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大型灌区节水改造工程技术试验与实践:防冻胀效果原因分析

时间:2023-10-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:风积砂层内冻胀率在3%以下,属弱冻胀,这是防冻效果好的一个主要原因。采取风积砂换填处理后,冻胀率沿冻深分布发生了较大变化。在未处理段相应深度内冻胀率均在6%以上,二、三渠渠底最大值达28.7%,马架梁渠道两坡中部冻胀率高达35.3%和45.0%,均属于强冻胀类型。所以风积砂层增大后,冻前融土及冻土含水量均有明显衰减现象,防冻效果随换填厚度的增加而提高,T12和T13处理防冻效果分别为69.8%和98.2%,后者高28.4%。

大型灌区节水改造工程技术试验与实践:防冻胀效果原因分析

(1)风积砂层内冻胀率在3%以下,属弱冻胀,这是防冻效果好的一个主要原因。冻胀率是反映单位土层冻胀能力的一个指标,也是判别土壤冻胀性的主要指标,了解它沿冻深的分布规律是非常必要的。采取风积砂换填处理后,冻胀率沿冻深分布发生了较大变化。特别是换填层内,冻胀率值很小,沿冻深变化基本为轻微冻胀或无冻胀,但当冻深大于风积砂换填厚度时,在垫层下基土中仍有较大冻胀量,这是换填后仍有冻胀的一个原因。

从二、三渠及马架梁渠道风积砂换填层及相应未处理(T3)段冻胀率3年观测结果看(见表4-14、表4-15),各换填处理垫层内平均冻胀率一般均在3%以下,冻胀类型属于不冻胀或弱冻胀。在未处理段相应深度内冻胀率均在6%以上,二、三渠渠底最大值达28.7%,马架梁渠道两坡中部冻胀率高达35.3%和45.0%,均属于强冻胀类型。

(2)换填层含水量大小对冻胀的影响不大。水是冻胀的基本因素,所有湿土在冻结过程中,土体内水分都会向冻结锋面转移,转移量的大小决定了冻胀量的大小,而在风积砂层中,这种水分的迁移是不明显的。

1)冻前含水量小于安全冻胀含水量时冻结过程中若无充分补给水,一般是不会产生冻胀的,而试验区是开敞冻胀,冻结期有水补给,但仍无大的冻胀。以试验场三渠为例,3种处理4年实测两坡上、中部换填层内冻前含水量平均为8.8%,但在冻结期转移量只有1.7%,这样冻结层平均含水量只有10.5%,仍小于土的安全冻胀含水量13%,这说明在换填层内水分的迁移是困难的,所以有效削减了冻胀量。

2)冻前含水量大于安全冻胀含水量时,冻结过程中如有充分补给水,冻胀是很强烈的,同样在风积砂层中仍无大的冻胀发生。如三渠3 种换填处理渠底1984年实测含水量达到20.3%~26.8%,大于安全冻胀含水量的0.5~1.0倍,但从所产生的冻胀量看,均在17mm以内,平均冻胀率在3%以下。从马架梁渠道应用段看,地下水位超过换填层,如T11处理阳、阴坡2/3处融土含水量达到31%左右,大于安全冻胀含水量1.5 倍左右,但所产生冻胀量很小,换填层内平均冻胀率均小于3%,3年平均防冻效果分别为89%和95 % 。(www.xing528.com)

由上述结果可以看出,风积砂层内土含水量随地下水位的高低而变化,但对冻胀量影响不大,其主要原因是风积砂在冻结过程中水分迁移困难,而冻结时在孔隙水压力作用下部分水被压入底层或下卧融土层,故而只发生轻微冻胀或不冻胀,这是风积砂的一大特性。

(3)随着换填厚度的增加,风积砂层含水量相对减少,冻胀率随之减弱,增加了防冻效果。如三渠T12和T13处理,风积砂换填厚度分别为60cm和90cm,1985年实测阳坡风积砂层内冻前土含水量为13.0%和9.7%,递减率为25.8%。冻结后上、中部内含水量均较冻前融土含水量为小,T13较T12处理衰减率大于13%。下部垫层内含水量均有所增加,但T12处理水分迁移量略大于T13处理。所以风积砂层增大后,冻前融土及冻土含水量均有明显衰减现象,防冻效果随换填厚度的增加而提高,T12和T13处理防冻效果分别为69.8%和98.2%,后者高28.4%。

(4)马架梁渠道采用风积砂换填处理后,两坡水位显著降低。实测阳、阴坡水位下降约50cm、30cm。这是由于风积砂空隙大、渗透性能好、并具有较好的排水作用所致,从而使出逸点降低、水面线下移,改变了原水位状况,使风积砂层处于非饱和状态,为削弱土中的水分迁移和毛细管水上升,保证换填层内含水量减少和提高换填处理的防冻效果奠定了基础。

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