地基基础处理技术第二章3膨胀岩土

第三节膨胀岩土

膨胀岩土是指岩土体中含有大量的亲水性粘土矿物成分，在环境湿度变化时有较大的体积变化，变形受约束时产生较大内应力的岩土。

一、膨胀岩土的判别及类型

(一) 膨胀岩土的工程地质特征

1．野外特征

(1) 地貌特征：多分布在二级及二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形坡度

平缓，无明显的自然陡坎。在流水作用下的水沟水渠，常易崩塌、滑动而淤塞。

(2)结构特征：膨胀岩土干时坚硬，遇水软化，在自然条件下多呈坚硬、硬塑状态，

结构致密，自由膨胀率一般大于40%，呈棱形土块者常具有胀缩性，棱形土块越

小，胀缩性越强。土内分布有裂隙，裂缝发育，方向不规则，常有光滑面和擦痕，

裂缝中常充填灰白、灰绿色粘土。膨胀岩土多为细腻的胶体颗粒组成，断口光滑，

土内常包含钙质结核和铁锰结核，呈零星分布，有时也富集成层。

(3) 地表特征：分布在沟谷头部、库岸和路堑边坡上的膨胀土常易出现浅层滑坡，

新开挖的路堑、边坡、基槽，旱季常出现剥落，雨季则出现表面滑塌。膨胀土分

布地区还有一个特点，即在旱季常出现地裂，长可达数十米至近百米，深数米，

雨季闭合。

(4) 地下水特征：膨胀土地区多为上层滞水或裂隙水，无统一水位，随着季节水位

变化，常引起地基的不均匀胀缩变形。

2．膨胀土的物理力学性质指标

我国有关地区膨胀土的物理力学性质指标列于表2-3-1。

膨胀土的物理力学性质指标表2-3-1

3．膨胀土胀缩变形的主要因素

（1）膨胀土的矿物成分主要是次生粘土矿物—蒙脱石(微晶高岭土)和伊利石(水云母)，具有较高的亲水性，当失水时土体即收缩，甚至出现干裂，遇水即膨胀隆起。因此，土中含有上述粘土矿物的多少直接决定土的膨胀性的大小。几种矿物的活动性能列于表2-3-2。

几种矿物的活动性 表2-3-2

(2) 膨胀土的化学成分则以SiO 2、Al 2O 3和Fe 2O 3为主，粘土粒的硅铝分子比

3

2322

O Fe O Al SiO 的比值愈小，胀缩量就小，反之则大。

(3) 粘粒含量愈高，吸水能力愈强，胀缩变形就大，因颗粒小，比表面积大，颗粒负电场与极性水分子间的吸引作用，或由于阳离子的水化作用等影响所致。 (4) 土的密度大，孔隙比就小，反之则孔隙比大，前者浸水膨胀强烈，失水收缩小，后者浸水膨胀小，失水收缩大。

(5) 膨胀土含水量变化，易产生胀缩变形，当初始含水量与胀后含水量愈接近、土的膨胀就小，收缩的可能性和收缩值就大，如二者差值愈大，土膨胀的可能性

及膨胀值就大，收缩就愈小。

(二)．膨胀岩土的工程地质分类

(1)根据膨胀土的成因和性质等将其分为四类，见表2-3-3：

膨胀土的工程性质类型表2-3-3

(2)膨胀岩的分类

膨胀岩可以参照表2-3-4分为典型的膨胀性软岩和一般的膨胀性软岩。

膨胀岩的分类表2-3-4

（三）．膨胀岩土的判别

膨胀岩土的判别，目前尚无统一的指标，大多采用综合判别法；可根据下列特征鉴别膨胀岩土：

(1) 已有建筑经验证明，当土中水分聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑

物产生强烈的膨胀压力而导致建筑物的破坏，土中水分减少时，土体收缩并可使岩土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。

(2) 膨胀岩土一般分布在二级及二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘。地形

特征在山地表现为低丘缓坡，在平原地带表现为地面龟裂、沟槽、无直立边坡。

(3) 膨胀岩土在风干时出现大量的微裂隙，具有光滑面挤压擦痕且有滑腻感。呈坚

硬、硬塑状态的岩土体易沿微裂隙面散裂，当其遇水时则软化。膨胀岩土一般呈灰白、灰绿、灰黄、棕红、褐黄等颜色。

(4) 膨胀岩土分布地区易发生浅层滑坡、地裂、新开挖的基槽及路堑边坡坍塌等不

良地质现象。

(5)膨胀岩土成分是以蒙脱石及伊利石为主的粘土矿物。

(6)地下洞室或隧道的衬砌、井巷支护等结构常产生垂直洞轴线的全断面径向张性

胀裂破坏现象。

根据实际经验，当土的自由膨胀率大于40%时，大多数可鉴别为膨胀岩土。

二、膨胀土地基上建筑物的变形

(一)胀缩引起建筑物变形的条件

使膨胀土产生胀缩，造成建筑物变形的条件有下列几种情况：

1. 建筑物本身的条件：当建筑物荷载较小，基础埋置较浅，建筑物刚度较弱时，胀缩

易引起建筑物的变形；

2. 气候条件：当日照通风条件好，温差幅度大，在气候突变的年份时，胀缩易引起建

筑物的变形；

3. 地基条件：当土层分布不均匀、地下水位低时，在挖方时，胀缩易引起建筑物的变

形；

4. 地形地物条件：当建筑物附近有树林、草地、耕地浇水时，或建筑物位于高爽地段、

陡砍斜坡时，膨胀土的胀缩易引起建筑物的变形；

5. 生产设施条件：当干湿设施差别大，在高温车间或湿润车间时，胀缩易引起建筑物

的变形。

(二) 建筑物变形的特征

膨胀土地基受季节性气候影响产生胀缩变形，使建筑物上下反复升降，造成开裂破坏。

一般情况下建筑物变形有下列特征：

l．建筑物建成后三、五年才出现裂缝，甚至一、二十年才开裂，也有少数未竣工就开裂。房屋开裂往往是地区性成群出现，特别是气候强烈变化之后，(如长期干旱等)更是如此。开裂以低层民用建筑较为严重。裂缝随季节性气候变化而变化(因土层含水量随季节性变化)，旱时张开，雨时闭合。

2．在相似地质条件下，同一地区的建筑物，其变形幅度是随基底压力和基础埋深的增加而减小。同一建筑物外墙的升降幅度一般大于内墙，且以角端最为敏感。

3．建筑物裂缝具有其特殊性，如：

(1)角端斜向裂缝：常表现为山墙上的对称或不对称的倒八字形裂缝，

伴随有一定的水平位移或转动；

(2)纵墙的水平裂缝：一般在窗台下与勒脚下出现较多，同时伴有墙体外倾、外鼓、基

础外转和内外墙脱开，以及内横墙出现倒八字裂缝或竖向裂缝；

(3)竖向裂缝：一般出现在墙的中部，上宽下窄；

(4)独立砖柱的水平断裂，并伴随水平位移和转动；

(5)地坪隆起，多出现纵长裂缝，有时出现网格状裂缝；

(6)当地裂通过房屋时，在地裂处墙上产生竖向或斜向裂缝。

另外，膨胀土边坡很不稳定，易产生浅层滑坡，引起房屋和构筑物开裂破坏，设汁施工时应先治坡后治基，防止滑坡发生。

4．特殊条件下加速建筑物的变形：

(1)特殊气候(例如大旱和久旱后频雨)下的建筑物的变形幅度大于常年气候下的变形幅

度，而且常造成建筑物的损坏。

(2)临近坡肩和处于冲沟尾部的建筑物：由于差异变形大，容易产生开裂和损坏。

(3)当建筑物内、外有局部水源补给时，往往增大胀缩差异变形。

(4)炎热或较干旱地区(如云南、广西的一些地区)建筑物周围的阔叶树(特别是常年不落

叶的桉树)，对建筑物的胀缩变形影响很大，尤其是在早年能造成较大的不利影响。

5．丘岗地带地质条件十分复杂，兼之膨胀士主体中裂隙发育，除胀缩变形外，在邻近临空面地段还有可能出现局部剪切变形，表现为轻型房屋的长期下沉、错落以及产生浅层滑移等现象。

三、膨胀土的地基评价

(一) 膨胀土场地的分类

按场地的地形地貌条件，可将膨胀土建筑场地分为两类：

1．平坦场地：地形坡度小于50，且同一建筑物范围内局部高差不超过1m或地形坡度大于50小于140，与坡肩水平距离大于10m的坡顶地带。

2．坡地场地：不符合以上条件的均为坡地场地。

(二) 膨胀潜势

膨胀土的膨胀潜势可按其自由膨胀率分为三类(表2-3-5)