季節凍土

季節凍土，地表層冬季凍結、夏季全部融化的土（岩），包括季節凍結層和季節融化層（也稱活動層）。

基本介紹

• 中文名：季節凍土
• 外文名：Seasonal frozen soil、 Seasonal frozen ground
• 特徵：冬季凍結、夏季全部融化
• 原因：季節影響

簡介

冬季含冰凍結、夏季全部融化的岩土被稱為季節凍土，包括季節凍結層和季節融化層。自地表面至凍結層底面的厚度稱凍結深度。

特徵

季節凍土受季節性的影響，冬季凍結、夏季全部融化。

形成原因

季節凍結層冬天形成時，隨凍結鋒面自上而下移動，土中水分向凍結鋒面遷移並發生聚冰作用，冰層及冰透鏡體主要集中在最大凍結深度的2/3～1/2部位。凍結後的土體體積增大，由此產生的凍脹可使各類建築物產生變形和破壞。季節融化層的凍結有兩個方向，一是自地表往下，一是自多年凍土上限往上。由於水分向兩個凍結面遷移，因此季節融化層凍結後的聚冰現象及水分的重新分布與季節凍結層不同，在季節融化層上部 1/3處及凍土上限附近冰層和冰透鏡體較為集中。

季節凍土

分布

季節凍結層分布於非多年凍土區，在南界以南（北半球）或下界（垂直地帶）以下的廣大地區，以及地帶。具有明顯的緯度及垂直帶性，一般說隨緯度及海拔的增高，其厚度增大，由0.1～0.2米增厚到2.0～3.0米。在北半球10月中下旬至12月，季節凍結層由北而南接連出現，2月下旬至6月初由南往北逐漸消失。

季節凍土的分布

我國季節性凍土區面積大約513.7萬平方千米，占國土面積的53.5%,其南界西從雲南章鳳，向東經昆明、貴陽，繞四川盆地北緣，到長沙、安慶、杭州一帶。季節凍結深度在黑龍江省南部、內蒙古東北部、吉林省西北部可超過3米，往南隨緯度降低而減少。

危害

夏天季節凍結層和季節融化層融化時，由於冰層及冰透鏡體分布的不均勻，形成土層不均勻沉降是導致各類建築物變形和破壞的重要原因。季節性凍土的凍脹性、融沉性等特性對工程影響重大。所以在季節性凍土地區的工程建築或項目應特別注意考慮季節性凍土對工程的影響及防範措施。

鐵路路基凍害

路基凍害的分類：根據鐵路沿線季節性凍土地區所出現的鐵路路基凍害現象，主要形成了凍脹、融沉、翻漿冒泥等三種路基病害。

1.凍脹

凍脹是指由於土的凍結作用而造成的體積膨脹現象，這是季節性凍土區常常遇見的鐵路病害。凍脹可分為原位凍脹和分凝凍脹兩類，原位凍脹是指凍結鋒面前進過程和已凍土繼續降溫過程中，正凍土中的孔隙水或已凍土中的未凍水原位凍結，造成體積增9%；而當土體凍結以後，由於土顆粒表面能的作用，土中始終存在未凍結的薄膜水。在溫度梯度的誘導下，薄膜水會從溫度高處向溫度低處遷移，正是由於水的抽吸作用使水分集聚在前進的凍結鋒面後方並凍結，分凝成冰透鏡體，這一過程稱為分凝凍脹，分凝凍脹過程造成體積增大1.09倍。凍脹本身不僅引起基床破壞，還可引起橋樑、涵洞基礎的凍害。

凍脹

2. 融沉

季節性凍土融化時，冰晶和冰膜融化成水，土層在重力和上覆荷載的作用下，路基及基床會產生不同程度的沉降，即融沉。

融沉一般有兩個特性：其一，由於自然營力和人為因素及土體各方面的差異，融沉在空間上具有不連續性，厚度上具有不均勻性。有的路段在以較慢的速度連續下沉一段時間，有的路段突發大量地沉陷，並使周圍部分土體隆起。這是因為凍路基土融化後處於飽和狀態，其承載力幾乎為零，在外部荷載作用下，基床瞬間產生大幅度沉陷並有大量積水冒出。其二，融沉多發生在低路堤地段。由於路堤高度、坡向、填料類別、保溫設施，以及施工季節和施工後形成的地表特徵、水文特徵及凍土介質特徵等因素的綜合影響，土體中各土層的散熱和吸熱有極大差異。當基底土層的散熱超過吸熱時，地溫上升，凍土融化，人為上限下降，路堤就會產生融沉病害。路堤越低，意味著在從上界流向地中的傳熱過程中，熱阻減小。路堤自身的儲熱能力變小，不利於熱穩定，從而易導致路基發生融沉。

3.翻漿冒泥

由於鐵路局管內獨特的地質、地理環境，導致在某些路段凍結時間長，解凍緩慢，加之大量的積雪融化後雪水下滲，這樣就在解凍層和未解凍層之間形成自由水。這部分自由水不能及時排出，造成土基軟弱，強度急劇降低，在列車荷載作用下，路基面發生鼓包、唧泥現象，即為翻漿。翻漿冒泥導致道床下沉，軌道狀態不良，幾何尺寸變化頻繁，需要不斷進行緊急整修。翻漿冒泥引起鋼軌水平差較大，導致鋼筋混凝土軌枕產生縱橫裂紋。

凍脹病害的整治措施及其原理

1.換填基床土

用較純淨的砂礫或中、粗砂換填季節性凍土，是削減地基土凍害的理想方法之一。在平面和縱斷面受到限制的情況下，如岔區路基凍害及特大橋、大橋兩端的路基凍害主要採用換填整治的方法。換土深度應至凍結深度之下，換土寬度應包括路肩在內的整斷面。

2.修建減少路基基床含水量的排水設施

修建減少路基基床含水量的排水設施。如修建具有抗凍防滲能力的地表排水設施，以防治因地表水節而引起的凍脹；修建滲溝、暗溝、截水溝等，截斷、疏導地下水或降低地下水位，以防治因地下水補給而引起凍脹。

3.無機結合料穩定土保溫法

在基床表層鋪設保溫層，改善基床溫度環境，使表層下的基床土不凍結或減小凍結深度。保溫材料一般用爐渣，其導熱係數小，成本低廉，也可用石棉、泡沫聚苯乙烯板等保溫材料。

4.人工鹽化路基土

溶於水中的鹽類能使水溶液的冰點低於淡水，而且濃度越大，冰點越低。主要有挖軌枕槽鋪鹽，打孔注鹽，稀釋注人和土鹽拌和等幾種施工方法。

多年凍土與季節性凍土的區別

1、季節性凍土的時間一般為半月至數月，多年凍土的時間一般為數年至數萬年以上。

2、多年凍土主要分布在亞歐大陸和北美洲的北部。中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土。季節性凍土一般分布在溫度不高或低緯度的地區。

凍土的存在主要受溫度的影響。越往緯度高的地方溫度就越低，因為南半球陸地面積少，所以多年凍土主要分布在亞歐大陸和北美洲的北部。同時越往高處溫度就越低，在一些高山上那裡的溫度常年也低於零度，所以中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土，如美洲的安第斯山脈，非洲的乞立馬扎羅山以及我國的青藏高原。