凍土是指零攝氏度以下,并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時(shí)凍土(數(shù)小時(shí)/數(shù)日以至半月)/季節(jié)凍土(半月至數(shù)月)以及多年凍土(又稱永久凍土,指的是持續(xù)二年或二年以上的凍結(jié)不融的土層)。地球上多年凍土/季節(jié)凍土和短時(shí)凍土區(qū)的面積約占陸地面積的50%,其中,多年凍土面積占陸地面積的25%。凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì),含有豐富的地下冰。因此,凍土具有流變性,其長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于瞬時(shí)強(qiáng)度特征。正由于這些特征,在凍土區(qū)修筑工程構(gòu)筑物就必須面臨兩大危險(xiǎn):凍脹和融沉。隨著氣候變暖,凍土在不斷退化。
中文名稱 | 凍土 | 條 件 | 零攝氏度以下 |
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類 型 | 短時(shí)凍土,季節(jié)凍土,多年凍土 | 定 義 | 含有冰的各種巖石和土壤 |
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季節(jié)凍土層中的地溫呈非線性分布,改變了凍土墻形成時(shí)的初始溫度條件以及形成后的結(jié)構(gòu)形式。有季節(jié)凍土條件下形成深6m、厚1.4m的凍土墻較無(wú)季節(jié)凍土的情況可減少凍結(jié)時(shí)間15d,減少冷能消耗60%,經(jīng)濟(jì)上有極大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)數(shù)值模擬,得到了能量消耗與時(shí)間關(guān)系曲線、凍結(jié)管熱流密度與深度關(guān)系曲線、凍土墻的厚度與時(shí)間關(guān)系曲線、凍土墻的厚度與深度關(guān)系曲線等,可見(jiàn)季節(jié)凍土層的存在顯著提高了凍土墻的厚度發(fā)展速度,減少了凍結(jié)時(shí)間,降低了冷能消耗。模擬了49種工況,對(duì)凍結(jié)管直徑、凍結(jié)管間距、凍結(jié)時(shí)間、凍土墻平均溫度、凍土墻厚度等數(shù)據(jù)進(jìn)行了非線性回歸分析,得到凍土墻厚度與時(shí)間成對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系、平均溫度與時(shí)間成反比例關(guān)系的相關(guān)表達(dá)式,為人工凍結(jié)技術(shù)的合理運(yùn)用和推廣提供了理論依據(jù)。
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設(shè)計(jì)并研制成功一和中適用于凍土及夾石凍土鏈?zhǔn)酵跍蠙C(jī)的刀具,經(jīng)室內(nèi)和野外現(xiàn)場(chǎng)證明,其使用壽命達(dá)到130h切削速度和挖溝作業(yè)率可達(dá)4.25m/s和101~112.2m/h并提出了高速熱融切削的觀點(diǎn)。
氣體、礦物顆粒、未凍水、冰是組成凍土的四種物質(zhì)成分,氣體、未凍水和冰的含量隨溫度變化。變形特性將凍土地基分為松散、塑性與堅(jiān)硬凍土含有機(jī)物與鹽類的不同將凍土分為凍結(jié)泥炭化土與鹽漬化凍土根據(jù)持續(xù)時(shí)間可分為多年與季節(jié)凍土根據(jù)凍土的融沉性與土的凍脹性又可分成若干亞類。
凍結(jié)狀態(tài)連續(xù)保持三年以上者,物理力學(xué)性質(zhì)隨溫度變化而改變,伴隨發(fā)生融陷、熱融滑塌、凍脹等現(xiàn)象的視為多年凍土地面表層冬季凍結(jié),夏季全部融化,每年交替凍融一次的土層為季節(jié)性凍土。
在凍結(jié)狀態(tài)下,具有較低的壓縮性或不具壓縮性和較高的強(qiáng)度屬凍土地基的工程特性。如果凍土融化后則承載力大大降低,壓縮性變化較大,使地基產(chǎn)生融陷凍脹對(duì)地基的承載力和安全性極為不利。
土的顆粒大小及含水量可以影響凍脹和融陷,一般土顆粒愈粗,含水量愈小,土的凍脹和融陷性愈小反之愈大。不同土質(zhì)、平均凍脹率、凍前天然含水量、凍結(jié)期間地下水位距凍結(jié)面的最小距離可以劃分季節(jié)性凍土多年凍土根據(jù)融化下沉系數(shù)的大小,可分為不融沉、弱融沉、融沉、強(qiáng)融沉和融陷五級(jí)。
凍土是指地表至100厘米范圍內(nèi)有永凍土壤溫度狀況,地表具多邊形土或石環(huán)等凍融蠕動(dòng)形態(tài)特征的土壤。本土綱相當(dāng)于美國(guó)土壤系統(tǒng)分類的新成土綱(Entisol)、始成土綱(Inceptisol)、有機(jī)土綱(Histosol),聯(lián)合國(guó)土壤分類的始成土(Cambisols)、潛育土(Gleysols)、粗骨土(Regosols)、有機(jī)土。它包括的土類有冰沼土(冰潛育土)和凍漠土。
冰沼土相當(dāng)于美國(guó)系統(tǒng)分類中新成土綱的永凍性的冷凍正常新成土(Pergelic Cryorthent)和始成土綱的冷凍潮濕始成土(Cryaquepts),有機(jī)土綱中部分冷凍有機(jī)土。聯(lián)合國(guó)土壤分類中始成土的冰凍始成土(Gelic cambisols)、潛育土中的冰凍潛育土(Gelic gleysols)、粗骨土綱中的冰凍粗骨土(Gelic regosols)、有機(jī)土綱(Histosols)中的冰凍有機(jī)土(Gelic histosols),所不同的是聯(lián)合國(guó)分類是指在2米深度內(nèi)有永凍層。
凍漠土在美國(guó)、聯(lián)合國(guó)分類中還沒(méi)有相應(yīng)的土類。而與美國(guó)分類的干旱土和聯(lián)合國(guó)分類的鈣質(zhì)土或石膏土有某些近似。