土层冻结,其中水分向冻结锋面迁移,产生重分布并变成冰,使原土层体积增大,或使地面抬升的过程,称冻胀作用。
冻胀是造成各类建筑物冻害的主要原因。当地基土层冻结,体积膨胀,建筑物和外部荷载不能克服地基土层冻结的膨胀力时,基础便被抬起。由于各侧基础受力不同,建筑物就要产生裂缝、倾斜,严重者甚至倒塌。
与冻胀过程有联系的冰缘地貌形态有冰椎、冰丘(冻胀丘)、冻胀拔石、泥炭丘、冻胀草丘等。
冰丘(也称冻胀丘):冬天季节融化层,由上而下和由下而上冻结,因过水断面缩小,冻结层上水处于承压状态;同时,冻结过程中水向冻结面迁移而产生聚冰层。随冻结面向下发展,当冻结层上水的压力和冰层膨胀力大于上覆土层强度时,地表就发生隆起,便形成了冰丘。冻胀丘是我国多年冻土地区经常可以见到的一种冰缘地貌类型。它常出现于河漫滩、阶地后缘和山麓地带,以及地形转折地段,冻胀丘底部的直径由几米到几十米,高1~2米,有的可达3~5米。冻胀丘表面经常存在纵横交错的裂缝。开裂后往往有地下水溢出,这是地下水的压力得到释放,冻胀丘也就不再继续发展。冻胀丘按存在时间,可分为一年生和多年生。由冻结层上水补给水的,一般形成一年生冻胀丘;由深部冻结层下水补给的形成多年生冻胀丘。一年生冻胀丘,初冬开始隆起,待季节融化层回冻结束,冻胀丘发育成熟,隆起达到顶峰,春天以后逐渐消失,一年生冻胀丘在我国冻土区分布比较普遍,多年生冻胀丘也有出现。青藏公路62道班的冻胀丘,是多年生冻胀丘的典型代表,也是目前我国已知最大的冰丘。底部直径为40~50米,高达20米,似座小山。它高大罕见,在学术界享有盛名。
泥炭丘:形成机制与冻胀丘相似,不同的是,泥炭丘在形成过程中,水分对聚冰层补给不那么充分,因此泥炭丘冰层较薄而且分散,同时个体也没有冻胀丘那样高大宏伟。泥炭丘常出现在地表植被茂密的山间谷地、低洼地和扇间洼地等湖沼地带。
冰椎:在多年冻土地区,有时老远就可以看到银光闪闪的冰体,这就是冰椎。它的形状、大小变化很大,有的直径2~3米,有的呈现冰坡、冰幔延伸几十米乃至数百米,有时带有几个溢水口。冰椎在冰土地区分布非常普遍,它们常出现于河漫滩、阶地后缘、洪积扇前缘及山麓地带。原因是这些地段常有地下水出露。冬季融化层回冻,地下水压力增大,冲破上覆土层溢出地表,溢出口冰体逐渐增大升高,并呈锥形。溢水边流边冻,并沿原地下水流路延伸,这样就形成了冰椎。冰椎对各种建筑物危害很大。有时,由于路堑边坡截断地下水流,地下水从堑坡上流出,随流随冻,形成堑坡挂冰,甚至冰漫轨道,严重阻塞行车。有时,人们喜欢将房屋修在坡脚下。由于房屋基础切断地下水去路,冬天来临大地封冻,而房屋下因取暖而形成融化盘,致使斜坡地下水在此溢出,导致屋内地板冒水。人们说,这是“水上人家”。
1.冰丘(冻胀丘)
2.冰椎