地球表面根据高程、接受太阳辐射能的多少以及地球表面太阳辐射所能达到的深度范围的温度变化情况的不同,自地球赤道向两极,地球表面大致分为三个带。
(1)常年处于正温、没有冻结状态。
(2)表层一定深度(少则几厘米,多则几米)在冬季冻结,夏季融化。冻结的时间为几个小时、几天或几个月。而其下部土层常年处于正温状态。
(3)表层一定深度的土层,夏季融化,而在冬季冻结,其下部土层常年处于负温状态。
根据土冻结持续的时间,又可将冻结状态的土分为以下几种。
(1)暂时冻土——冻土存在的时间为几个小时或只有几天。
(2)季节冻土——冬季冻结,夏季融化的土。
(3)隔年冻土——冬季冻结,一二年内不融化的土。
(4)多年冻土——冻结时间延续3年以上,有的长达一个世纪或几千年的土层。
暂时冻土和季节冻土均直接从地面开始冻结,而多年冻土一般则从地表下若干深度开始。根据季节冻、融层下面的土层是冻土还是融土的不同衔接情况,又可分为下列几种情况。
(1)季节冻、融层和多年冻结层衔接在一起,这种情况称为衔接多年冻土。
(2)季节冻、融层和多年冻结层中间有一层融化层,这种情况称为不衔接多年冻土。(www.xing528.com)
(3)季节冻、融层和下面的融土层衔接,一般季节冻土区皆属这种情况。
季节冻、融层与下垫层衔接情况如图1.1所示。
图1.1 季节冻、融层与下垫层衔接情况示意图
(a)衔接多年冻土;(b)不衔接多年冻土;(c)季节冻土
1—季节冻、融层;2—融土;3—多年冻土
冻土不论是作为建筑材料或地基,对工程实践来讲,最有意义的是土中水的冻结。冻土的定义为:凡是温度等于或低于0℃,并且含有冰胶结层的土称为冻土。如果只有负温而没有冰胶结层的土层为寒土。土的冻胀和融沉对建筑物的危害,均是由于土中水相变所致。
土冻结时,不仅其温度处于0℃以下,更重要的特征是其中有冰的存在,它使得原来松散状态的介质,表现出固体的性质,其物理—力学性质有很大改变,诸如抗压强度增大、压缩性减小等,冻土比融土坚硬得多。而融化时,由于抗剪强度的下降,又常造成工程的破坏或失事。为此,我们必须深刻地认识冻土,才能征服和利用它。
冻土的强度和力学性质与温度及含水量有很大关系。根据冻土的坚硬强度又可分为以下几类。
(1)坚硬冻土——负温度较低且被冰所牢固胶结的土。在建筑物荷载作用下,表现有一定的脆性破坏和压缩性很小的特点。
(2)塑性冻土——负温度较高,土的颗粒虽被冰所胶结,但具有黏滞性,因为还有较多的未冻水存在。其特点是在建筑物荷载作用下压缩变形较大。
(3)松散冻土——土中含水量较少,没有被冰胶结的砂和碎石土均属此类。一般来讲,这种土冻融前后的力学性质改变不大。
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