膨胀土性质.ppt

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，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。

第2章膨胀土的基本特性2.1 主要工程特性2.1.1 胀缩性膨胀土吸水体积膨胀，使其上建筑物隆起，如膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其建筑物下沉。

膨胀土在缩陷与液限含水率的收缩量与膨胀土，称为极限胀缩潜势。

土中有效蒙脱石含量越多，胀缩潜势越大，膨胀力越大。

土的初始含水率越低，膨胀量与膨胀力越大。

影响膨胀土涨缩性的因素有矿物成分、颗粒组成、初始含水量、压实度及附加荷重等。

其中除了矿物成分和颗粒组成的内因因素影响外，初始含水量、压实度及附加荷重的外因因素影响也很大。

击实土的膨胀性远比原状土大，密实度越高，膨胀量与膨胀力越大，这是在膨胀土路基设计中特别值得注意的问题[1]。

2.1.2 崩解性膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限条件下发生吸水湿化。

不同类型的膨胀土其崩解性是不一样的，强膨胀土浸入水中后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水中后，则需经过较长时间才能逐步崩解，且有的崩解不完全。

此外，膨胀土的崩解特性还与试样的起始湿度有关，一般干燥土试样崩解迅速且较完全，潮湿土试样崩解缓慢且不完全。

2.1.3 多裂隙性膨胀土中的裂隙，可分垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。

这些裂隙将土体分割成具有一定几何形态的块体，如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。

裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰绿色黏土薄膜、条状或斑块，其矿物成分主要为蒙脱石，有很强的亲水性，具有软化土体强度的显著特性。

膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面所控制。

2.1.4 超固结性膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。

超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸载膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大的塑性区，使边坡容易破坏。

2.1.5 强度衰减性膨胀土的抗剪强度为经典的变动强度，具有峰值强度极高、残余强度极低的特性。

由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，一般现场开挖都很困难。

《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......................................................... ２1.2膨胀土的分类方法................................................... ２2.膨胀土的强度特征及影响因素 ............................................ ３2.1膨胀土的强度特征................................................... ３2.2膨胀土的强度的影响因素............................................. ４3.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............................................. ５3.4有荷载干湿循环作用下变形特征....................................... ５4.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................................................... ７4.3膨胀土路基处理方法................................................. ７5.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.............................................................. １０1.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。

膨胀土的胀缩特性一、膨胀变形规律徐永福和缪林昌通过室内膨胀土土样的膨胀试验，研究不同击实膨胀土土样在不同压力作用下膨胀变形与土样初始含水率、干密度的关系，总结膨胀土的膨胀变形规律。

1.试验方法膨胀变形试验在轻便固结仪上进行，控制膨胀土样不同的是初始含水率w、击实干密度ρd和土样膨胀时所受的压力p。

压力是在试验前一次加上的，加压稳定后即可浸水膨胀。

水从土样底部单向浸入，试验过程中，尽量保持水面高度不变，以防止水面高度的变化对浸水速率的影响。

在环刀与土样间抹了少许黄油，以克服因环刀与土样之间的摩擦造成土样的不均匀膨胀变形。

膨胀变形结束后，土样达完全饱和状态。

2.膨胀变形随时间变化规律图3-1（a）和图3-1（b）表示初始含水率相同而干密度不同的膨胀土在不同压力下的膨胀变形随时间变化的规律。

从中看出：①压力抑制了水的浸入，抑制了膨胀变形量；②膨胀变形的初始速率受压力的影响不明显；③干密度对膨胀变形的初始速率影响较明显，干密度越大，初始膨胀变形速率越小；反之，干密度越小，初始膨胀变形速率就越大。

图3-1（c）和图3-1（d）表示两种不同干密度的膨胀土在压力为10kPa不同初始含水率情况下膨胀变形随时间的变化规律。

图中可见，初始含水率影响了膨胀变形的初始速率。

初始含水率越大，膨胀变形的初始速率越大；干密度越小，这种变化规律越明显。

图3-1 膨胀变形随时间变化规律（a）w0＝17.3%；ρd＝1.61g/cm3；（b）w＝17.3%；ρd＝1.51g/cm3；（c）p＝10kPa，ρd＝1.61g/cm3；（d）p＝10kPa，ρd＝1.51g/cm33.膨胀变形的相关性图3-2（a）为干密度1.7g/cm3在不同垂向压力下膨胀率与初始含水率的关系曲线，图3-2（b）为不同干密度土样在垂向压力50kPa下膨胀率与初始含水率的关系曲线，图3-3为不同初始含水率膨胀土样在50kPa压力下膨胀率与干密度的关系曲线。

膨胀土的路基加固设计和施工处理膨胀土是指粘粒成份主要由强条水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。

合肥地区是我国膨胀土覆盖的典型区域之一，土层主要由第四系上更新统粘性土构成。

膨胀土的不良工程特性使得合肥地区已建道路部分出现纵裂、塌肩、滑坡等病害，不仅严重影响了道路的行车速度和行车安全，还提高了管养成本。

1工程概况金龙路位于江淮分水岭波状平原区，属于我国膨胀土分布比较典型的地区之一。

在二级及二级以上阶地或岗地上广泛分布着具有裂隙、胀缩性和超固结性的硬塑至坚硬状态的晚更新世冲洪积粘土，属于弱中等膨胀性。

大量工程实践表明，膨胀土路基病害十分严重，如常常出现路面开裂、隆起或沉陷、路堤和路堑滑塌、边坡失稳等病害，且其病害往往具有多发性、反复性和长期潜在性。

2膨胀土的物理性质及力学性质分析膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊力土和高岭土为主。

蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下：2. 1含水量膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。

如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。

在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。

当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。

含水量的轻微变化，仅1％一2％的量值，就足以引起有害的膨胀。

2．2千容重粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。

γ=18．0KN／m&sup3：的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。

在安康地区，人们对这种土的评语是“硬的象石头”。

这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。

2．3力学性质在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。

通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。

(1)膨胀潜势膨胀潜势：简单的讲，就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。

膨胀土的性质、矿物成分成因与分布特征及其野外识别方法一、膨胀土的性质膨胀土是一种具有特殊性质的粘土，其名称源于具有吸水膨胀和失水收缩的特性。

这种土壤在含水量变化时，体积会发生明显的改变。

当土壤吸收水分时，其体积会增大，而当土壤失去水分时，其体积则会缩小。

这种特性使得膨胀土在干燥和湿润状态下的稳定性较差，容易发生形变。

膨胀土的另一个重要性质是其高压缩性。

在承受压力的情况下，膨胀土的体积会明显缩小，这种压缩性在土壤排水不良或含水量较高时尤为明显。

这一特性使得膨胀土在承受荷载时容易发生沉降，对建筑物的基础和结构稳定性造成影响。

此外，膨胀土还具有显著的裂隙性。

在干燥或受压状态下，膨胀土容易产生裂隙，这些裂隙在土壤吸水或受潮时可能扩大，导致土壤结构的破坏和强度的降低。

二、膨胀土的矿物成分成因膨胀土的矿物成分主要是由蒙脱石、伊利石等粘土矿物组成。

这些粘土矿物具有较高的吸水性和膨胀性，在遇到水时，其体积会发生明显的改变。

此外，这些粘土矿物还具有较高的分散性和敏感性，容易受到外部环境的影响而发生性质的变化。

膨胀土的成因主要与地质时代的沉积环境、气候条件和地质作用有关。

在沉积过程中，富含粘土矿物的泥沙在干旱或半干旱的气候条件下形成膨胀土层。

随着地质时代的变迁，这些土壤层受到不同的地质作用和温度压力的影响，进一步形成了不同类型的膨胀土。

三、膨胀土的分布特征膨胀土在全球范围内都有分布，主要集中在干旱和半干旱地区以及部分季风气候区。

在中国，膨胀土主要分布在东北、华北、西北和西南等地区。

这些地区的地理环境、气候条件和地质构造为膨胀土的形成提供了有利条件。

膨胀土的分布特征与地形、地貌、气候条件和地质构造等因素密切相关。

在地理上，膨胀土常常分布在山前平原、盆地边缘、丘陵低山区等地形区，这些地区的地质构造较为复杂，多为新生代沉积层。

此外，膨胀土还常常与其它工程地质问题如滑坡、崩塌等相伴而生，对工程建设和地质环境带来潜在的危险。

膨胀土是指土中黏粒成分主要由亲水性的黏土矿物质构成的黏性土。

具有吸水膨胀、失水收缩的变形性能。

膨胀土又叫做裂隙土，是影响边坡稳定的一个重要因素。

膨胀土在我国分布范围很广，四川、河南、广西、云南、湖北、安徽、等20多个省市均有膨胀土。

同时，在全球范围内，也有不同范围的分布，例如美国，50个州中有40个州中分布着膨胀土。

膨胀土的特点：黏粒含量占粒度组成30%，且黏土矿物主要由蒙脱石、伊利石、高岭土等强矿物组成；随着外部环境的变化，会往复发生膨胀和收缩现象，导致强度降低；土体中各种成因的裂隙非常发育；液限大于0.4，具有高塑性和固结性。

膨胀土常常被误认为是地质条件良好、性质较佳的土，但事实上膨胀土容易随着环境的变化发生体积变形进而导致建筑物发生变形甚至破坏。

由于该土具有吸水膨胀与失水收缩的变形性质，且变形往复发生，会对建筑物造成不均匀水平和胀缩变形，导致墙体开裂、倾斜，严重则导致建筑物破坏。

尤其对一些低层建筑群，危害极大，一旦构成破坏则极难修复。

膨胀土的变化包含两种因素，一是内在因素，二是外在因素。

内在因素则是膨胀土自身的膨胀和收缩；外在因素则是土体含水率的变化和压力的变化。

膨胀土主要有膨胀潜势和膨胀力两种物理性质。

膨胀潜势就是通过在室内进行AASHO标准压密实验，将最佳含水率时的试样压实至最大容重之后，将一定的附加荷载加载至有侧限的试样上，然后通过浸水测出的一个膨胀率；膨胀力，即膨胀压力。

是指将试样膨胀至最大限度之后，给其加一个荷载使试样回复到试验初始时的体积这个过程所需要的压力。

特定黏土的膨胀力是一个常数，只与干容重有关。

膨胀力能够作为衡量黏土膨胀特性的尺度。

Slice 24 - Morgenstern-Price Method 24.46915.26628.86770.17821.28258.11915.4Slice 24 - Morgenstern-Price MethodFactor of Safety 0.92761Phi Angle 20 °C (Strength) 12.38 kPaC (Force) 5.8604 kNPore Water Pressure 12.805 kPaPore Water Force 6.0618 kNPore Air Pressure 0 kPaPore Air Force 0 kNPhi B Angle 0 °Slice Width 0.47059 mMid-Height 2.5999 mBase Length 0.47338 mBase Angle -6.2227 °Anisotropic Strength Mod. 1Applied Lambda 0.4691Weight (incl. Vert. Seismic) 24.469 kN Base Normal Force 28.867 kNBase Normal Stress 60.981 kPaBase Shear Res. Force -14.161 kN Base Shear Res. Stress -29.915 kPaBase Shear Mob. Force -15.266 kN Base Shear Mob. Stress -32.249 kPa Left Side Normal Force 70.178 kNLeft Side Shear Force 21.282 kNRight Side Normal Force 58.119 kN Right Side Shear Force 15.4 kNHorizontal Seismic Force 0 kNPoint Load 0 kNReinforcement Load Used 0 kNReinf. Shear Load Used 0 kNSurface Pressure Load 0 kNPolygon Closure 0 kNTop Left Coordinate 15.176m, 5.8235m Top Right Coordinate 15.647m, 5.3529m Bottom Left Coordinate 15.176m, 3.014mBottom Right Coordinate 15.647m, 2.9627mSlice 11 - Morgenstern-Price Method 64.38224.57553.31396.36740.099106.8846.73Pore-Water PressureDistance (m) Pore-Water Pressure (kPa)0 -34.42447359124611.38926465967612 -22.97823123770392.48458153761248 -14.64926668757753.42672064578918 -8.013823659244364.27046464726252 -2.513089734618025.10780236952353 2.495052576698835.94829294730965 7.086441779090716.73451280498004 10.95259268425437.44478507179134 14.08554061346838.08994293404851 16.61305525595778.71149599558248 18.76303738923549.31311474090546 20.57326373432419.8809941110161 21.57691253796210.4182739809759 21.8113754509310.9443121352898 21.809645810660911.4605782116373 21.583814737523311.9683518082224 21.146511629291512.4687523439838 20.50842134847412.9627818803366 19.67488672830813.4513451954801 18.655043888836213.9352632430432 17.453770004775114.4153034595605 16.075961856852814.8921828352209 14.525466723275515.3665688800715 12.805432961283315.8391036860448 10.917898210812616.3104074196222 8.864677810529716.7810809495103 6.6465670241195717.2517279067481 4.2641052302506417.7229516041573 1.7170733692731618.158888665899 0。