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凍土成長 ◆凍結サイクル ◆凍土の強度 ◆温度依存性 ◆地中温度分布
凍上・沈下現象(砂質土) 凍上・沈下現象(粘性土)
a)地盤中に埋設された凍結管にブラインと呼ぶ冷却液を循環し、管の回りに年輪状に凍土を成長させます。
b)時間経過とともに、隣接する凍土柱と連結していきます。
c)壁状に成った凍土は、厚みを増やし耐力壁や止水壁となり
 安全、確実に土木工事を進める事ができます。
 
上の図をクリックすると、拡大図をご覧頂けます。    
冷却方式には、ブライン方式と液化ガス方式の2方式があり、
一般に土木工事の補助工法として用いられているのは、
右図のシステムで示される“ブライン方式”です。
ブラインとは塩化カルシウムの水溶液で、
冷凍機にて-30℃に冷却しても凍らない不凍液です。
    上の図をクリックすると、
  拡大図をご覧頂けます。
圧縮強度が0.03MPa程度の軟弱土も-10℃に凍結すると一躍4MPaと約130倍の強度をもつようになり、
構造部材として扱うことが可能になります。
凍土の設計基準強度については、弊社では室内試験結果に基づき設定しています。
凍土の設計基準強度
  粘性土 砂質土
圧縮強度 MPa 3.0 4.5
剪断強度 MPa 1.5 1.8
曲げ強度 MPa 1.8 2.7
(凍土温度−10℃、塩分濃度0%)
    一軸圧縮試験装置
凍土の強度は、圧縮・引張り・せん断ともに温度が
低くなるほど増加します。
また、同一温度では構成土粒子が大きくなるほど
強度も増加します。
    上の図をクリックすると、
  拡大図をご覧頂けます。
地中温度分布は、理論により求まります。凍結領域と未凍結領域では、
分布曲線が異なり、凍結領域ではほぼ直線に、未凍結領域では遠方で初期地盤温度に漸近する曲線となります。
したがって、施工においては、あるポイントの地中温度を測定すれば、
凍土面の位置を確認することができます。
凍上沈下現象(砂質土)
砂質土では凍結前、凍結後とも土粒子の構造はほとんど変化しないので、凍上沈下はほとんど起こりません。
1.凍結前 2.凍結進行時
 
単粒構造(粒子接触配置)
透水性大
  透水性が大きい為に膨張量分の間隔水が自由
に未凍結側へ排出されます。
3.解凍進行時   4.解凍後
 
体積収縮分の間隔水は未凍結領域より容易に
補給されます。
  凍結前の状態に戻ります。
凍上沈下現象(粘性土)
粘性土では凍上沈下は起こりますが、凍上対策を行えば影響は抑えられ、
また沈下についても強制解凍充填対策を行えば工期内に防止することが可能です。
1.凍結前 2.凍結進行時
 
蜂巣綿毛構造 透水性小
シルト粒子 粘土粒子
  コロイド粒子      
 

吸水作用が働き、凍結面の背面でアイスレン
ズを形成し、凍結面では膨張、未凍結域で
は脱水圧密現象が起きます。

3.解凍進行時   4.解凍後
 
間隔水、アイスレンズが解凍して解凍土全体
が収縮し、周囲未凍結地盤にゆるみが生じま
す。
  圧密土と遊離間隔水との混合体となり、逸水
すると容易に圧密を起こします(空隙充填す
ることにより収縮は抑えられます)。
   
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