dǎo)學(xué)情境描述知識(shí)講解小組學(xué)習(xí)知識(shí)小測(cè)

1、小組查找凍土圖片資