法向冻胀力影响因素探析

法向冻胀力的影响因素包括两大类:一是自然因素,包括图纸条件、水分条件和温度条件等;二是工程因素,包括建筑物荷载、基础面积、砌置深度、建筑物刚度等。在第3章土体冻胀及其影响因素中,已经对自然因素的影响予以阐述,凡是与土体冻胀有关的因素,均与冻胀力有关,在此不再赘述,本节重点讲述一下工程因素对法向冻胀力的影响。

1.基础面积与法向冻胀力的关系

底板面积影响地基中附加应力的分布,影响地基土的冻胀性,但更为重要的是底板面积直接影响纯法向冻胀力和附加法向冻胀力在总法向冻胀力中的比值,从而影响法向冻胀力的大小,在全约束状态下,室内和野外实测资料表明:基础板面积与法向冻胀力之间呈指数函数关系,如图5.4所示。

从图5.4可以看出:基础板面积越小,法向冻胀力越大,在基础面积大到一定程度时,法向冻胀力值趋于某个既定条件时的稳定值。基础板面积为1m2左右区段是法向冻胀力值的急剧变化区域。

图5.4　基础面积与法向冻胀力的关系

(www.xing528.com)

图5.5　基础埋深与法向冻胀力的关系

图5.6　相对冻胀变形与相对冻胀力关系曲线

2.基础砌置深度与法向冻胀力的关系

基础的砌置深度影响地基土冻结界面的形状和基础下面的地基的冻土层厚度,从而影响法向冻胀力的大小。野外实测资料表明:在不改变基础下地基土冻结界面形状的条件下,基础的砌置深度愈小,基础下面冻土层厚度越大,基础法向冻胀力越大,随着基础的下埋,冻土层厚度在逐渐减少,基础底面置于最大冻深时,此时基底法向冻胀力接近于零。砌置深度与法向冻胀力之间的关系如图5.5中曲线所示。

3.约束程度与法向冻胀力的关系

建筑物荷载作用在冻胀性地基上,影响着土的冻胀性,从而土体的冻胀变形要受到约束,冻胀土体必须克服外荷载而做功,这就是法向冻胀作用的外观表现。如果不允许土体冻胀变形,就必须增大基础板的约束力,与此相适应,法向冻胀力也必然增大。相反,如果基础板能够随着土体冻胀变形而位移时,冻胀土体所产生的冻胀力必然减小,当冻胀土体自由冻胀变形时,冻胀力为 “零”。国内外的实验证明,基础板下法向冻胀力值的大小与对冻胀地基的约束程度呈指数函数关系。允许建筑物变形(位移)与法向冻胀力的关系如图5.6所示。