冻融对土石坝的影响

Isabel Jantzer and Sven Knutsson
Department of Civil, Mining and Environmental Engineering
Luleå University of Technology

摘要：土石坝可以在不同的国家和不同气候带施工。当在寒冷地区施工时，冬季相当长，堤坝处于冻结状态。然而，土石坝的设计和施工通常不考虑这一点。堤坝中易受霜冻影响的河堤填料可能暴露在外受到霜冻影响，即冻结和融化。霜冻是形成冰晶体的原因，可以改变了水的含量，增加土壤体积。一经解冻,颗粒重新排列组合从而土壤结构通常会发生转变，这可能会导致结石运动，即膨胀或凝固。细粒土遭受冻融循环会带来部分区域剪切强度的降低,并且增加水的传导能力。

弱剪切带中，有可能发生内部侵蚀。这可能导致在大坝核心导致大管涌或其它严重的问题。因此寒冷地区的土石坝应考虑气候，温度分布和大坝核心孔隙压力的问题。

对位于瑞典北部的叙奥尔瓦水电坝的冻结现象进行了研究。对坝体内温度分布进行了计算，并与观测温度进行了比较。 上部坝堤已进行基坑试验。证实在弱剪切带水量较高，气温较低。弱剪切区中实际温度观测结果和计算结果对比表明大坝核心由于遭受冬季霜冻,引起了渗漏问题。对采用绝缘材料的功效进行了评估，表明通过应用绝缘体可大大降低霜冻深度，从而减轻大坝核心的霜冻问题。