[发明专利]一种用于冻土区域的冻融灾害防治结构及方法

说明书

本发明提出了一种用于冻土区域的冻融灾害防治结构，包括在冻土区域开挖的沟槽以及在沟槽中形成的墙体，所述沟槽包括相互间隔排列的多个横向沟槽和纵向沟槽，所述多个横向沟槽和纵向沟槽垂直相交形成棋盘状。本发明通过在棋盘状的沟槽中形成墙体，将冻土区域分隔成了相互孤立的孤岛结构，墙体伸入到永久冻土的冰线下方，当区域内发生局部冻融变化的时候，临近区域的水分由于位于冰线上方，无法从墙体下方进入冻融区域，从而可以防止冻融灾害跨越墙体扩展到临近区域。而冻融区域由于缺少地下水的补充，整体体积变化的程度受到限制，造成大范围垮塌形成沼泽和湖泊的概率大大降低，达到了对冻融灾害进行防治的效果。

技术领域

本发明涉及地质灾害防治相关的技术，尤其涉及一种用于冻土区域的冻融灾害防治结构及方法。

背景技术

冻土一般是指温度在零度或以下且含冰的各种岩土和土壤。冻土通常由固相矿物颗粒、固相冰、液相未冻水和空气组成。我国冻土地区集中在青藏高原、新疆和东北大小兴安岭地区。研究表明我国冻土面积近年来存在退化幅度增大和冻土厚度变薄的趋势。

冻融灾害是冻土层由于温度变化而产生冻胀和融沉的地质破坏现象。当温度降低，土体中的水结冰，引起冻土体积增大，导致地表出现变形，是为冻胀。冻胀的原因包括土中原有的水结冰体积膨胀；同时也包括土冻结过程中未冻结土中的水迁移并向冻结面富集，水与土形成冰透镜体或冻夹层，使体积膨胀。当温度升高，冻土中的冰融化变成水，体积缩小，因而导致土体出现沉降，是为融沉。

随着温度循环变化发生连续冻融，土体因为冻胀使临近区域的水富集到冻胀区域，导致当前冻土体积进一步增大并产生新的损伤，临近区域的水的迁移导致当地含水层出现空洞。当土体中的冰融化时，冻胀严重区域的损伤无法恢复，土体的稳定性愈发破坏，而周边区域在冰融化过程中的体积缩小会使空洞进一步扩展。当冻融区域的土体稳定性破坏达到一定的程度，冻融区域会向临近区域扩展，逐渐引起更大区域的不稳定。随着全球温度的升高，大片多年冻土逐渐转变成季节性冻土，原先稳定的道路、建筑和生活区域逐渐由于冻融的循环破坏而扩展到难以使用的地步。

在江苏大学李正东的硕士论文《冻土与群桩基础相互作用实验研究》(2019年)中，介绍冻土的冻胀和融沉对冻土区域的建筑物造成很大的破坏，而利用桩基可以有效地将上部载荷传递到承重层，因而寒区工程多选用桩基作为基础。但是桩基只能解决当前载荷传递区域的稳定性，并不能防止冻融灾害向临近区域的扩展。在连续冻融影响下，冻融区域会逐步发展，大片冻融区域在夏季会形成局部塌陷形成湖泊和沼泽，即便建筑物的桩基部分保持稳定，但是周边区域已经无法通行，人类已经无法在这样的区域生存下去，完好的建筑设施也只能放弃。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于冻土区域的冻融灾害防治结构及方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于冻土区域的冻融灾害防治结构，包括在冻土区域开挖的沟槽以及在沟槽中形成的墙体，其中，所述沟槽包括相互间隔排列的多个横向沟槽和纵向沟槽，所述多个横向沟槽和纵向沟槽垂直相交形成棋盘状，所述墙体由包含如下组分的混合物料填充到所述沟槽中并固化而成：石英砂、硅酸镁、聚乙烯亚胺、2-氰基丙烯酸甲酯、四甲基四乙烯基环四硅氧烷以及三聚氰胺。

优选地，所述混合物料中包含的上述组分的含量分别为：石英砂1000-1500重量份，硅酸镁100-200重量份，聚乙烯亚胺50-100重量份；2-氰基丙烯酸甲酯30-60重量份，四甲基四乙烯基环四硅氧烷80-160重量份，三聚氰胺15-35重量份。

优选地，所述沟槽中间隔设置有多个开口朝上的U形管道，所述U形管道所在的平面垂直于所述沟槽的侧壁，多个所述U形管道相互之间通过沿所述沟槽的长度方向延伸的纵向管道连接成管道组。

优选地，所述管道组中，各个U形管道的上部焊接有加强网格，加强网格由多个金属杆焊接成网格状，并与U形管道的两个支臂焊接成一体。