由于土中形成冰夹层而使土面隆起的现象。水冻结成冰时，其体积增大约9%。在含水率不变的条件下，饱和土的孔隙体积相应增大，约为土总体积的2.5%～5%。各种土的起始冻胀含水率一般为塑限的80%左右。若土中水分低于起始冻胀含水率，土体不发生冻胀。而当水分源源不断地向冻结锋面迁移，并聚集成冰透镜体或冰夹层时，土层将发生强烈的冻胀隆起。

透镜状冰夹层示意图

1—冻结前含水率；2—冻结后含水率；3—冰结面；4—冰夹层；5—地下水位H—小于毛细管水上升高度

冻胀机理

有关水分迁移的机理，比较公认的假设是薄膜水迁移运动理论。孔隙水的冰点随孔的大小而异，小孔隙中冰点低，冻结温度低。在冻结面处，大孔隙中的水首先结冰，随后吸附邻近土粒周围的弱黏滞水冻结。该土颗粒由于水膜吸附减弱而失去了电分子引力的平衡，又从下部邻近土颗粒周围抽吸水分，把下部的水迁移到上部的大孔隙中，逐渐冻结并形成冰夹层。当冻结速率大时，冻结深度发展快，水分迁移速度相对缓慢，则冻胀小。只有在某一适宜的温度梯度下，即自冻结面散发出的热量恰好等于迁移水转变为0℃时的相变潜热，且冰冻区底部位于毛细水上升区内时，才使地下水连续不断向冻结面迁移形成冰晶，并逐渐聚集成透镜状冰夹层（见图），此时冻结深度发展缓慢。一般粉粒含量较高的土，常有网状小孔，透水性也较低，有利于水分迁移，其冻胀量最为显着。粗颗粒土孔隙大，渗透性大，因土层冰冻将增大孔隙水的体积，水分被挤排出，故不产生土层的冻胀。透水性很低的黏土，水分迁移受到限制，水晶体发展也受到限制，其冻胀量亦小。此外，外部荷载、土的密度、渗透系数和土中水的化学成分，均对土层的冻胀产生影响。

冻胀量试验

土的冻胀量试验是判定土冻结敏感性的重要方法。一般取下部有水源补给的土样，采用单向稳定冻结方法，并分层测定其冻胀变形。如英国在公路工程中用易冻性试验，以直径100 mm、高100 mm的击实土样，周围温度为-17℃，试样底与4℃水接触，每日记录试样冻结量，历时250 h。按冻胀量将土的易冻性分为3等（见表）。

土的易冻性分类表

有的国家则各有其不同的仪器规格、温度和水位的控制和对试验结果的判断方法。由于影响土的冻结的因素如土的结构状态、现场冻融情况、地下水模拟和控制比较复杂，用室内试验尚难以准确测定土的冻胀量。用现场测定方法则比较简易而直观，故为一些工程单位所采用，水电部曾就土的冻胀现场测定在其编制的土工试验规程中提出了参考性的试验方法。

土的冻胀给寒冷地区的工程建筑带来危害。当土的自由冻胀受到工程基础的约束时，就会产生冻胀力。一般按基础对地基的约束形式，将冻胀力分为3种类型：①切向冻胀力，沿着基础侧表面向上作用的冻胀力。②法向冻胀力，作用在基础底面且垂直于底面的冻胀力。③基侧水平冻胀力，作用在基础侧表面沿水平方向的冻胀力。上述3种冻胀力，经常使桩基冻拔、板基断裂、墙体倾斜倒伏。因此，寒冷地区设计建筑物基础时，必须把冻胀力作为一项重要荷载，验算工程的抗冻稳定性。另外，冻土的融沉同样会给建筑物带来损坏，尤其是边坡塌滑、道路翻浆和各类建筑物的裂缝变形。冻胀和融沉是建筑物遭受冻害的主要原因，故在冻土地区勘测试验时，常进行下列力学性试验：①冻结强度试验，基土与基础侧表面间的抗剪强度试验。②切向冻胀力原位试验，作用于基础侧表面的上抬力测定试验。③冻土融化压缩试验，冻土融化后所产生的压缩变形，以融化压缩系数a表示。④冻土抗剪强度试验，土在外力作用下抗剪的极限强度试验。

土的冻胀防护

为防止土体发生冻胀对建筑物造成的危害而采用的保护措施。其原则是：①消除或减轻冻胀。②改变结构型式以适应冻胀变形或防止冻胀危害。防护方法主要有换填法、保温法、隔水排水法、化学处理法和结构措施法等。

换填法

将易冻土挖除，换填非冻胀性土，如净砾石（GW·Gp）及净砂（SW·Sp）。采用换填法时，应根据建筑物和地基土的特点，确定合理的换填深度和粗颗粒土的纯净度与保护层，并做好换填层的排水。

保温法

在结构物基础底面或周围设置保温层，增大热阻，从而消除或削减地基土的冻胀。采用保温法时，应根据基础所处的边界条件，适当选用泡沫混凝土、玻璃纤维和聚苯乙烯泡沫等材料作为保温层。在某些特定条件下，如小型农田365bet中国大陆网址_365bet官网的微博_正规365彩票平台app下载工程亦可采用水、土、冰雪、杂草、炉渣，甚至马粪等作为保温材料。

隔水排水法

水是引起土冻胀的决定性因素，在选择道路或渠道线路时，宜取地势高而地下水水位低的位置，或用高填方并加强排水等措施，切断与隔离地基土冻结时的水源补给。如在最高地下水位与冻结面间夹一层砾石，以切断毛细水上升；或用土工膜防止地下水向上迁移。

化学处理法

采用化学的方法降低水的冰点或削减水分迁移速度。常用盐渍化法、憎水材料法和聚合剂法，采用这一方法时，应注意观察其有效时间。

结构措施法

改变基础的结构型式，以消除或抵抗冻胀力的破坏作用。如斜面基础、允许冻胀变形基础、扩大式自锚基础和深基础等。

在多年冻土地区进行工程建设时，首先应尽量保持原有的自然环境。在进行基础工程设计时，应选用架空通风结构或保温散热措施，以维持多年冻土地基处于冻结状态，从而保证建筑物安全。