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膨胀土工程特性及处理方法作者：王艳群来源：《山东工业技术》2013年第13期【摘要】膨胀土是一种特殊性岩土，具有吸水后体积增大、失水后体积缩小，胀缩变形变显特性。
对高速公路的工程建设及营运起到极大的破坏作用。
沈四高速公路桩号K693+500-K694+700存在膨胀土。
本文对膨胀土的工程特性、工程危害进行论述，并对膨胀土的治理方案提出了建议。
【关键词】高速公路；膨胀土；路基；处理方法1 膨胀土工程地质条件1.1 地形地貌膨胀土所在地貌区内地貌为微丘地貌为主，地形平缓，无明显自然陡坎。
膨胀土路段地面标高一般在88.50-116.80米。
1.2 水文、气象膨胀土区属半干旱，半湿润大陆性季风气候区，冬冷夏热，春秋两季多风。
最高气温36.6～37.6℃，最低气温-34.3～-36.7，年平均降水量600～700mm，年平均蒸发量1600～1800mm。
从11月中旬至翌年4月为冰冻期。
区内地下水主要分布在辽河支流河谷平原中。
大气降水入渗为主要补给方式，其次为河流入渗补给；排泄方式以地下水径流、河水排泄及人工开采排泄为主。
地下水类型为第四系松散堆积物孔隙水。
2 膨胀土工程特性2.1 判别和分类膨胀土地区进行工程建设，首先必须正确识别膨胀土和非膨胀土，并准确判断膨胀土膨胀时的强弱和工程性质特点，然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢，采取切实有效的方法进行处理。
以往的工程建设经验已经证明：膨胀土并不可怕，可怕的是对膨胀土判断失误，没有进行正确的处理而导致工程病害的发生。
对于膨胀土的判别和分类，有不同的方法。
如通过膨胀性矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石）的含量、膨胀土的液限和塑性指数、自由膨胀率等。
在高速公路中，广泛采用的是现场定性和室内定量指标相结合的方法，即工程地质特征及土的自由膨胀率、最大吸湿含水率、塑性指数指标综合判断。
膨胀土的初步判别根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标综合判定。
即：（1）裂隙发育，常有光滑面与擦痕，有点裂隙中充填灰白色、灰绿色粘土，在自然条件下呈硬塑状态；（2）多出露于二级或二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形平缓，无明显自然陡坎；（3）常见浅层滑坡、地裂、新开挖坑槽壁易发生坍塌等；（4）建筑物裂缝随气候而张开或闭合；（5）自由膨胀率大于或等于40%。
膨胀土工程特性及处理方法【摘要】膨胀土是一种特殊性岩土，具有吸水后体积增大、失水后体积缩小，胀缩变形变显特性。
对高速公路的工程建设及营运起到极大的破坏作用。
沈四高速公路桩号K693+500-K694+700存在膨胀土。
本文对膨胀土的工程特性、工程危害进行论述，并对膨胀土的治理方案提出了建议。
【关键词】高速公路；膨胀土；路基；处理方法1 膨胀土工程地质条件1.1 地形地貌膨胀土所在地貌区内地貌为微丘地貌为主，地形平缓，无明显自然陡坎。
膨胀土路段地面标高一般在88.50-116.80米。
1.2 水文、气象膨胀土区属半干旱，半湿润大陆性季风气候区，冬冷夏热，春秋两季多风。
最高气温36.6～37.6℃，最低气温-34.3～-36.7，年平均降水量600～700mm，年平均蒸发量1600～1800mm。
从11月中旬至翌年4月为冰冻期。
区内地下水主要分布在辽河支流河谷平原中。
大气降水入渗为主要补给方式，其次为河流入渗补给；排泄方式以地下水径流、河水排泄及人工开采排泄为主。
地下水类型为第四系松散堆积物孔隙水。
2 膨胀土工程特性2.1 判别和分类膨胀土地区进行工程建设，首先必须正确识别膨胀土和非膨胀土，并准确判断膨胀土膨胀时的强弱和工程性质特点，然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢，采取切实有效的方法进行处理。
以往的工程建设经验已经证明：膨胀土并不可怕，可怕的是对膨胀土判断失误，没有进行正确的处理而导致工程病害的发生。
对于膨胀土的判别和分类，有不同的方法。
如通过膨胀性矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石）的含量、膨胀土的液限和塑性指数、自由膨胀率等。
在高速公路中，广泛采用的是现场定性和室内定量指标相结合的方法，即工程地质特征及土的自由膨胀率、最大吸湿含水率、塑性指数指标综合判断。
膨胀土的初步判别根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标综合判定。
即：（1）裂隙发育，常有光滑面与擦痕，有点裂隙中充填灰白色、灰绿色粘土，在自然条件下呈硬塑状态；（2）多出露于二级或二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形平缓，无明显自然陡坎；（3）常见浅层滑坡、地裂、新开挖坑槽壁易发生坍塌等；（4）建筑物裂缝随气候而张开或闭合；（5）自由膨胀率大于或等于40%。
一、膨胀土及其工程性质膨胀土是颗粒高分散、成分以黏土矿物为主、对环境的湿热变化敏感的高塑性黏土。
它是一种吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特殊土，工程界常称之为灾害性土。
它的主要特征是：⑴粒度组成中粘粒(＜2μm)含量大于30%；⑵黏土矿物成分中，伊利石-蒙脱石等强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；⑷膨胀、收缩变形可随环境变化往复发生，导致土的强度衰减；⑸属液限大于40%的高塑性土；⑹属超固结性黏土。
膨胀土在世界范围内分布极广，遍及六大洲。
我国是膨胀土分布最广的国家之一，先后有20多个省区发现有膨胀土。
近地表的浅层膨胀土不仅裂隙特别发育，而且对气候变化特别敏感，是一种典型的非均匀三相介质。
土质干湿效应明显，吸水时，土体膨胀、软化，强度下降；失水后土体收缩，随之产生裂隙。
膨胀土的这种胀缩特性，当含水量变化时就会充分显示出来。
反复的胀缩导致了膨胀土土体的松散，并在其中形成许多不规则的裂隙，从而为膨胀土表面的进一步风化创造了条件。
裂隙的存在破坏了土体的整体性，降低了土体的强度，同时为雨水的侵入和土中水分的蒸发开启了方便之门，于是，天气的变化进一步导致了土中含水量的波动和胀缩现象的反复发生，这进一步导致了裂隙的扩展和向土层深部发展，使该部分土体的强度大为降低，形成风化层。
这种风化层的最大深度大致在气候的影响深度范围内，一般在1.5－2.0 m，最大深度可达4.0 m。
膨胀土的应力历史和广义应力历史决定了膨胀土具有超固结性，沉积的膨胀土在历史上往往经受过上部土层侵蚀的作用形成超固结土。
膨胀土由于卸荷作用也能引起土体裂隙的发展，边坡的开挖，对土体产生了卸荷作用，这种卸荷对土中存在隐蔽微裂隙的膨胀土来说，必然会促进裂隙的张开和扩展，尤其是在边坡底部的剪应力集中区域裂隙面的扩展更为严重，这些区域往往是滑动开始发生的部位。
卸荷裂隙的扩展与膨胀土的超固结特性密切相关。
膨胀性泥岩特性及膨胀岩隧道工程特定和应对措施分析发布时间：2022-01-20T03:21:33.022Z 来源：《防护工程》2021年30期作者：田松[导读] 根据近年来国内外学者围绕膨胀性泥岩工程地质特性取得的研究成果，对膨胀性泥岩及其工程应用多年来的研究进展做了系统性的总结，内容包括膨胀岩及膨胀性泥岩的概念和类型、膨胀岩的判别指标、试验研究、工程应用等几个大的方面，从而对膨胀岩的判别指标和试验研究及膨胀性泥岩的工程应用等问题多年来的研究进展做了重点阐述。
1.中国铁建大桥工程局集团有限公司天津 300300；2.中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司四川成都 610500摘要：根据近年来国内外学者围绕膨胀性泥岩工程地质特性取得的研究成果，对膨胀性泥岩及其工程应用多年来的研究进展做了系统性的总结，内容包括膨胀岩及膨胀性泥岩的概念和类型、膨胀岩的判别指标、试验研究、工程应用等几个大的方面，从而对膨胀岩的判别指标和试验研究及膨胀性泥岩的工程应用等问题多年来的研究进展做了重点阐述。
研究总结得出：裂隙性是膨胀岩区别于一般岩体的显著特征之一；膨胀性判别指标的选用虽有所差异，但不尽相同；水环境对其膨胀性泥岩的影响显著，特别是在干湿循环条件下变形具有一定的不可逆性，且膨胀性与亲水性矿切相关；最后介绍了膨胀性泥岩隧道工程应用的相关研究进展。
关键词：膨胀岩，泥岩，隧道工程，研究进展Research progress of expansive mudstoneTian Song1.China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co. Ltd.,Tianjing 300300,P.R. China;2.China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group 5rd Engineering Co., Ltd., Sichuan Chengdu610500,P.R. ChinaAbstract: Based on the research results obtained by domestic and foreign scholars on the engineering geological characteristics of expansive mudstone in recent years, a systematic summary of the research progress of expansive mudstone and its engineering application over the years, including the concepts and types of expansive mudstone and expansive mudstone , The identification index of swelling rock, experimental research, engineering application and other major aspects, so as to the identification index of swelling rock, experimental research and engineering application of swelling mudstone and other issues over the years have been focused on the research progress. The study concluded that: fissure is one of the distinguishing characteristics of swelling rock from general rock mass; although the selection of swelling discrimination index is different, but not all the same; water environment has a significant impact on its swelling mudstone, especially The deformation is irreversible under the conditions of dry and wet cycles, and the expansibility is related to the hydrophilic ore cut. Finally, the relevant research progress of the application of expansive mudstone tunnel engineering is introduced.Key words: Expansive rock, mudstone, Tunnel engineering, Research progress.引言膨胀性岩土地层在我国有着较广的分布，已知膨胀岩土在我国至少有26个省、市、自治区有区域性均有分布，其中，中国西北地区最老的膨胀性泥岩地层为侏罗纪。
驷马山分洪道膨胀土特性及其滑坡治理吴彩虹(安徽省水利水电勘测设计院,安徽蚌埠 233000)摘要:本文以安徽省滁河驷马山分洪道膨胀土为研究对象,对分洪道不同河段的膨胀土边坡进行取样,开展了膨胀土在不同工况条件下的物理力学试验。
通过室内试验和现场监测,获得了膨胀土膨缩变形与土体抗剪强度变化等特征参数。
经过对分洪道边坡滑动形成机理和变化规律的调查和分析,提出了膨胀土边坡稳定计算中强度取值的建议和边坡滑动的治理措施,为分洪道扩大工程及其同类工程设计提供了地质依据。
关键词:膨胀土;胀缩变形;边坡稳定;浅层滑动中图分类号:P64213+9;TU443文献标识码:BProperties of the expansi ve soil along Si m ashan fl ood -diversionchannel and the landsli de correctionW u Ca i h ong(A nhui Survey and D es i gn Instit u te of W a ter Conservancy &H ydrop o w er,Bengbu 233000,Ch i na)Abstract :The m echan ica l pr operties of t h e expansive so il sa m pled fro m d ifferent slopes along Si m ashanfl o od-diversion channe l of Chu R i v er are studied under differentw orking cond itions .Based on the results o f t h e i n door experi m en ts and the field m on itori n g ,the corresponding para m eters for the s w elli n g and shrinking defor m ation and the shear strength of the so il are obtained.The m echanis m for slope sliding is discussed and t h e correspond i n g m easures to con tro l the landsli d e are a lso suggested ,w hich pr ov i d e the geo l o g ica lbasis for t h e project and o ther si m ilar projects .Key w ords :expansi v e so i;l s w elli n g and shrinking defor m ati o n ;slope stab ility ;sha ll o w sli d i n g 收稿日期:2009-03-20;修订日期:2009-07-29作者简介:吴彩虹(1975-),男(汉族),安徽巢湖人,大学本科,高级工程师.1 工程概况驷马山分洪道是一条跨苏、皖两省的人工开挖河道,位于滁河南岸,上起滁河干流右岸和县的金银浆,向东南穿过驷马山切岭,经石桥镇、乌江镇,至驻马河口汇入长江,河道全长2714km 。
分洪道于1969年底开工建设,1971年竣工通水,是当地农业灌溉、滁河分洪和航运的一条重要水道。
分洪道自1974年至2008年间先后发生大的滑坡8次,小的滑坡30多次,上述滑坡并不都发生在边坡较陡的切岭段,有一些是在1B 5或更平缓边坡上出现。
2008年汛期滁河发生大洪水,给沿河两岸造成巨大的经济损失,严重威胁了南京市的防洪安全。
分洪道右岸扩挖,将分洪道分洪流量由目前的500m 3/s 扩大到1000m 3/s 的设计方案已获国家发改委的批准,工程即将进入实施阶段。
如何解决膨胀土地区边坡稳定问题成为该工程的重要课题。
2 膨胀土的矿物成分与化学成分膨胀土是一种含有大量亲水性矿物,湿度变化时有较大体积变化,变形受约束时产生较大内应力的特殊土。
为了解本地区膨胀土的矿物成分,我们对这一地区进行分区取样,对试样进行X 射线衍射与电镜扫描试验。
试验结果表明:测区内土样的矿物成分差别不大,主要由碎屑矿物和粘土矿物组成。
碎屑矿物中石英占18%~28%,钠长石占8%~10%,钾长石占2%~6%;粘土矿物中蒙脱石占31%~36%,伊利石占18%~28%,高岭土占6%~13%,各类矿物成分统计情况见图1。
测区土样的主要化学成分是S i O 2、A l 2O 3和图1膨胀土矿物成分Fe2O3三种氧化物,总的含量大于85%,粘土粒的硅铝分子比率为615~810,表明膨胀土的粘土矿物成分以蒙脱石为主。
蒙脱石的晶格构造是由许多相互平行的单位晶胞组成,晶胞连结力弱,水分子与交换阳离子可无定量地进入,因而膨胀土表现出高度的亲水性。
3膨胀土的胀缩特性311膨胀特性膨胀性是指由于土中亲水性矿物不断吸收水分子而引起土体体积随吸入水量的增加而增大的特性。
工程区属江淮丘陵区,上覆地层以重粉质壤土或粉质粘土为主,呈棕黄、黄褐、浅棕红色,可塑)硬塑状,含铁锰质结核,强度较高。
室内试验测得土体自由膨胀率D ef一般为60%~75%,少量深部粘性土自由膨胀率D ef大于90%,膨胀潜势以中等为主,部分土样膨胀潜势为强。
为了解膨胀土在不同荷载情况下的膨胀特性,试验时做了大量有荷载下的膨胀率D ef测定试验,试验荷载分别为25、50、75、100、150、200、250、300kPa,其典型试验结果如图2所示。
图2不同压力下的膨胀率试验试验结果表明:膨胀率D ef多在115~210%,少量达215%,一般当压力达150kPa时,膨胀率D ef 多趋向于零。
测区内膨胀土膨胀力P e的变化范围一般在45~85kPa。
试验时选取了一组干重度相近、含水率差异较大的土样进行膨胀力P e测试,以分析含水率X的变化与膨胀力P e的关系。
试验选取土样干重度C d为1512~1516kN/m3,含水率X在1614% ~2214%之间,试验结果见图3。
图3含水率增加量与膨胀力关系曲线试验结果表明,土样干重度C d一定时,膨胀力P e的变化主要受含水率变化的控制,并表现出一定的线性相关性。
312收缩特性膨胀土的收缩是土中水分在蒸发过程中其体积缩小的现象,当土中含水率减少到一定值时,土的体积将随之收缩到一定限度而不再继续缩小。
试验中采取大量的土样进行了缩限、体缩率和线缩率的测定,试验结果见表1。
膨胀土的收缩特征试验指标表1取土深度天然含水率X(%)干重度Cd(kN/m3)线缩率Dsi(%)体缩率Dv(%)缩限Xs(%)收缩系数Ks 1815161331521613291801302013161231611514610120132 1~410m191215173185161649110135 211816134125171837120129191315173121151849160131191816142142131707150128211516163101141658120133 410m以下20141519314214121101101342111151631051316991901312214161731641514310120132211615152168141137180128从表中可知:土样干重度C d在1515~1616kN/ m3,天然含水率X在1815%~2214%,体缩率D v在13169%~17183%,线缩率Dsi在2142%~ 4125%,缩限X s为715%~1012%,说明试样具有较强的收缩特性。
4膨胀土的裂隙特征由于土体的膨胀软化和收缩开裂,不断的交替循环,最终导致土的体积和状态的变化,引起开裂。
野外实地调查期间,旱季时地表或坡面裂隙呈网纹状分布,一般长013~310m,局部长度大于510m,深度一般以015~210m居多。
雨季时小的裂隙大部分闭合,仅可见到少量呈零星状分布的大裂缝。
在分析试样的微观结构时发现:试样固体颗粒具有一定的方向度,因此推断试样胀缩变形具有各向异性的特征。
为查明这一特征与裂隙形成的内在联系,试验时对样本的竖向收缩率D si和横向收缩率D sd进行了测定,结果见表2。
膨胀土收缩的各向异性表2取土深度(m)天然含水率X(%)干重度Cd(kN/m3)收缩后含水率X(%)竖向线缩率Ds i(%)横向线缩率Dsd(%)比值Dsi/D sd181815186115314961310155 2110161561603171611901601~410201216125124317951740166 191816145110411871020160201315174155214641150159191516103185410761130166201516175152311861020153 410m以下211415176185319751970166 201516125142219141820160221516187176316161720154201915175163217141030167由试验结果可知,竖向收缩率D si和横向收缩率D sd的比值(D si/D sd),在0153~0167之间,均小于110,说明土体的横向收缩量明显大于竖向收缩量,即土体胀缩具有明显的各向异性特征。
5膨胀土的超固结特征[1]驷马山分洪道中游为连续低山,广泛分布着剥蚀山地、河流谷地;上、下游为低洼的河漫滩。
膨胀土主要分布在低山和丘陵岗地段,地面呈波状起伏,地表呈岗、塝、冲三种地形。
经对试样进行的C14及热释光测年试验,上部(1~4m)膨胀土沉积时间约315~714万年。
为查明膨胀土的超固结性,对试样进行了大量的高压固结试验,其典型试验曲线见图4。
利用Casagrande图解法求得先期固结压力P c,确定膨胀土超固结比OCR一般在210~815之间。
膨胀土的超固结性是由土层的沉积受荷历史、沉积年代和土体干燥和陈化等因素引起的,先期固结压力改变了土体内部的应力状态,它会促进裂隙的发展和土体软化特性的加剧。
图4试样的e-log P压缩曲线6膨胀土边坡滑动原因分析野外调查时发现:驷马山分洪道坡面开裂严重,一般裂缝宽2~10mm;切岭段坡面中,浅层滑坡较为发育,排水沟多处被推裂、部分被推倒。
滑坡主要有以下特征:¹滑动往往发生在持续降雨的季节;º以浅层滑动为主,中厚层滑动较少;»大多滑坡是渐进式或牵引式;¼在相当平缓的边坡上亦有滑坡。
