2020年巖土工程師答疑:渠道砼面板破壞的原因?

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問題：

渠道砼面板破壞的原因?

答疑：

1渠道砼面板凍脹破壞的原因

渠道砼面板發(fā)生凍脹破壞的原因是渠基土發(fā)生凍脹，渠基土的凍脹與以下幾個因素有關：1)寒冷地區(qū)的氣溫是否長期低于0℃ ;2) 基土中是否存在凍結(jié)的主體：水份;3)基土的物理性質(zhì)，主要包括土的顆粒組成等。以下針對這幾個因素做一論述。

2.各因素間的相互關系

我們知道渠基土中含有土壤水，這些土壤水主要是由土粒子間填充的自由水和吸附在粒子周圍的束縛水組成，自由水的的多少與粒子間空隙的大小有關，束縛水的多少與土粒子總的表面積有關。針對渠道砼面板基土來說，因為其多為夯實土，粒子間隙小，所以其含水量的大小主要與粒子周圍束縛水有關。而束縛水的多少又與基土的性質(zhì)有關，即土質(zhì)組成顆粒越細，其顆粒的比面積就越大(比面積為1g土體中所有土顆粒的表面積之和)，粒子所吸附的水份也就是基土的含水量就越多。這樣，當氣溫長時間處于0℃以下時，基土中水份就會結(jié)冰，根據(jù)水在結(jié)冰時體積增大0.09倍的性質(zhì)，基土的體積也將增大，這將給其上的砼面板產(chǎn)生向上的推力，如果該力足夠大，將引起砼面板在該力方向上的位移，或使板體本身發(fā)生破裂，翹起，滑落，嚴重的將導致渠道邊坡塌陷。

3.凍脹基土中的水份遷移原理

另外，因為在不同土顆粒表面吸附水之間存在著電位差，當氣溫長時間低于0℃時，在該電位差和毛管水表面張力的共同作用下，土顆粒表層的活躍水分子將會順著溫度梯度方向向土壤水凍結(jié)峰面遷移，如果基土水份有充足的補給源，基土凍結(jié)鋒面將會產(chǎn)生更為嚴重的凍脹。因為常規(guī)凍脹量一般為原來體積的10%～50%，而在水份遷移的情況下，凍結(jié)鋒面上的凍脹量可達到原來體積的數(shù)倍。在重力作用下，凍土水分垂直遷移以及毛細管水上升高度都有一定的范圍，該范圍的大小與土質(zhì)有關，在此不再論述。

理論分析和工程實踐證明，粒徑大于0.1mm的基土因其所含水分較少，在其結(jié)冰時產(chǎn)生的膨脹力較小，不足以對砼板產(chǎn)生破壞;當基土粒徑在0.1mm ～ 0.05mm之間時，破壞較大，而當粒徑在0.05mm ～ 0.002mm時，基土凍脹破壞最強。按照土質(zhì)的分類，粘土的凍脹破壞最強，其次依次降低的是粉質(zhì)土、亞粘土和亞砂土。

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