其换算方法可用类比法求得，即。
[例]嫩林线林海至碧水间K3+300处（位于二带）为二级
阶地、地表长有塔头草，第一层土为泥炭，厚度h1=
1.lm，保温条件一般、求上限xx。
查表1一8，当保温条件为一般时，泥炭的上限Z=
0.65m，由于h1>z1，即n=1，因而公式
（1一4）中的项数n-1=0故Hmax=z，所以单一土上限表中泥炭z1=
0.65m即为所求的上限值。
本工点实际挖探到的上限为
0.7m。
[例]嫩林线春友工区附近天然地温观测孔，位于D带和皿带交界处，该处为洪积缓坡，地表有杂草及少量塔头草。
坡向阳。
地表0一
0.45m为泥炭，
0.45一
1.45m为黄色砂黏土，求上限xx。
笔者通过对过去勘探资料的验证计算，在419个实例中，各种土层组合，其误差在15%以内者占
69.2%一
87.2%，其中泥炭层下为砂黏土及泥炭层下为砂砾者分别达到
85.9%及
87.2%。
因此，认为公式
（1一4）是可以采用的。
5.融化百分率法
大量地温观测资料表明，通常每年4一5月地表开始融化，8一9月达到最大融化深度（上限）位置，其融（冻）深度逐月变化曲线如图1一4所示。
图1一14融（冻）深度逐月变化曲线示意图
图中的H是一年中最大融深（上限）值，在某个观测曲线中是相对不变的。
h是一年中任意时间的融深值，它随时间变化。
在分析统计中发现，当地表植被相同的情况下虽然土质条件不同各地温曲线中h/H的比值十分接近。
如h/H用百分率S表示，则可绘出不同植被条件下融化百分率S与时间的关系曲线如图1一15所示。
图1一15融化百分率与时m的关系曲线图图1一15中曲线①②③③是青藏线（末施工）土门试验场资料的平均
值;曲线0是大兴安岭嫩林线、牙林线各地温观测点资料的平均值。
值得一提的是，用大兴安岭地区地温资料点给出的融化百分率曲线为两条。
其中一条即图1一15中的曲线0，另一条曲线0与曲线0基本重合。
至于曲线0和曲线0（及曲线0）不同主要是覆盖物不同造成的。
大兴安岭有两类不同的地表覆盖物，第一类是保温条件好的，如塔头草、苔薛、泥炭层等，其融化速率为图1一15中的曲线0。
第二类是地表无植被或泥炭层薄与青藏线相似，故融化百分率曲0非常接近曲线0以致基本重合。
综上所述，可知当气候条件相似、地表保温条件类同时，即使
·33·m，而南墙脚下钻探出人为最大季节冻深1·3m，这是由于房屋朝向与室内采暖所致。
因此，建筑规范中规定外墙各部位的设计最大冻深应按标准冻深乘以相应的影响系数来确定。
（3）嫩林线K194+680处1一1·25m圆管路基填土高Zm。
圆管修建前天然季节最大冻深为2·4m，建涵后人口（阴面）最大季节冻深2·7m;涵洞出口（阳面）最大季节冻深为2·2m，其出人口冻深比为2·2龙·7二0·81。
另据劲涛冻土试验站院内高Zm路堤坡脚处，阴面和阳面的地面实测冻结指数比为2640·8度日/3164·5度日二0·835。
以上冻深比与冻结指数比均在0·8左右，这说明涵洞出人口受朝向影响也很明显。
因此，涵洞出人口的设计冻深也应用标准冻深乘以影响系数来确定。
以上桥、房、涵三种有代表性建筑物的冻深调查表明，季节最大冻深的影响因素很多。
在确定最大季节冻深时，对任何建筑物都应用标准冻深的方法来计算。
（三）标准冻结深度的确定
标准冻深是指观测场为无植被无雪盖的裸露地面上，测得的多年平均冻深值，称为标准冻结深度。
在大小兴安岭多年冻土地区确定标准冻结深度是有一定困难的，原因是本地区气象站设立较少，现有气象站的气象资料记录时间也短。
因而，用数理统计方法绘制某种频率的"标准冻结深度"等值线图基础资料还嫌不足。
为满足本地区工程勘察的需要，铁道部第三勘测设计院冻土队提出了如下的冻结深度经验公式:
h%""讥。
F。
式中Hm%一一最大季节冻结深度，m;
散zM一一冻结期内各月平均负气温绝对值总和，度·月;K一一各种土的经验系数。
黏性土K二O·055;砂卵石K二0·069;碎石夹土K二0·062;风化成砂状的岩石K二O·094;风化成碎石状的岩石K=0·100。
36
国内外确定季节最大冻结深度的公式很多，但各公式考虑的因素以及表达方式大同小异，这里不再一一介绍。
公式
（1一6）是东北大小兴安岭地区通过大量勘探资料经分析统计得出的。
公式中的经验系数反映了土质条件，实践证明是适用的。
（四）季节冻土层内水分的变化
多年冻土地区季节冻土层内水分的转移与非多年冻土地区有所不同。
对衔接的多年冻土而言，季节冻土层在冻结过程中，其地下水（多年冻土层上水）往往形成封闭系统，其水分转移是不充分的，其季节冻土层受双向影响，一部分地下水向上面冻结锋面转移，另一部分地下水则向下面多年冻土顶面（上限）转移，使季节冻土层内的含水量呈K形分布，因而，水分转移的结果使季节冻土层内的水分比非衔接多年冻土区及融区季节冻土层内的水分要少一些，所以冻胀量也要少一些。
对非衔接多年冻土而言，地下水的补给出衔接多年冻土要多一些，且季节冻土底板与多年冻土顶板之间的含水层在地面坡度较大时往往会产生承压水，有时甚至造成地面隆起现象，因而冻胀量比衔接多年冻土要大些。
勘测经验证明，在衔接多年冻土区、非衔接多年冻土区和融区的季节冻土层，其冻胀量一般以衔接多年冻土区力最小，融区力最大，非衔接多年冻土区的季节冻属其冻胀量居中。
此外，设计中应特别注意季节冻土层中含水量的变化，尤其黏性土，在冻胀期间当其地下水位（包括承压水）达到主冻胀带（最大冻深的70%）一半时，则选取冻切力指标时就应采取该土质的最大值。
第三节多年冻土地区的不良地质现象
多年冻土地区的不良地质现象对铁路工程会产生种种病害，正确了解多年冻土地区这些特殊地质现象的发生、发展、消亡的规律，对铁路工程建设有着重大的意义。
多年冻土地区之所以会形成不良地质现象，在于多年冻土地区不仅气候严寒，而且还有多年冻土层作为底板使地表水的下渗
·37·和多年冻土层上水的活动受到约束，这是多年冻土地区不良地质现象发生和存在的基本条件。
大小兴安岭常见的不良地质现象主要有冰丘、冰椎、地下冰和冻土沼泽等，下面一一分析。
一、冰丘、冰椎
（一）冰丘
在多年冻土地区的河滩、阶地、沼泽地及平缓山坡和山麓地带，常常会看到象坟丘一样的土包，大小不一，有的呈单个分布，有的象古墓群一样成串成片的分布，这些丘状的土包称为冰丘。
一般直径由数米大到1一2km，其高度可由几米至几十米。
当丘顶上长有树木时，树木就东倒西歪，形成所谓"醉林"。
冰丘在每年最冷月份（1一2月）开始隆起，在夏季融化消失，叫做季节性冰丘。
还有一种由冻结层下水补给而形成的多年生冰丘，其规模远比季节性冰丘为大而且终年存在，但这种冰丘并不常见。
还有一种冰丘当丘内承压水很大时可将冰丘鼓破爆炸喷水，形成爆炸性冰丘，这种冰丘在青藏高原较多，在大小兴安岭却很少见。
当冰丘被鼓破之后，地下水冲出地面边流边冻形成冰漫，此时就称为冰椎。
（二）冰椎
在多年冻土地区的山间洼地、河床、河漫滩、阶地及山麓洪积扇边缘地带，有时，我们老远就可看见一些洁白耀眼的冰体，这就是冰椎。
冰椎的大小、形态很多，有的冰椎直径仅1一2m，而有的可达1一2km，有的呈丘形、椭圆形，有的呈长条形和喇叭形，有的
单个分布，有的则成串分布形成冰椎群。
绝大部分冰椎是一年生
的，每年1一4月为冰椎的主要发展时期，4月下旬以后冰椎停止增
长，此时冰面上出现裂缝并逐步破碎直至消失。
按照水源补给条件，可将冰椎分为河冰椎和泉冰椎两种。
冰丘、冰椎虽然都是多年冻土地区特有的一种冰缘现象，但它·38·
们之间是有区别的。
冰丘只是地表冻胀隆起成丘状，而冰椎是冒水的，边流边冻形成冰漫。
当然冰丘被鼓破之后冒水也会形成冰惟，冰椎不一定地表都隆起，只要地下水冒出地面均可形成冰椎。
（三）冰丘、冰椎产生的原因
在多年冻土地区冬季表层土由上而下冻结时，使多年冻土层顶部与季节冻层底部的过水断面逐渐减少，促使地下水承压，同时在冻结过程中水向冻结面转移，形成地下冰层。
因为水冻成冰体积增大，产生很大的膨胀力，随着冻结深度的增加，当冰层的膨胀力和水的压力增加到大于上覆土层的强度时，地表就发生隆起形成冰丘。
在冬季河水上层结冰以后，过水断面变小河水流动受阻而渐具承压性。
上部冰冻的越厚下部流水受压越甚。
当压力增加到一定程度时水就冲破上覆冰层外溢，边流边冻形成河冰椎。
同样道理地下水受承压水作用溢出地面就形成泉冰椎。
综上所述，冰丘、冰椎都是承压水造成的，因而在工程勘察申应特别注意容易产生承压水的地形条件，如地面由陡坡迸人缓坡地段，尤其上游为季节冻土下游为多年冻土（塔头草甸子）往往会出现冰丘、冰椎。
还有在工程施工中由于开挖取土、筑堤、开挖路堑、开凿隧道都会引起冰丘、冰椎的发生。
（四）冰丘、冰椎的主要危害
在多年冻土地区、冰丘、冰椎对铁路建筑物危害很多，常见的有以下凡种。
认由于冰丘的隆起可将低路堤一同抬起;靠近桥墩的冰丘可使桥墩产生倾斜。
z·对于那些较大的冰椎可造成冰漫路基;或堵塞桥孔，或使涵洞产生冰塞。
有时冰椎还能冲人房屋的地下室。
在工程施工中还可人为造成冰椎，如开挖路堑、筑堤取土、开凿隧道等，由于地下水的涌出造成许多人为冰椎，处理起来十分困难，危害较大。
如堑
内积冰、隧底积冰、衬砌挂冰，往往会侵入限界中断行车。
总之冰丘、冰椎对建筑物的危害是多种多样的。
关于上述危
·39·害的发生和整治，在以后各章中，还要结合具体工程实例详细介绍，这里不再一一例举。
二、地下冰
在多年冻土地区天然上限附近往往存在着一层冰，其厚度不一，由几厘米至几米。
这种层状冰多为地表水下渗转移到冻结锋面上逐渐形成的。
至于埋藏较深的地下冰，其成因在学术界尚有争议，总之这种地下冰的存在对工程影响很大，常见的地下冰有楔形冰和层状冰两种。
（一）楔形冰
由于地温的不均匀变化，导致多年冻土中发生上大下小的裂隙，裂隙中聚水后冻结形成楔形冰。
楔形冰多存在于泥炭或泥炭质淤泥冻层中，伊图星河曾有发现。
（二）层状冰（纯冰层）
厚几厘米至几米平行地面呈层状存在的冰层称为层状冰多存在于泥炭、黏土、砂黏土层中。
层状冰一般分布在河谷冲积阶地、洪积阶地上及山坡坡脚附近。
在大兴安岭多年冻土地区，西北部地下冰较东南部发育。
牙林线地下冰有延长达几百上千米者。
金林东站至牛耳河车站间长
约70余公里发现了整段地下冰。
牙林线根阿铁路大其拉哈车站至h奎车站间地下冰厚达1·Om;伊东车站至大其拉哈车站间地下冰厚达1·8m。
但在大小兴安岭地区尚未发现地下冰厚超过3·0m者。
对嫩林线劲涛车站地下冰地段低路堤的观测证明，多年冻土上限持续下降达5一8年之久，基底下沉、冻胀严重，养护困难，很
不安全。
因此，铁路不宜以低路堤方式穿越地下冰地段。
三、冻土沼泽
在大小兴安岭多年冻土地区，由于多年冻土广泛、降水集中、植被茂密、气温很低，地表水不易下渗，因而在沟谷洼地、河流阶
·40·
地、洪积阶地、缓山坡上以及分水岭址口处发育有许许多多的冻土沼泽。
沼泽则因所在泥炭厚薄、沼底土层性质等地质条件和沼泽位置的不同而类型不同。
（一）分水岭垃口或缓山坡上沼泽多分布在局部低洼处，泥炭薄，末腐朽至微腐朽，一般按前苏联奥尔都扬茨分类法多属于l类沼泽，其下为砂黏土夹碎石，含有冰层或偶见薄冰层。
（二）一级阶地上沼泽多分布在河岸一级阶地上，泥炭厚度儿分米至一米不等，微腐朽至已腐朽，偶见冰层，按前苏联奥尔都扬茨分类法多属于I类及D类沼泽，其下为卵石土或砂黏土。
（三）二级阶地或洪积阶地上沼泽多呈大面积分布，泥炭厚一米至数米，按前苏联奥尔都扬茨分类法属于「类及皿类沼泽，泥炭中埋藏不规则地下冰体或纯冰层，冰厚不一，其下为砂黏土夹半棱角状卵石或砂黏土。
（四）沟谷洼地里沼泽:
多分布在沟谷出口洼地里，泥炭厚达数米，含冰量大，以体积计可达40%一80%或含不规则冰体层厚达2一3m，按前苏联，奥尔都扬茨分类法属于皿类沼泽。
第四节冻土的物理力学性质
一、冻土的相成分
冻土是由矿物颗粒、固相水、液相水和气体四部分组成的。
其中水的相态变化决定着冻土的物理状态。
一般土在0一7C的温度区段内，液态水大部转变为固态水，相态变化渐缓直至消失。
不考虑冻土中水的相变过程就无法确定冻土的物理力学性质，因而必将造成极大的错误。
冻土中水的三个相变温度区段如表1一9所列。
原苏联极地工作者发现，在温度极低时，甚至在-40C时冻土中还有水蒸气存在。
许多测试表明在天然状态下任何负温度的冻土中总有一定数量的末冻水。
末冻水可分为束缚水和自由水两种。
束缚水又可分为强束缚水和弱束缚水，如图1一16所示。
·41·冻土中水的相变区段（C）表1一9
大量相变区段过渡相变区段翠塞磋辽砂0一0·2-0·2一一0，5亻氏于-0·5
粉土状砂黏土0-2
于-5·0
饱和Na覆盖黏土0-5
-10
非盐化之保罗xx黏土0-7
于@30
'""水@"。
""'缀4
使在-186C时也不会冻结成
冰。
弱束缚水在-0·1一
1·0C时则部分冻结，在-20
""m"""。
。
"""。
《""舒
自由水的冰点也稍低于OC。
冻土中固态水（即冰）往往
以冰包裹体、冰透镜体和冰夹
层等形态存在。
-2@-s亻氏-5--10低于-7--30低少劣亡丁
夕"（）
三二号、、"
一、
-xxxx、
;?
lLh，;电（b）挛强束缚水，
二、冻土的基本物理指标力弱柬搏水冻土的物理状态决定于土
中水的相变。
冻土的基本物理当束缚水自由水
指标与非冻土的区别就在于多二osm
了一个含冰量（确切地说冻土图1一16土粒和水相互作用示意图
中水包括冰与末冻水）。
如同"·土粒力土粒表面附近静电51力场3虽度
非冻土只要测出比重（G，）、天的变化。
图+圆%为水分子的双极构造。
然容量（Y）和天然含水量（W"）就可计算出其他物理指标一样，对冻土只要测得比重（G，）、天然容量
（7）、总含水量（W）和相对含冰量i，或比重（G，）、天然容量（/）、天然含水量（W"）和末冻水含量（WH）即可计算出其他各指标（参见表1一
10、表1一11）。
1·比重G，、天然容量Y和天然含水量W"
冻土的这三项指标与非冻土相似，不同之处只是冻土中水包括固相冰和液相末冻水，此处不再详述。
·42·
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