2020年岩土工程师答疑:渠道砼面板破坏的原因?

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问题：

渠道砼面板破坏的原因?

答疑：

1渠道砼面板冻胀破坏的原因

渠道砼面板发生冻胀破坏的原因是渠基土发生冻胀，渠基土的冻胀与以下几个因素有关：1)寒冷地区的气温是否长期低于0℃ ;2) 基土中是否存在冻结的主体：水份;3)基土的物理性质，主要包括土的颗粒组成等。以下针对这几个因素做一论述。

2.各因素间的相互关系

我们知道渠基土中含有土壤水，这些土壤水主要是由土粒子间填充的自由水和吸附在粒子周围的束缚水组成，自由水的的多少与粒子间空隙的大小有关，束缚水的多少与土粒子总的表面积有关。针对渠道砼面板基土来说，因为其多为夯实土，粒子间隙小，所以其含水量的大小主要与粒子周围束缚水有关。而束缚水的多少又与基土的性质有关，即土质组成颗粒越细，其颗粒的比面积就越大(比面积为1g土体中所有土颗粒的表面积之和)，粒子所吸附的水份也就是基土的含水量就越多。这样，当气温长时间处于0℃以下时，基土中水份就会结冰，根据水在结冰时体积增大0.09倍的性质，基土的体积也将增大，这将给其上的砼面板产生向上的推力，如果该力足够大，将引起砼面板在该力方向上的位移，或使板体本身发生破裂，翘起，滑落，严重的将导致渠道边坡塌陷。

3.冻胀基土中的水份迁移原理

另外，因为在不同土颗粒表面吸附水之间存在着电位差，当气温长时间低于0℃时，在该电位差和毛管水表面张力的共同作用下，土颗粒表层的活跃水分子将会顺着温度梯度方向向土壤水冻结峰面迁移，如果基土水份有充足的补给源，基土冻结锋面将会产生更为严重的冻胀。因为常规冻胀量一般为原来体积的10%～50%，而在水份迁移的情况下，冻结锋面上的冻胀量可达到原来体积的数倍。在重力作用下，冻土水分垂直迁移以及毛细管水上升高度都有一定的范围，该范围的大小与土质有关，在此不再论述。

理论分析和工程实践证明，粒径大于0.1mm的基土因其所含水分较少，在其结冰时产生的膨胀力较小，不足以对砼板产生破坏;当基土粒径在0.1mm ～ 0.05mm之间时，破坏较大，而当粒径在0.05mm ～ 0.002mm时，基土冻胀破坏最强。按照土质的分类，粘土的冻胀破坏最强，其次依次降低的是粉质土、亚粘土和亚砂土。

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