【摘 要】文章通过对冻胀特性试验内容与方法的介绍，以及对试验结果的分析，从而得出土层的冻胀性质，这对于掌握不同的土层以及相同的土层、不同的含水量所形成的冻胀特性，对人工冻结土的进一步安全应用具有实际意义。
　　 【关键词】冻土；冻结特性
　　冻结法施工是岩土工程中的一种特殊有效的施工方法，这种方法首先应用在煤矿凿井，目前已在城建、地铁、桥墩锚锭等工程中应用，并掌握了一定的冻结特性和取得了许多成功的经验。但人工冻结法在岩土工程中应用时，会出现冻胀和融沉现象，这些现象将对工程和环境带来不利的影响，在煤矿冻结法施工中，冻胀会造成冻结管断裂，如谢桥矿井筒在冻结段施工中，冻胀引起冻结管断裂造成淹井，同时岩土的冻胀会危害到附近管线及建筑物的安全。所以掌握不同的土层以及相同的土层、不同的含水量所形成的冻胀特性，对人工冻结土的进一步安全应用具有实际意义。
　　一、冻胀特性试验内容与方法
　　（1）土样采用不同的粘土层和砂层进行试验，试验严格执行《土工试验方法标准》GB/T50123-1999标准，了解掌握冻胀与土样以及各种土样与含水量之间的关系。
　　（2）取相同土样、相同含水量在不同的温度状态下以及相同的土样在不同的含水量状态下进行试验，试验时密封试样，使试样与大气隔绝，以免水份进入试样而引起含水量增大。以求冻胀在不同的温度和不同含水量的状态下而变化的规律。
　　（3）采用粘土、粘土质砂、砂土等不同的土样经烘至恒重后再进行人工冻结，视其在干燥状态下是否存在冻胀。
　　二、试验结果分析
　　1．冻胀量与含水量的关系。由试验结果表明，冻胀量与土样的含水量的关系特别明显，冻胀量随着土样含水量的增大而增大。这是因为土中的水结冰膨胀，推动土颗粒重新排列，结果是增大了土中的孔隙。土中的水量越大，水结冰膨胀的体积越大，土体的冻胀量也越大。
　　2．冻胀量与液限含水量、塑性指数的关系。试验表明，冻胀量随着液限含水量、塑性指数的增大而有增大的趋势。而塑性指数与土的颗粒组成、土粒的矿物成份以及土中水的离子成份和浓度等因素有关。塑性指数越大表明土粒越细，且细粘粒的含量也越高，则其比表面积和可能的结合水含量也高，同时粘土矿物可能具有的结合水含量也大，反离子层中的低价阳离子可能也大。由于其多种原因，致使冻胀量也大。
　　３. 冻胀量与土样饱和度的关系。冻胀量与饱和度成正比，因为未饱和的土，其中有一部分孔隙未被水充填，这部分孔隙可以被水结冰膨胀的冰体和重新排列的土颗粒所充填。而饱和土，没有这部分空隙，只有向外扩展，所以冻胀量也较大。
　　４．土样与冻结温度的关系。土样由常温降-5℃时，冻胀非常明显，随着温度的降低，冻胀发展缓慢，温度降低到一定值时，冻胀不甚明显。这是由于粘土层中存在着强结合水、弱结合水、毛细水和自由水，其冰点各有相同，土样由常温到-5℃时，土中的自由水和毛细水基本结成冰，而这两种水在土中占绝大多数，所以冻胀比较明显。随着温度的不断下降，自由水和毛细水已绝大部分结成冰，以后冻胀缓慢。-15℃至-20℃以后，土中只有结合水是未冻水，这时虽然有部分未冻水结成冰，但量很少，所以冻胀不明显。
　　５．冻胀量与不同土层之间的關系。粘土的冻胀量一般高于砂土，钙质粘土高于一般粘土。在淮南谢桥矿付井的冻结段断管淹井事故中，断管位置即位于厚约15m的粘土层中，该层粘土细腻致密，含水量为23%。虽然造成冻结管断裂的原因很多，但这厚层粘土的冻胀量比上下砂层的冻胀量大也是造成冻结管断裂的因素之一。
　　６．土样在干燥状态下的冻胀量。把不同的土样烘至恒重后再进行冻结，冻结时试样不与水份接触，发现冻结后不发生冻胀或冻胀量很小，土的冻胀最根本的原因是水在起作用，水与不同的土层结合，就会产生不同的冻胀率。
　　三、结语
　　由以上分析可以得出土层的冻胀具有如下性质：
　　（1）冻胀量随着土层的含水量、饱和度、液限含水量的增大而增大，其中影响最大的是土中的含量大小。
　　（2）粘土的冻胀量大于砂土，钙质粘土大于一般粘土。
　　（3）温度下降到-5℃以后，冻胀量不甚明显。
　　（4）土样在干燥状态下不发生冻胀或冻胀量很小。