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冻土

第九章士冻结过程的力学特性

如前所述，土冻结时，由于土温降到土壤水的冰点以下，孔隙水将原位冻结，相应体积膨胀;并且在热力度诱导下，土层中应力状态发生变化，如孔隙水压力、附加应力、冰压力及有效应力的相应变化，出现第二冻胀理论所描述的关于当某层土中有效应力等于零时出现冰透镜体现象。

在冻结过程中，此过程不断循环，则冰透镜体在不同位置出现。

与此同时，未冻区中水分不断向冻结前缘迁移，并通过冻结缘区域向冰透镜体聚集，即所谓热力诱导复冰现象，从而出现冻胀变形。

因此，发生冻胀现象，必须推开土颗粒间的间隙，孔隙水侵入其中并冻结，这种含水多孔介质冻胀时推开其颗粒间隙的力的平均值，称为冻胀力。

注意，决不能将冻胀误解为土中水冻结时其体积膨胀约9%所产生的力，这种情况只适用于饱水的封闭系统冻胀时，决不适合冻结时有外来孔隙水出入的开放系统的冻胀。

由于冰晶增长的方向与热流的方向一致，因此，冻胀力只能沿热流方向出现。

一冻胀力的宏观分类

当土层表面受到建筑结构荷载的限制，甚至不允许土冻结时出现冻胀时，则建筑物基础的底面与侧面将受到冻胀力的作用，原土表层的自由冻胀量被约束得愈多，则土冻结时对建筑物作用的冻胀力就愈大。

为了工程中实用起见，将冻结时产生的对建筑物或基础的冻胀力，按其作用于基础表面的方向，分为两类。

1.垂直法向冻胀力

沿着土冻胀方向，且垂直于地表及基础底面的冻胀力，称为垂直法向冻胀力，单位面积上的垂直法向冻胀力称为垂直法向冻胀应力（如图9.1a中所示）。

实际上包括了两个内容:

其一，在基础底面与冻土接触面间，由于下卧土层的冻胀而产生的冻胀应力，属于基础底面的接触冻胀应力。

此处不考虑由于刚性基础引起的不均匀应力分布，近似假定基础是柔性、应力分布是均匀的;其二，在土壤内部的冻结界面上或在土壤水剧烈相变温度范围之内的土层中，单位面积上的冻胀力称为土的冻胀应力。

基础接触冻胀力，只有通过对基础底面以下持力层范围之内的应力分布形状和大小的分析与计算才可得到解决，它属于冻土地基的计算问题，不仅受土的冻胀应力影响，还受基础的几何形状、底面尺寸、基础埋深以及冻结深度等因素的影响。

土的冻胀应力是土在冻结过程中所表现出的一种力学性质，它与土的其他物理力学性质一样，是由试验来获得的（见图9.1），它受土质及其有关的物理性质、土中水及其分布情况、土中温度及其温度梯度等主要因素的影响。

1.切向冻胀力

如图9.1a所示，当基础埋于冻结层中时，沿着土冻胀方向作用于基础侧面的冻胀力，称为切向冻胀力丑。

作用在基础周围单位宽度上的切向冻胀力，称为相对切向冻胀力τ1及单位侧面积上之平均切向冻胀力r，表示如下:

式中，!

Lc为基础周长，h为基础伸入冻土层中的厚度。

与法向冻胀力一样，r也受控于土质、水分及温度等条件，也与基础变形受束缚程度及基础材料与粗糙度等有关，可以通过实地试验求得，也可通过经验公式计算得到。

3.水平法向冻胀力

沿着土的冻胀方向、与地表平行并垂直于基础表面的冻胀力，称为水平法向冻胀力，其单位面积上的平均值称为水平法向冻胀应力（如图9.1b所示）。

对于土工支档结构，如挡土墙以及采暖建筑周边基础，特别是条形基础，都要受到水平法向冻胀力的作用。

其影响因素与其他冻胀力类同，主要通过实体试验测定，亦可按经验公式计算之。

二、垂直法向冻胀力

1.实验测定

在开放系统中，冻胀力是克服约束力、扩大土颗粒相互间隙的平均力。

因此约束力愈大，冻胀力也愈大，但冻胀量则变小，直到某一极值将不发生冻胀，此时的冻胀力称为最大冻胀力σmax。

若按毛细吸水原动力理论，最大冻胀力为式（6.1）:

σu=2σiw/r川式中σ阳为冰与水之间的表面张riw冰与水接触面的平均曲率半径。

按Takagi的抽吸力理论，由式（6.2）计算，冻胀力为σ=σ1一ρw'式中，σ1为约束力，

Pw为孔隙水压力。

而Radd及Ocertle实验测定的结果表明，最大冻胀力取决于冷却面的温度，他们测得18'C时的最大冻胀力σu与冷却面温度T成线性关系，即:

σu=-11.1T[参见图6.2及式（6.3）]，并且认为σu与土质无关。

日本学者研究式（6.3），随着温度降低，冻胀力增长到什么程度呢?

他们发现在高于某一临界温度之前，式（6.3）成立，而后则不同土质均有其极限冻胀力值（如图6.4所示）。

对于标准砂、七尾粉土、根岸粉土及组桥新土，其临界温度与极限冻胀力分别为:

一0.36'C/0.4MPa，-2.7'C/3队在Pa，一11.4'C/13MPa及-30.7'C/35MPa

以上是在实验室里完全受限制的条件下测得的。

应该说，这些数据是有条件的。

2.现场试验测定

为工程实用目的，进行现场试验测定，将提供更宏观、综合当地各因素的冻胀力实测值，但必须强调，其试验条件应该与实际工程结构的运营状态相一致。

现场试验的方法不外为两类:

一类为实加荷法，即在基础顶部不断加荷，保持基冻胀量始终不超过某一预定值，其最后加荷载的总和即为总冻胀力。

但此法的实比较麻烦。

另一类为框架锚固法（如图所示），将框架锚固在地基深层，用测力测定冻胀过程基础对框架的最大作用力，为冻胀总力，此法的关键是锚固的稳定性框架受力弯曲时梁的刚度要足够大，使基冻胀变形值限制在预定范围内。

为了实地测定冻胀力，我国有许多科学研究与生产部门在北方各地建立了众多的大型试验观测场。

如原中国科学院兰州冰川冻土所曾先后在祁连山区、青藏高原公路与铁路线沿线及大兴安岭与大庆地区、铁道部西北科学研究院在青藏铁路沿线、水电部东北勘测设计院研究所与吉林省水利科学研究所及黑龙江省水利科学研究所分别在吉林与黑龙江省内、黑龙江省寒地建筑科学研究院在哈尔滨等地、以及大庆石油科学研究院在大庆地区，都建立了长期观测场、站;为我国各类规范的制定提供了大量实测资料。

图9.3-图9.6为黑龙江省寒地建筑科学研究院在哈尔滨市郊阎家岗冻土站中四个不同冻胀敏感性场地上进行的法向冻胀力观测结果，其中正方形基础截面积A=0.7mx0.7m二O.5m2，冻土厚度为1.5-1.8m，基础埋深为零。

四个场地的冻胀率分别为平1-23.5%、和=16.4%、7}3=8.3%及加=2.5%。

在我国《水工建筑物抗冰冻设计规范》中规定单位竖向冻胀力标准值如表9.1所示。

黑龙江省水利厅《水利涵闸工程抗冻技术》丛书中，根据黑龙江省水利科学研究所的实测数据，并综合分析国内外资料，得到在全约束条件下、不同面积载板、在不同冻胀性土地基上可能产生的法向冻胀力极值（如表9.2）。

表9.2已被《岩土工程勘测设计手册》正式引用。

3.法向涛、胀力的计算方法

在计算方法中，这里仅介绍如下几种:

（1）M.φ.KHCeJIeB法

提出基底接触冻胀力为

Nf=F.σ（9.3）

式中，σ为假定的冻结界面上的冻胀应力，并等于常数，即σ=O.2MPa;F为冻结面上产生冻胀力的范围为自基础边缘开始沿450角向外扩展的面积。

（2）10.T.KYJIHKOB法

在首先假定基础是不动的，土壤冻结膨胀时，只能压密下部未冻土层，即自由冻胀量于持力层的压缩量的条件下，得出了一个冻结界面上的法向冻胀应力的计算公式:

式中，ρ为土的容重;h为观测瞬间冻土层的厚度;p为产生下沉的压力，即法向冻胀力;eo为孔隙比;电为压缩系数;ð.h为自由冻胀量。

（3）E.Penner法

采用K.A.Linell和C.W.Kaplar的算式，利用基础侧面冻胀变形曲线来计算冻结锋面处的垂直冻胀应力数值:

式中，守。

为当压力为零时的冻胀率;α为土壤类型的常数（负值）;ρ为作用压力，即冻胀应力;11为在压力ρ时的冻胀率。

（4）木下诚一法

根据冻胀力与冻胀率成正比的关系，提出的经验公式为

式中，ρ为法向冻胀应力，ð.h为冻胀量，Hf为冻结深度，E为冻土的弹性模量。

上述这些计算方法，都是利用了冻土的某一特征来建立关系进行计算的。

（5）双层地基计算法

1981和1983年，刘鸿绪建议要想求得基底的接触冻胀应力，首先必须了解冻结锋面土的冻胀应力。

影响土冻胀应力大小的因素很多，如土壤种类、颗粒成分及其矿物质的质、干容重及渗透系数的大小、含水量及地下水、土中温度及温度梯度等。

基础法向冻力的计算，是在土的冻胀应力、基础几何形状、尺寸大小、基础的埋置深度以及基底之下的冻结深度等均为已知，然后通过计算来求出基底的接触冻胀应力。

刘鸿绪的这个新的计算方法，就是用双层地基的计算理论来解决季节冻土地区的法冻胀力问题。

将冻结深度逐渐发展着的地基看作一种特殊地基，即冻土与未冻土是具两种不同弹性特征参数的两层土壤（如图9.7所示）。

通过双层弹性空间半元限体问题计算，求得地基土在冻结过程中所发生力的一系列变化及其内力分布。

由于我们只求直法向冻胀力，所以仅研究垂直均匀荷重的问题。

本计算只适用于季节性冻土地区，而年冻土地区属三层地基问题。

假设冻土与未冻土每层均为各向同性、均质与直线变形的双层弹性连续体系，就是由一定厚度的土层连续支承在一个弹性半空间体上。

上下层的弹性特征参数分别为E1（冻土的弹性模量），μ1（冻土的侧膨胀系数）和Ez（未冻的变形模量）、内（未冻土的侧膨胀系数）。

冻结之前，在外荷作用下的附加应力分布属于均质单层的状况，当冻深发展到基底以后，地基就变成了两层，但是如果地基土属不冻胀的，则地基中的应力分布仍保持原先单层的状况。

因为介质中的任何一点没有变形增量（在无约束条件时），就不会产生力的增量，没有力的增量也就不能引起力的重新分布。

当地基属冻胀敏感性土类时，随着冻胀力的产生和不断增大，地基中便发生着一系列的应力变化，内力在进行着重新调整，即内力重分布。

在冻结深度发展到某冻结面处时，在对称轴点G上（以后所研究各点的应力都是对称轴上的，不再注明），当该冻结界面上土的冻胀应力m，小于a点上双层地基的压应力n时，则地基土受荷m/n属双层地基的状况，（n-m）/n仍属尚未改变的单层的状况，当冻胀应力m等于双层地基的压力n时，地基就变成完全双层的应力状态。

如果土的冻胀敏感性很小，可能到最后也不能完全达到双层地基的应力分布。

但是凡是达不到双层地基应力状态的这种地基土，对建筑物一点危害都没有，计算冻胀力的必要性不大。

对季节冻土地区，基础冻胀力的计算只不过是基础设计中的一项稳定性验算。

双层地基中的上层是冻土层，冻土的弹性模量与很多因素有关，当其他条件一定时，土的负温度就成了主要的影响因素，温度越低，弹性模量越大。

根据我国东北地区中部冻结深度在2m左右地温的实测结果，在土的冻结层中，自上而下土温逐渐升高，到冻结界面处为零。

另外，冻层越薄，则温度梯度越大冻层越厚温度梯度越小，所以沿整个冻结深度的平均温度梯度是冻结深度或时间的函数，大致到1月下旬，冻深在1.5m左右时温度梯度为0.1'C/cm，因此，近似取T=-0.1（h-z）表示土温在冻层中沿深度的变化。

其中h为计算瞬时自基础底面算起的冻结深度，z为从基础底面算起的冻土层中某点的竖向坐标值。

冻结深度与地基中的温度在同一地区还受到土的热物理参数、地势以及不同年份等因素的影响，甚至还有较大的波动幅度。

冻土的弹性模量与温度的关系，参照B.B.且，OKY咀eB等及原中国科学院兰州冰川冻土研究所的有关试验资料，结合东北季节冻土地区的具体条件，刘鸿绪（1981，1983）提出了一个用于秸性土的算式为

E]=Eo+kl咀=130+430TO.865（9.7）

式中，Eo为T在O'C时冻土的弹性模量，100kPa;T为土中温度，以正值代人，为计算方便，将T=0.1（hf-z）代入上式后得

E]=130+59（hf-z）O.865（9.8）

未冻土的变形模量E2=90（100kPa），考虑到凡是冻胀'性比较大的地基土，其力学性质都

是比较差的，因此，取值应偏低一些。

泊松比主要取决于内摩擦角的大小，在冻结过程中，由于地基在应力作用下已达到稳定，其内摩擦角会大些，泊松比就小些。

在融化的时候，由于未能充分固结，水分来不及排除，故内摩擦角偏小，含水量越高，泊松比偏大些。

土冻结后，温度越低内摩擦角愈大，所以冻土的泊松比较小。

通过计算表明，泊松比取值稍有出入，对整个计算结果的影响是不大的。

到目前为止，关于考虑弹性模量随深度变化的双层地基的计算，精确的解析方法还解决不了，只能解出弹性模量为常数的问题，这里用有限元法作的圆形基础在垂直均布荷重作用下的数值计算，属于近似方法。

有关冻土的扩散角问题，在计算两层交接面上的压应力时，有时利用压力扩散角法来近似计算。

这种扩散的角度是以对比试验为基础而提出的，就是先在冻前的该地基上做载荷试验，然后当冻结深度达到要求的某深度后，再做一次同样的载荷试验，求出破坏时的压力比值，再通过换算求出冻土层的压力扩散角，扩散角的大小与弹性特征参数E的比值有关，若比值小，扩散的角度也小，比值大，扩散的角度也大。

像哈尔滨这样冻深在2m左右的区域，大约在3月中旬以前（气温显著回升以前）冻土层中的土温沿深度的变化规律是:

越向下温度越高，也就是说，冻层越薄的平均弹性模量越小，冻深越大的平均弹性模量也越大，因此，弹性模量的比值是一个变数。

求冻土层压力扩散角的原位载荷试验，尚未见做过。

另外，土的冻胀应力不但随不同的冻胀等级而变，即使同一条件下还是冻结深度的函数，所以将冻胀应力看成一个固定的常数也不妥当。

有关法向冻胀应力与面积关系的问题。

土的垂直冻胀应力是在既定条件下在冻结过程中表现出来的一种力学性质，它与基础的面积毫无关系，受到影响的只是地基中的应力状态。

由于地基中的应力状态不同，使基底的接触冻胀应力也不同。

冻结界面上的应力状态与面积的关系见图9.8，即为冻结界面中对称轴线上点的应力系数（基础的单位均布荷载引起的内应力）与基础尺寸的关系。

其中，αd为应力系数;D为基础直径;h1/r为冻土层厚度与基础半径之比;h1为冻土层的厚度。

从图9.8a可见，当冻层厚度一定时，应力系数随着基础直径的增大而加大，但当基础直径一定时，则曲线的斜率随冻层的减薄越来越大，这些曲线有两个渐近线，即当面积为元限大时（足够大），应力系数αd=1，当面积足够小时，应力系数αd:

=:

:

:

:

:

O。

而中间存在一个反弯点，如图9.8b所示的曲线，其中冻层厚度问>h2>h1，冻层的厚度越大，曲线越平缓，反弯点出现的越迟。

应力系数αd与h/r有如图9.8c曲线所示的统计规律性。

应力系数的大小，不仅与基础尺寸有关，冻层厚薄的影响也很大。

对直径为30cm和50cm圆形基础板分别在冻前及不同的冻层厚度中进行计算的结果列于表9.3中，同时给出了冻前单层的应力系数与双层冻结界面上的应力系数。

直径50cm的基础在25cm的深度上，应力系数为0.6656，但地基土冻结膨胀形成双层地基后，在同一点上，应力系数由原来的0.6656减少为0.3313，降低了50%;在50cm深度处，冻结前后应力系数的变化由0.2835减少到0.0770，降低了近73%地基中在持力层范围内，冻后的应力系数要比冻前的小很多，应力减小过程即相当于卸荷现象，相应地产生回弹变形，而基础有上抬现象，这种上抬与基土的冻胀上抬是有本质区别的。

对冻胀性土中的工业与民用建（构）筑物的基础，一般是不存在对下卧层压缩的。

现仍以50cm的基础为例，当冻土厚度为25cm时，应力减小了一半，不但不会出现压缩反而有回弹上升，如果说建筑物的整体性较好，该基础的冻胀属局部性不均匀冻胀，当冻胀力超过上部荷载后，随着冻胀变形的出现，在建筑物中引起内力重分布，使该基础的荷载变大，但是当冻胀力加大到原荷载的2倍时，界面上的压应力才刚好与冻前一样，没有任何变形。

对一般刚度和强度不是特别好的建筑物，这时也差不多该出裂缝了。

当冻土厚度发展到50cm时，冻胀合力比基础原有荷载大4倍，冻结界面上的压力才与冻前相当，冻土厚度继续发展，需有更大的冻胀力才能使冻结界面上的压力与冻前相等。

因此，在冻结膨胀过程中不大可能对其下伏未冻土进行压缩。

利用双层地基的计算结果，可以求出地基中冻结界面上的垂直冻胀应力。

由于在哈尔滨现有冻土站的试验基础都是方形的，而本文所用计算程序是圆形的，为了介绍和说明用双层地基计算解决法向冻胀力问题的方法，现以Penner的1970年的试验结果为例，各有关数据是从图上量得的，试验曲线修正后，经过单位转换绘在图9.9中。

这是加拿大学者Penner所做的试验:

圆形基础板的直径为30.5cm，最大冻深为85cm，最大冻胀量为5.6cm，冻胀率为6.5%，相当强冻胀性土，试验是用测力计法得出的。

基底接触冻胀应力的实测结果见图9.9曲线2及表9.4，根据直径为30cm圆形基础双层地基计算，冻结界面上的应力系数与该瞬时基底接触冻胀应力乘积，即为该地基在冻胀过程中该冻结深度处的垂直冻胀应力，其沿深度的分布见表9.4及图9.10，由图可见，土中的冻胀应力沿深度的分布与冻胀率的分布规律基本一致。

土的冻胀应力数值是法向冻胀力计算的基本数据，这个数无法计算，是通过试验提供但由于计算的配合可简化试验步骤

在其他条件不变的情况下，利用上述冻胀应力数据可以推算出任何尺寸基础所受到的冻胀力大小。

例如求直径50cm的基础上所受的接触冻胀力大小（见图9.9的曲线3及表9.5），用应力系数去除土的冻胀应力即可求得基底的接触冻胀应力，接触冻胀应力乘以基础面积得出冻胀总力。

刘鸿绪等的研究工作表明，土的冻胀应力与士的冻胀率及冻深有密切的函数关系，为方便查阅，他们绘制了如图9.11土的平均冻胀率与冻胀应力关系曲线。

本曲线簇是根据哈尔滨地区标准冻深HfO=189cm得到的，在其他不同冻深的地区进行修正即可应用。

三切向冻胀力

1.冻拔桩的受力情况

在讨论切向冻胀力问题时，有必要首先研究分析建筑物基础，特别是桩基在土中的受力情况。

刘鸿绪（1990a.b）提出，1980年我国的工业与民用建筑灌注桩设计规程中规定，验算基础受切向冻胀力的抗拔稳定性时，冻结线之下的不冻土中的摩阻力要乘上一个降低系数À=0.4~0.701978年我国的林区公路工程设计规程也有相同规定，几乎所有兄弟单位的论文也执行此项规定，因此桩基的抗冻拔锚固力减少了近半。

刘鸿绪赞同盛洪飞于1982年提出的意见，即在季节冻结层之下的抗冻拔稳定性验算与桩基础在均质土中的抗冻拔计算是两种受力性状，它实际上与受压的状态一样。

刘鸿绪指出，受拔桩的受力情况见图9.12b，地基土的受力情况见图9.12c，变形和破坏情况见图9.12d。

冻土地基却不然，其受力情扭见图9.13，桩身受力见图9.1元，地基受力中，当（N+:

G）>~r时为图9.13d，当（N+'，G）=~τ时为图9.13e，只有当（N+G）<~r<（N+G+~j）时，不冻土的摩阻力f才是向上的（如图9.13c）。

因阻力~j是被动的平衡[~r-（N+G）]的力，随[~r一（N+G）]而递增，达到极限值后不再增大，而N及G不为零，所以三f不会注~r，即冻土层所受到向下的压力永远大于向上的摩阻力。

1.现场试验测定

（1）试验测定装直

与图9.2土冻胀应力测试装置中的框架锚固系统一样，只是建筑基础一般埋深较大，切向冻胀力就作用在基础侧面。

若建筑物基础埋深在季节冻结活动层以内，则在基础底面至活动层一定深度内作垫层处理，使其基底不受垂直法向冻胀力作用，这样所测定的总力即为切向冻胀力，总力除以基础周边长度，即单宽切向冻胀力，又称相对切向冻胀力;总力除以基侧面积，即单位切向冻胀力。

（2）现场试验测定

应该说，进行测试的部门及地点很多，这里只举铁道部科学研究院西北研究所（丁靖康，1983b）及原中国科学院兰州冰川冻土研究所（童长江，1983）的观测结果，说明其发展过程与测定数值的范围，并列举俄国学者的部分现场测定结果。

铁道部科学研究院西北研究所于1974~1977年间在青藏高原多年冻土区风火山地区进行了试验观测，基础的材料有浆砌片石、木材、钢材、混凝土等，地基土有砂砾石、砾砂、蒙古砂土及砂蒙古土，在不同基础埋深下测定切向冻胀力。

A.试验观测区中土质、水分状态、冻胀情况（表9.6）

从各场地不同地基土类冻胀量沿深度分布的结果看。

蒙古性土地基表层冻胀最大，向深部迅速递减，至多年冻土上限处又略有增大，这是典型的多年冻土区蒙古性土内冻胀沿深度的分布特点。

其表层1I3~1I2活动层深度范围的冻胀量占90%左右，为其主冻胀带，而粗粒土冻胀沿深度分布比较均匀。

B.切向冻胀力的发生与发展

切向冻胀力的产生必须满足两个条件:

a.基础和地基土之间存在冻结力的作用;b.地基土在冻结过程中产生冻胀。

如果冻结力不存在，即使地基土出现强烈冻胀，作用于基础的切向冻胀力也是很小的。

如果地基土体元冻胀，即使冻结强度很大，同样也不会产生切向冻胀力的。

图9.14为切向冻胀力随冻结深度的增长过程线。

从图9.14可以看出:

切向冻胀力随冻深加大而增高，但是粗颗粒土和细颗粒土中的情况有所不同。

细颗粒士在冻结前期，切向冻胀力随冻结深度增加而增大，并达到最大值。

在冻结后期，随冻结深度进一步增加切向冻胀力却略有减小。

粗颗粒土的切向冻胀力发展与此不同，在整个冻结过程中，切向冻胀力均随冻深的增加而增大，并且主要在冻结后期发展，在冻深达最大时，切向冻胀力达最大值。

粗颗粒土和细颗粒土切向冻胀力的发展规律，是由它们冻结过程中的水分迁移特性决定的。

细颗粒土在冻结过程中，水分向冻结锋面迁移和聚集，在冻结锋面形成冰透镜体和冰夹层，体积剧烈膨胀，从而切向冻胀力在冻结前期发展很快。

而粗颗粒土冻结过程中，在重力作用下水分离开冻结锋面向深处迁移和聚集，从而在深部聚集了较多水分，这些水分直至冻结末期才完全冻结。

所以，粗颗粒土的切向冻胀力主要在冻结后期发展。

单位切向冻胀力的发展过程亦具有相似的特点。

对于细颗粒土，在冻结初期随冻深增加，单位切向力迅速增大，至某一深度后达最大值。

而后随冻深增加，单位切向冻

胀力减小。

粗颗粒土的单位切向冻胀力具有随冻深增加而增大的特点。

C.影响切向冻胀力的主要因素

影响切向冻胀力的主要因素有两种:

一种是影响地基土冻胀敏感性的因素;另一种是影响基础表面亲水程度和摩擦特性因素。

前者主要涉及地基土的粒度成分、含水量、温度等，后者主要与基础材料的性质和基础表面的粗糙程度有关。

从图9.14可以看出，切向冻胀力与地基土的粒度成分有着密切关系。

细颗粒土的冻胀敏感性大于粗颗粒土的，且细颗粒土的单位冻结力也大于粗颗粒土的，所以细颗粒土产生的切向冻胀力明显大于粗颗粒土的切向冻胀力。

含水量对切向冻胀力的影响如图9.15所示。

从图9.15可以看出，含水量增加，切向冻胀力增大。

这是由于含水量增加，基础与土颗粒之间的冰胶结增加，冻结强度增大，且冻胀量增大，所以切向冻胀力增大。

基础材料对切向冻胀力的影响如图9.16所示。

从图9.16可以看出:

在四种材料中，钢材单位切向冻胀力最大，最小者为混凝土。

如果以混凝土的单位切向冻胀力为1，则钢材的单位切向冻胀力为1.66