结  论 26

致  谢 27

参 考 文 献 28

附录A  装药托盘图 31

附录B  挖掘刀具图 32

1  绪论

冻土指的是温度在零摄氏度以下，且含有冰的各种岩石及土壤。冻土的一大特点是它的性质极易受温度的影响，且土壤内部有液相存在，长期观测时冻土并不稳定，随时间发展其强度会降低流。下文依据任务要求对冻土相关性质与分布进行概述。

1.1 冻土主要特性概述

1.1.1  冻土主要特点

冻土内部是多相共存的，一般而言包含三种以上物相。例如固相（干土体）、冰晶体（低温下冻结的水）、液相（低温下仍未冻结的水体）等。如下图所示：

冻土的机械强度在土体处于冻结状态时极高, 此时冻土的抗压强度约为其抗拉强度的3倍左右。当冻土处于冻结时，冻土的强度极高，超过了其对应冰晶体和干土体的强度和。此时的冻土硬度甚至可以达到岩石或水泥的级别。主要原因是存在于土壤中的一部分水相转变成为冰相，冰晶体在形成的过程中增强了土壤内部之间的结合力，因而使得冻土的强度大大增强。但正因为冻土含有冰相和水相，因此具有流变性，其长期强度较低，施工后将会产生一系列问题。其原因主要可以归结于冻土中的液相，在土体受力或加载时冻土都会产生变形，随着载荷作用时间的增加，冻土的变形程度不断加重，导致土体结果的破坏。

除此以外，冻土的一项重要特征是融化沉降以及冻结膨胀现象。这是冻土独有的特性，将给冻土的力学性质、物理性质带来极大影响。冻胀现象指土体冻结时，其体积较之原来增大的现象。当土壤的温度低于零度时，土体中的水体凝固结冰，体积膨胀，使得冻土的体积相应增大。同时更主要的原因还有，冻土中未冻结的液态水会向在土体中移动，由未冻结部分向冻结了的区域移动，使得土体体积增加；而当温度升高冻土融化时，由于土体中的冰晶体融化，水分由土壤间排出，使得土体整体体积减小，同时使得整个土壤下降，该现象即融沉现象。融沉会给土壤上的建筑物带来许多危害，土体融化导致土壤强度降低，丧失承载其上建筑物的能力，使得地基或建筑的稳定性降低。

由于冻土的这些特征，在冻土区的施工工程构面临着与普通土体施工不同的挑战和危险，如冻结土体开挖困难，冻胀和融沉作用等。此外，随着气候变暖，冻土处在不断退化的过程中，其长期强度不断降低，可压缩性不断增强。

1.1.2  我国冻土分布情况

按地理位置区分可将我国冻土分布分为四块区域，即东北冻土区、西北冻土区、青藏高原冻土区、中部及中南部冻土区。

东北冻土区：

我国的东北冻土区是欧亚大陆冻土区的南部地带，区域内冻土分布具有明显的纬度地带性规律：纬度从高到低，多年冻土区域面积逐渐减少，冻土种类经由大片多年冻土退化为大片岛状多年冻土及至季节性冻土。其中季节性冻土的热力学状态较不稳定，对外界环境（温度、湿度等）因素变化较为敏感。东北冻土区的自然地理南界变化在北纬46°36'～49°24'，是以年均温0℃等值线为轴线摆动于0℃和±1℃等值线之间的一条线。

西北地区：

西北部高山高原地带，在一定的海拔高度以上（多年冻土分布下界）是山地多年冻土的分布区，同时区域内的冻土分布具有垂直（海拔高度）分带规律。区域内盆地地区冻土分布也有较大差异。准格尔盆地区域纬度较高，是为季节性冻土分布。塔里木盆地区域纬度较低，存在浅季节冻土（冻土层<1M）。

青藏高原地区：

青藏高原地区由于其海拔高度较高（4000米），主要冻土分布为高原不连续多年冻土。区域南部地区存在大片岛状多年冻土分布以及季节性冻土分布。青藏高原上山地区域为山地多年冻土区。青藏高原冻土区是世界中、低纬度地带海拔最高（平均4000 米以上）、面积最大（超过100 万平方公里）的冻土区，其分布范围北起昆仑山，南至喜马拉雅山，西抵国界，东缘至横断山脉西部、巴颜喀拉山和阿尼马卿山东南部。青藏高原地区地势西高东低，受年均温度和降水量的影响，冻土分布面积由北和西北向南和东南方向减少，种类也从多年性退化为季节性冻土。高原冻土最发育的地区在昆仑山至唐古拉山南区间。