遂寧地區中強膨脹土的試驗研究

【摘 要】對遂寧地區的原狀膨脹土進行了物理性質試驗、力學性質試驗、水理性質試驗和特殊性質試驗的試驗研究，確定了該地區膨脹土的各項性能指標，以作日后對膨脹土的辨別和分類，并為工程施工提供原始的數據資料和參考依據。

【關鍵詞】遂寧地區；膨脹土；試驗研究

1 前言

膨脹土一直是困擾巖土工程界的重大工程問題。膨脹土遇水膨脹、失水收縮的變形特性及其邊坡浸水強度衰減特性在膨脹土地區的工業民用建筑、水利、鐵道、公路等工程建設和工程運營中起到極大的破壞作用。由于膨脹土存在著干縮濕漲、崩解性、多裂隙性、易風化性等特征，為了在公路路堤填筑中合理地利用這些不同脹縮等級的膨脹土，并為膨脹土的應用和加固提供技術支持，并為高速公路膨脹土的工程性質進行分析和研究。

2 膨脹土的組成與分布情況

膨脹土是指黏粒成分主要由強親水性礦物組成的，液限大于40%且脹縮性能較大的黏性土。主要由次生黏土礦物—蒙脫石和伊利石組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性。富含CaΟ顆粒（疆石結核）。

遂寧膨脹土，從西部到東，地勢呈階梯狀，由西北向東南傾斜，地面標高在110—270m 之間。根據地貌形態特征和成因類型將分布走廊帶范圍內劃分為剝蝕崗地區和堆積平原區兩個地貌單元。剝蝕崗地區地貌單元沿西到東均有零星分布，地面標高160～250M，崗地走向近南北，崗頂平緩略有起伏，沿崗坡“V”型沖溝發育，地表多被棕紅色坡洪積地層覆蓋;堆積平原區主要分布在的中、東部，為遂寧盆地的邊緣地帶，地面標高一般在140～180M之間，根據成因類型，可劃分為沖洪積傾斜平原和沖積帶狀平原兩個亞區。前者地面標高140～180m，縱坡降2.0％～2.5％，分布于壟崗以外的地區；后者地面標高130m左右，分布于各主要河流兩側呈帶狀展布。

2.1 膨脹土分類與以下因素有關

含水率：土體的含水量決定吸水量的大小，在膨脹范圍內，膨脹率與含水量成正比，當含水量達到飽和時，吸水量最小，其膨脹變形漸趨穩定。膨脹土體的含水量隨季節變化而變化，也隨豐水年和枯水年的變化而變化。土體含水量的這種周期性的變化，導致土體周期性的膨脹和收縮。

埋藏深度：膨脹土體埋藏深度對脹縮幅度也起控制作用。研究表明，膨脹土的埋藏深度（非膨脹土覆蓋厚度）如果大于3m，則對膨脹土體的脹縮起緩沖作用。建筑物不致遭其破壞；如果小于3M，則建筑物可直接遭受土體脹縮力的破壞。

各力學參數：膨脹土的脹縮性除了受土體自身的黏土礦物成分及含量控制外，土體的基質吸力及含水量的變化也是重要因素。通過室內試驗測得遂寧膨脹土的部分物理力學參數[1，9]，遂寧膨脹土的黏土礦物成分。可看出遂寧膨脹土屬于中等強度膨脹性的黏土，黏土礦物主要有伊利石，其次是蒙脫石，還有少量的高嶺石、水云母和綠泥石等。

2.2 將土樣制成試件后對膨脹土進行如下實驗

2.2.1 用烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法檢測含水率，該試驗采用烘干法進行。

2.2.2 由于所取試樣含有大量疆石易破裂，且形狀不好控制，因此采用蠟封法測定試樣密度。

2.2.3 所謂膨脹率，是指試樣在有側限條件下浸水后的豎向膨脹量與試樣原高度之比。膨脹含水率是指土樣在膨脹穩定后的含水率。本試驗是以無荷載膨脹率試驗。

2.2.4 膨脹力是土體在吸水膨脹時產生的內應力。本試驗用于測定試樣在體積不變的情況下由于膨脹所產生的最大內應力，采用加荷平衡法。

2.2.5 自由膨脹率為松散的烘干土粒在水中和空氣中分別自由堆積的體積之差與在空氣中自由堆積的體積之比，以百分數表示，用以判定無結構力的松散土粒在水中的膨脹特性。

2.2.6 液、塑限聯合測定法根據圓錐儀的圓錐入土深度與其相應的含水率在雙對數坐標上具有線性關系的特性來進行的。錐下沉深度為10mm（或17mm）所對應的含水率即為液限，圓錐下沉深度為2mm所對應的含水率即為塑限。

2.2.7 該試驗采用變水頭滲透試驗，是指通過土樣的滲流在變化的水頭壓力影響下進行的滲透試驗。

2.2.8 直接剪切試驗就是直接對試樣進行剪切的試驗，是測定土的抗剪強度的一種方法，通常是4個試樣，在不同的垂直壓力P下施加水平剪切力，測得試樣破壞時的剪應力 ，根據庫侖定律確定土的抗剪強度參數內摩擦角 和黏聚力c。

2.2.9 包括地基土在外荷作用下，水和空氣逐漸被擠出，土的骨顆粒相互擠聚，因而引起土的固結，試驗目的是測定一般黏性土在側限條件下受荷時的穩定固結量及固結過程，繪制固結曲線，從而求出土的固結系數a和固結模量Es。

2.3 實驗成果

進行了一定數量的室內土工試驗，得到了膨脹土各項性能指標，結論如下：

2.3.1 從物理性能來看，該膨脹土屬高黏性細粒土，含水率一般在24％～29％之間，有的已經達到33%，含水率較大；密度在1.7g/cm3～1.9g/cm3之間；液限為48.7，塑限為27.2。因此這種土具有較大的收縮潛勢。

2.3.2 通過固結試驗（以壓力為100Kpa～200Kpa為例）和直剪試驗（見試驗部分），可以得到以下結論：

通過直剪試驗可以知道，膨脹土的抗剪強度較低，因此在工程建設中要考慮這方面的問題。

2.3.3 通過滲透試驗得知，該類膨脹土的滲透系數較大，可能有下面幾個方面的原因：一是土的粒度成分及礦物成分 ，該類膨脹土雖屬細粒黏性土。

2.3.4 另外膨脹率試驗、膨脹力試驗、自由膨脹率試驗和收縮試驗，可以得出：

（1）在土樣的天然含水率較大的情況下，土體的膨脹性不是很強，其膨脹率和膨脹力都較小。

（2）該類土的自由膨脹率較大，從最低54.3％，最高74.0%，屬中強膨脹土

（3）該土體的脹縮性非常強，其線縮率（es）由5.369%-8.021%，工程性質很差

參考文獻

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[2]陳希哲.土力學與地基基礎（第四版）[Ａ].北京：清華大學出版社，2004

[3]袁聚云.土工試驗與原理[Ａ].上海：同濟大學出版社，2003

[4]李健，孫英學.高等級公路工程中的膨脹土研究[J].水利水電科技進展，1998，2(1):41-44

[5]楊元明等.工程中土的流變特性及其應用[Ｍ].西安：西安地圖出版社，2006：1-122

作者簡介：

韓烈，男，1989-1-30，籍貫：湖北武漢黃陂，本科，研究方向：土木工程