膨胀土的工程特性胀缩性超固结裂隙.doc

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1、1、膨胀土的定义膨胀土是在自然地质过程中形成的一种具有多裂隙和显著胀缩特性的特殊性粘土。膨胀土是一种对于环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感的土，其反映是发生膨胀和收缩，产生膨胀压力。2、膨胀土的主要物理力学特征⑴粒度组成中，通常黏粒（d＜2μm）含量不大于30%.⑵粘土矿物成分中，伊利石和蒙脱石等亲水性矿物占主导地位。⑶土体湿度增高时，体积膨胀并形成膨胀压力；土体干燥失水时，体积收缩并形成收缩裂缝，反复的干缩湿胀，使土中的裂隙发育，不仅破坏土体的连续性和完整性，而且也形成了地表水浸入的通道，同时水的浸入又加速了土体的软化及裂隙生成。（裂隙性）⑷膨胀、收缩变形可随环境变化往复发生，导

2、致土的强度衰减。（强度衰减性）⑸多数属于液限大于50%的高液限土。⑹超固结性：膨胀土在沉积过程中，在重力作用下逐渐堆积，土体将随着堆积物的加厚而产生固结压密。由于自然环境的变化和地质作用的复杂性，土在自然界的沉积作用并不一定都处于持续的堆积加载过程，而是常常因地质作用而发生卸载作用。膨胀土在反复胀缩变形过程中，由于上部荷载（土层自重）和侧向约束作用，土体在膨胀压力作用下反复压密，土体表现出较强的超固结特性。这种超固结与通常的剥蚀作用产生的超固结机理完全不同，是膨胀土由于含水率变化引起的膨胀压力变化产生的，是膨胀土特有的性质。3、工程建设中的膨胀土问题⑴在天然状态下，膨胀土通常强度高，

3、压缩性低，在地面以下一定深度取样时难以发现宏观裂纹。但一旦在大气中暴露，含水率发生变化时，很快出现大大小小的裂纹，土体结构迅速崩解，透水性不断增加，强度迅速减小直至为零。膨胀土边坡在极缓的情况下发生滑动。“逢堑必滑，无堤不塌”。“晴天一把刀，雨天一团糟”、“天晴张大嘴，雨后吐黄水”是膨胀土强度特性和胀缩性规律的高度写照。⑵膨胀土素土作为堤坝回填土时，因其干密度与含水率关系非常密切，很难压实，压实质量难以控制。若碾压质量不好，在运行过程中，填土含水率增加时土体极易产生膨胀变形，含水率降低也会在土体中产生干缩裂隙，使土体渗透性变化，外界水分极易进入。1、河南省膨胀土分布及工程特性平顶山市

4、——焦枝铁路南阳盆地——南水北调中线引汉总干渠工程南阳盆地膨胀土特征：在南阳盆地的垄岗地带，膨胀土大面积出露地表，因其成分不同，岩性特征差异很大。2、膨胀土的胀缩机理膨胀土吸水后体积增大、失水后体积缩小的现象称为膨胀土的胀缩变形，这是膨胀土的最本质特性之一。吸水膨胀和失水收缩时黏性土的共性，只有当黏性土的胀缩性增大到一定程度，产生较大的膨胀压力或出现收缩裂缝，并足以危害建筑物的稳定与安全时，才独立出来称之为“膨胀土”。对土体胀缩机理的研究可以为膨胀土改良提供理论依据，用石灰及水泥等改良膨胀土就是以膨胀土的胀缩机理为理论依据的。有三种理论解析膨胀土产生胀缩变形的机理：⑴膨胀土的矿物学理

5、论：该理论从矿物晶格构造出发，认为膨胀土的膨胀取决于组成膨胀土的矿物成分及其结构，以及颗粒表面交换性阳离子成分。不同的矿物成分具有不同的晶格构造形式，这些型式决定着与极性水分子相结合的难易程度。交换性阳离子成分则取决于阳离子离子水化作用的强弱以及可交换容量的大小，直接影响着膨胀土的胀缩性。⑵膨胀土膨胀的物理化学理论：该理论认为膨胀土膨胀的主要原因是在膨胀土-水体系中，在水的作用下，膨胀土颗粒表面产生了复杂的物理化学作用，膨胀土的膨胀性质取决于膨胀土矿物表面结合水水层（或称双电层）的厚度，同时与溶液浓度、温度等因素密切相关。其中代表性理论有双电层理论和渗透理论。⑶膨胀土膨胀的物理力学理

6、论：该理论认为膨胀土的膨胀是在一定的外力作用下由膨胀土与水作用产生的物理力学效应引起的。当非饱和的膨胀土吸水后，土，土中孔隙水压力与有效应力发生了变化，毛细管势能和表面张力也发生了变化，并引起膨胀土颗粒的弹性效应，从而导致膨胀土体积增大。代表性的理论有：有效应力理论、毛细管理论、弹性理论、表面张力理论、热渗理论等。目前有关解释膨胀土的膨胀和收缩的理论较多，但还都不成熟。较早的理论有从从晶格构造提出的晶格扩张理论和以毛细管现象为依据的弹性理论。应用较普遍的有渗透理论、双电层理论和吸热理论等，其次还有热渗理论、表面张力和弹性弯曲理论。在这些理论中，比较符合实际的应该是晶格扩张理论和双电层

7、理论。晶格扩张理论：土体的膨胀是由于膨胀土中存在着膨胀的晶格构造，晶格之间以范德华力相互连接，水分子容易进入晶胞间形成水膜夹层，从而引起晶胞距离增大，导致土体体积膨胀。但晶格扩张理论仅仅局限于晶层间吸附结合水膜的楔入作用（蒙脱石类具有膨胀晶格结构），而没有考虑黏土颗粒和颗粒聚集体间吸附结合水的作用。事实上，黏土膨胀不仅发生在晶格内部的晶层之间，而且也发生在颗粒和颗粒之间以及聚集体和聚集体之间。双电层理论：黏粒表面带有一定量的负电荷，由于静电引力的作用，孔隙