膨胀土的工程性质和改良措施

《高等土力学》

姓名：

学号：

学院：环境与土木工程学院

题目：膨胀土的工程性质和改良措施

2016年1月

目录

1.膨胀土概念期判别 ...................................................... ２1.1膨胀土概念......................................................... ２

1.2膨胀土的分类方法................................................... ２

2.膨胀土的强度特征及影响因素 ............................................ ３2.1膨胀土的强度特征................................................... ３

2.2膨胀土的强度的影响因素............................................. ４

3.膨胀土的变形特征 ...................................................... ４3.1无荷载作用下变形特征............................................... ４3.2有荷载作用下变形特征............................................... ５3.3干湿循环作用下变形特征............................................. ５

3.4有荷载干湿循环作用下变形特征....................................... ５

4.膨胀土工程的影响及防治措施 ............................................ ６4.1膨胀土边坡稳定性................................................... ６4.2膨胀土路基稳定性................................................... ７

4.3膨胀土路基处理方法................................................. ７

5.膨胀土改良技术 ........................................................ ８5.1物理改良方法改良膨胀土............................................. ８5.2化学改良方法改良膨胀土............................................. ８5.3生物方法改良膨胀土................................................. ９5.4固体废弃物改良膨胀土............................................... ９参考文献.............................................................. １０

1.膨胀土概念期判别

1.1膨胀土概念

膨胀土是一种富含亲水性粘土的矿物（主要为蒙脱石和伊利石等），并且随含水量增减，体积发生显著胀缩变形的高塑性粘土。膨胀土不同于一般黏性土，它是一类具有超固结性、裂隙性和胀缩性的非饱和土，由于对气象变化特别敏感，常常引发路面开裂、隆起或沉陷，路堤和路堑滑塌、边坡失稳等工程病害。

1.2膨胀土的分类方法

目前膨胀土分类方法有以下几种：

（1）规范判别分类法。国家标准“膨胀土地区建筑技术规范”（GBJ112-87）提出了按膨胀土的工程地质特征进行初判，再按自由膨胀率大小划分膨胀土的膨胀潜势方法。

（2）最大胀缩性指标分类法。柯尊敬教授主张按最大胀缩性指标进行分类，他认为：一个适合的胀缩性评价指标必须全面反映土的粒度组成和矿物成分，以及宏观与微观结构特征的影响，同时能消除土的温度和密度状态的影响，即不随土湿度和密度状态的变化而变化，而且还要适应胀缩土各向异性的特点。因此，推荐用直接指标，即最大线缩率δsv′，最大体缩率δv′，最大膨胀率δep′等作为分类指标，并提出了相应的分类标准。

（3）塑性图判别与分类法。塑性图系由 A.卡萨格兰首先提出，后来李生林教授作了深入的研究，它是以塑性指数为纵轴，以液限为横轴的直角坐标。根据塑性图联合使用塑性指数与液限来判别膨胀土，不仅能反映直接影响胀缩性能的物质组成成分，而且能在一定程度上反映控制形成胀缩性能的浓差渗透吸附结合水的发育程度。

（4）多指标综合判别分类法。根据粘粒含量、液限与线胀缩率，以及比表面积与离子交换进行分类。这些指标对土的膨胀性和强度特性都有重要影响，特别是比表面积能反映土体的主要粘土矿物，比表面积增大，颗粒表面自由能亦增加，颗粒与介质溶液之间作用更强，使颗粒间水化膜厚度增大，从而降低了土体强度。

（5）多指标数学式判别与分类法。采用数学方法进行主因子分析与逐步回归分析，提出了综合指标数学式来进行判别与分类，有多元线性函数判别法、4 因子判别函数式、多变量数学统计法。有些学者提出采用多个指标，应用模糊数学和灰色理

论以及专家系统进行膨胀土胀缩等级判别。

（6）南非威廉姆斯（Williams）分类标准。南非威廉姆斯（Williams）提出联合使用

塑性指数及小于 2 µm 颗粒的成分含量作图对膨胀土进行判别分类，分为极高、高、中等、低等 4 级。

（7）风干含水量法。谭罗荣教授提出了风干含水量判别法，建立一种新的w f～w L膨胀土判别分类图。该方法离散性较大，实际应用中不易控制。

（8）《公路路基设计规范（JTGD30-2004）》分类。初步提出了按标准吸湿含水量和塑性指数进行判别和分类的方法。标准吸湿含水量是在标准温度（通常为 25 ℃）和标准相对湿度（通常为 60 %）下，膨胀土试样恒重后的含水量。标准吸湿含水量与比面积、阳离子交换量、蒙脱石含量之间存在近似线性的关系。标准吸湿含水量是近年刚提出的一项指标，它与比表面积、阳离子交换量、蒙脱石含量之间的相关的关系仅进行了室内人工配制土样试验和小范围的适用性验证，缺乏大范围的适用性验证，其作为膨胀土判别与分类的指标的适用性亟待探讨，其分级标准更需进行广泛的试验验证工作。

（9）《铁路工程特殊岩土勘察规程(TB10035-2002)》分类法。铁道部 2002 年制定的行业标准规定膨胀土的判别分为初判和详判。初判时，现场地貌、土的颜色、结构、土质以及自然地质现象符合膨胀土的现场宏观特征，且自由膨胀率F s≥40 %，液限≥40 %时，应判定为膨胀土。详判时，采用自由膨胀率、蒙脱石含量与阳离子交换量 3 项指标来判定。2.膨胀土的强度特征及影响因素

2.1膨胀土的强度特征

大量学者对膨胀土的强度规律进行了研究，发现膨胀土强度变化大致可以归为以下 3 类：

（1）含水率引起的非饱和膨胀土强度变化

缪林昌学者对非饱和膨胀土进行了试验研究，结果表明，含水率是影响非饱和膨胀土强度的关键因素，含水率越大，强度越低。许多实例表明，膨胀土坡往往在雨季发生破坏，这说明采用膨胀土的饱和强度尚不能保证膨胀土坡的稳定，而非饱和膨胀土的强度要远高于其饱和强度，用非饱和膨胀土强度进行设计与计算将是偏于危险的。

（2）膨胀土剪切破坏后的强度变化

土体在破坏之后仍具有保持残余变形和抵抗外部载荷的能力，称此时的强度为残余强度。考虑到采用膨胀土的饱和强度仍不能保证膨胀土坡的稳定，有学者指出，应采用膨胀土的残余强度。但超固结黏性土都存在残余强度，为何仅针对膨胀土坡采用残余强度，而其他黏性