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浅析膨胀土胀缩变形以及渗透性规律试验膨胀土是指土壤在吸湿时体积发生膨胀变形，干燥时体积发生收缩变形的土壤。
由于土壤中的膨胀土具有独特的力学特性和渗透性能，因此需要开展相关试验对其进行研究和评价。
一、膨胀土胀缩变形试验膨胀土胀缩变形试验是研究和评价膨胀土在不同湿度条件下体积变化的试验，常见的试验方法有困绕试验、湿陷试验、湿度稳定试验等。
1. 困绕试验困绕试验是通过将土样固定在试验装置中，使其无法自由膨胀或收缩，然后浸泡土样，记录土样吸水后的体积变化。
该试验能够直接反映土壤在吸水时的膨胀程度。
2. 湿陷试验湿陷试验是将土样在一定压力下加水浸泡一段时间，然后在固定的压力下测量土样的体积变化。
该试验能够评价土壤的湿陷性能，为膨胀土胀缩变形提供依据。
3. 湿度稳定试验湿度稳定试验是在固定湿度条件下进行试验，记录土样的体积变化。
通过不断调整土样的含水量，找出土样的临界湿度，即土样从收缩状态进入膨胀状态的临界含水量。
该试验能够反映土壤的膨胀特性。
二、渗透性规律试验渗透性规律试验是研究和评价土壤渗透性能的试验，常见的试验方法有渗透试验、渗透系数试验等。
1. 渗透试验渗透试验是通过在一定压力下加水到土样中，记录水的渗透量和时间，以及土壤的渗透速度，从而评价土壤的渗透性。
该试验可通过确定土壤的渗透性系数来表征渗透性。
膨胀土胀缩变形试验和渗透性规律试验是评价膨胀土力学特性和渗透性能的重要手段。
通过这些试验可以了解膨胀土在不同湿度条件下的体积变化和渗透性能，为土壤工程设计和施工提供科学依据。
收稿日期6作者简介王建春(6),男,年毕业于西南交通大学水文地质与工程地质专业,工程师。
文章编号:16727479(2010)03004604合肥至六安高速公路膨胀土工程特性研究王建春(中铁上海设计院集团有限公司,安徽合肥230011)A Study on Engi neer i ng Character istics of ExpansiveSoil a lo ng H efei-L i u an Express wayW ang J i anchun摘要合肥至六安高速公路是上海武威国家重点公路的一段,限于环境条件,不得不采用膨胀土作为路基填料。
为了保证该工程的质量符合要求,对该地膨胀土的工程特性进行了试验分析。
试验表明,皖中膨胀土膨胀潜势平均水平在弱中分界附近,且具有近似正态分布的特性。
从压实的角度看,膨胀土的填筑含水量在最佳含水量30%的范围内,只要压实功能得到保证,压实度一般能满足要求。
在非饱和条件下,中膨胀土和弱膨胀土具有较高的抗剪强度,一旦浸水使其含水量增加到接近饱和,其抗剪强度指标会大幅降低,设计与施工中应采取有针对性的防、排水措施。
关键词合六高速公路膨胀土最大干密度压实度中图分类号:T U 433文献标识码:A1概述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,其吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特性,使膨胀土地区的房屋建筑、铁路、公路、机场、水利工程等经常遭受巨大的破坏,给世界各国造成巨大的经济损失。
合肥至六安高速公路是上海武威国家重点公路的一段,也是西部开发大通道南京西安高速公路的重要组成部分[1]。
膨胀土主要分布于推荐线K00+000~K60+850、K66+400~K68+850、K69+400~K80+750、K83+700~K89+550段,以及比较线B K77+200~BK81+250、BK84+200~BK90+000段,限于环境条件,不得不采用膨胀土作为路堤填料。
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。
典型红粘土与膨胀土的对比试验研究典型红粘土与膨胀土的对比试验研究摘要通过室内试验对广西贵港红粘土、湖北荆门弱膨胀土与中膨胀土的物理力学性质指标、原状样脱湿过程中的强度变化、击实样泡水前后强度变化以及脱湿吸湿性能等方面进行了对比试验研究。
结果表明：3 种土原状样脱湿过程中的强度指标在土体裂隙性与基质吸力双重因素的作用下表现出完全不同的变化规律；由于红粘土与膨胀土膨胀性能上的差异，不同含水量的击实样泡水后的干密度峰值与加州承载比(CBR)峰值所对应的原击实样含水量比最优含水量有不同程度的增大；土体因矿物成分的差异而表现出明显不同的脱湿、吸湿速率。
广西贵港红粘土与荆门膨胀土虽然在一些物理力学指标上具有相似之处，但其力学特性与水敏性特征具有明显的差异，在实际工程中应给予充分重视。
关键词土力学，红粘土，膨胀土，强度，裂隙性，胀缩性1 引言红粘土在物理力学性质指标、矿物成分与工程力学特性等多方面与膨胀土有相似之处，对于这两类特殊土关系问题的研究，至今尚未形成统一的观点。
目前，红粘土在一些地区被完全按照膨胀土处理，而在另一些地区则被单独研究[1]。
我国南方广泛分布的红粘土风化壳主要是由于第四纪季风环流形成以来，在热带-亚热带高温湿条件下经历了复杂的红土化过程而形成的，具有独特的游离氧化铁的胶结结构；而膨胀土则是一类具有明显吸水膨胀失水收缩的特殊土。
以往对于红粘土与膨胀土的比较研究主要集中在历史成因、矿物组成与胀缩性能等方面。
从矿物学角度讲，膨胀土一般含有较多的诸如蒙脱石的亲水矿物，而红粘土矿物成分以伊利石与高岭石为主，含少量或不含蒙脱石。
红粘土与膨胀土均具有较高的粘粒含量、天然含水量、孔隙比与液塑限，而红粘土的这些指标较膨胀土更高，远远超出一般粘性土，但同时红粘土却具有明显优于膨胀土的力学特性。
在实际工程中，由于外界自然条件变化而引发的有关红粘土与膨胀土类似于边坡失稳﹑地基不均匀变形、道路开裂的工程病害时有发生[2]。
遂宁地区中强膨胀土的试验研究【摘要】对遂宁地区的原状膨胀土进行了物理性质试验、力学性质试验、水理性质试验和特殊性质试验的试验研究，确定了该地区膨胀土的各项性能指标，以作日后对膨胀土的辨别和分类，并为工程施工提供原始的数据资料和参考依据。
【关键词】遂宁地区；膨胀土；试验研究1 前言膨胀土一直是困扰岩土工程界的重大工程问题。
膨胀土遇水膨胀、失水收缩的变形特性及其边坡浸水强度衰减特性在膨胀土地区的工业民用建筑、水利、铁道、公路等工程建设和工程运营中起到极大的破坏作用。
由于膨胀土存在着干缩湿涨、崩解性、多裂隙性、易风化性等特征,为了在公路路堤填筑中合理地利用这些不同胀缩等级的膨胀土,并为膨胀土的应用和加固提供技术支持,并为高速公路膨胀土的工程性质进行分析和研究。
2 膨胀土的组成与分布情况膨胀土是指黏粒成分主要由强亲水性矿物组成的,液限大于40%且胀缩性能较大的黏性土。
主要由次生黏土矿物—蒙脱石和伊利石组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。
富含ca ο颗粒（疆石结核）。
遂宁膨胀土，从西部到东，地势呈阶梯状，由西北向东南倾斜，地面标高在110—270m 之间。
根据地貌形态特征和成因类型将分布走廊带范围内划分为剥蚀岗地区和堆积平原区两个地貌单元。
剥蚀岗地区地貌单元沿西到东均有零星分布，地面标高160～250m,岗地走向近南北，岗顶平缓略有起伏,沿岗坡“v”型冲沟发育，地表多被棕红色坡洪积地层覆盖;堆积平原区主要分布在的中、东部，为遂宁盆地的边缘地带，地面标高一般在140～180m之间，根据成因类型，可划分为冲洪积倾斜平原和冲积带状平原两个亚区。
前者地面标高140～180m,纵坡降2.0％～2.5％，分布于垄岗以外的地区；后者地面标高130m左右，分布于各主要河流两侧呈带状展布。
2.1 膨胀土分类与以下因素有关含水率：土体的含水量决定吸水量的大小，在膨胀范围内，膨胀率与含水量成正比，当含水量达到饱和时，吸水量最小，其膨胀变形渐趋稳定。
２００８年０２期（总第３８期）
作者简介：毛洪强（１９７２－），男，安徽砀山人，高级工程师，从事公路勘察设计工作。
雨水的直接下渗，会对路基的干湿状态产生不利影响，可能会给路基稳定带来新问题，尤其是膨胀土路基。
我国是典型的膨胀土地区，全国有２０多个省、市、自治区发现分布有膨胀土，大部分为中弱膨胀土，本文着重对中弱膨胀土的浸水工程特性进行试验研究，以期解决膨胀土地区雨水循环利用问题。
１试验用膨胀土基本物理性质
为使研究透水路面下浸水膨胀土的工程特性，了解膨胀土浸水以后的变形与承载力变化对透水路面结构的影响，选取合肥地区中弱膨胀土进行试验研究，所取膨胀土的基本物理指标汇总见表１所示。
表１试验用原状膨胀土基本物理性质指标
通过重型试验方法，按每层击实９８次的击实功进行试验，中膨胀土与弱膨胀土的击实曲线见图１所示。
图１试验用膨胀土击实曲线
根据图１可得到本次所取土的最佳干密度与最佳含水量，见表２所示。
表２试验用膨胀土击实结果
表３降雨前后膨胀土路基情况对比
２降雨对膨胀土路基的影响
为研究降雨量对膨胀土路基产生的影响，现场测试了浸水膨胀土路基的含水量与压实度，试验段均采用
２０ｃｍ厚的素土覆盖层，其测试结果如下所述。
合肥７月份降雨总量达到３００ｍｍ左右，属于持续
中弱膨胀土浸水工程特性试验研究
毛洪强１
，李德章２
，张玉斌
１
（１．安徽省公路勘测设计院，安徽
合肥
２３００３１；２．合肥市重点工程建设管理局，安徽合肥２３０００１
）摘要：为改善由于城市大面积硬化而导致雨水自然循环减弱，进而减轻城市热岛效应的现象，越来越多的透水
材料用于城市人行道、停车场。
文章通过试验研究总结了中弱膨胀土浸水工程特性，并预估了膨胀土路基浸水后的变形量，给设计非行车道路基路面提供一定依据。
关键词：热岛效应；膨胀土；ＣＢＲ；ＣＢＲ膨胀量；试验中图分类号：Ｕ４１６．１
文献标识码：Ｂ
技术论坛
本栏目由安徽省公路勘测设计院协办
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公路交通科技应用技术版
时间较长的强降雨期，７月份的强降雨对路基质量造成的影响显著。
比较降雨前后含水量和压实度的变化见表３所示。
从表３可以得到，降雨前后膨胀土路基情况随深度的增加体现出一定的规律性：
（１）取样深度覆盖层以下不到１０ｃｍ的路基含水量增加了４％～５％；随深度增加，增加的幅度逐渐减小，２０ｃｍ附近段增加２％～３％；其影响基本到３０ｃｍ深度以下则不明显了，其含水量的变化幅度小于１％。
可以认为强降雨对路堤含水量的影响深度为表面覆盖层以下３０ｃｍ，即影响深度约为５０ｃｍ。
（２）降雨后压实度出现较大程度的下降，表面覆盖层以下８ｃｍ深处压实度仅８０．７％，２０ｃｍ深处压实度也只有８４．８％。
３浸水膨胀土变形与强度特性
对于具有胀缩性的膨胀土，浸水软化是膨胀土的典型特征，其膨胀量受含水量控制明显，土的膨胀性对路基的稳定性有影响，在低于或等于最佳含水量时膨胀土的压实度和强度指标虽可达到较高值，但由于在相对较低含水量和较大压实度条件下，其膨胀量相对较高含水量和稍低压实度土的膨胀量要大，致使在最佳含水量时压实的土基一旦浸水后，其密实度和强度下降的幅度是否仍为最小值得探讨，因此，探讨膨胀土强度（ＣＢＲ）与变形特征对膨胀土路基具有现实的指导意义。
表４弱膨胀土承载比（ＣＢＲ）试验结果
以所取土样为例开展了中弱膨胀土的强度（ＣＢＲ）特性试验，实验室配制了不同含水量的土试样，采用重型击实制备试样，然后按规程浸水４昼夜后测试土样的ＣＢＲ值与ＣＢＲ膨胀量，试验结果汇总于表４。
为考察弱膨胀土的ＣＢＲ变化规律及其内在机制，绘制了弱膨胀土的ＣＢＲ随初始含水量的变化曲线，见图２所示。
图２中弱膨胀土ＣＢＲ值随初始含水量的关系曲线
从图２可以看出，中弱膨胀土ＣＢＲ值随初始含水量的变化规律均类似于击实曲线，ＣＢＲ最大值所对应的含水量比最佳含水量约大３％～４％。
根据图１击实曲线可知，当最佳含水量增加３％～４％时，其压实度可以达到９５％～９６％的规范要求。
根据试验结果，当含水量达到２７％时，ＣＢＲ值仍然可以达到３％。
对于中弱膨胀土而言，由于初始含水量的不同，其ＣＢＲ值均有较大的差异，制备含水量小于最佳含水量的土样ＣＢＲ值明显低于制备含水量大于最佳含水量的土样ＣＢＲ值，究其原因，可认为初始含水量较低的土样更容易吸水软化，造成强度偏低。
为研究膨胀土的变形与初始含水量的关系，根据表４中的数据，绘制了膨胀土初始含水量与浸水ＣＢＲ膨胀量的关系曲线，并在实验基础上，对该关系采用回归分析，以期计算膨胀土浸水后的变形，见图３、图４所示。
图３弱膨胀土与初始含水量的关系曲线
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２００８年０２期（总第３８期）
图４中膨胀土与初始含水量的关系曲线
图３、图４表明，中弱膨胀土的初始含水量越低，其ＣＢＲ吸水膨胀量越大。
因此在进行膨胀土路基施工时，宜适当增加初始制备含水量，以减小膨胀土的膨胀量。
根据试验数据回归出中弱膨胀土的ＣＢＲ吸水膨胀量与初始含水量的关系式分别为公式（１）、（２）所示。
适用于合肥地区弱膨胀土
ｙ＝８９．０９ｅ－０．１９ｘ（１）
Ｒ２＝０．９４５
适用于合肥地区中膨胀土
ｙ＝１０１．３ｅ－０．１６ｘ（２）
Ｒ２＝０．９３３
式中，ｙ为膨胀土的ＣＢＲ吸水膨胀量，％；ｘ为膨胀土的初始含水量，％；Ｒ为相关系数。
通过前述研究降雨量对膨胀土路基产生的影响成果，降雨对路基的影响深度约为５０ｃｍ，含水量增加约４％～５％，根据击实试验的结果，弱中膨胀土路基的一般初始含水量应在最佳含水量的基础上增加３％，即分别为１９．６％与２２．２％，再根据公式（１）、（２）进行计算得到ＣＢＲ膨胀量，考虑５０ｃｍ厚土基，最终可得到降雨对于膨胀土路基的变形影响，见表５所示。
由表５数据可知，雨水的直接渗入对于中弱膨胀土的土基变形量达到１０～１４．５ｍｍ，因此人行道、停车场应设置一定厚度的柔性基层如级配碎石，以调节膨胀土路基的变形，必要时应对膨胀土进行处理后使用，提高路面结构整体承载能力。
表５雨水直接渗入土基的膨胀量计算表
４结语
（１）透水路面可以适当缓解城市的热岛效应，补充地下水，但雨水直接下渗可能影响路基尤其是膨胀土路基的稳定性，研究膨胀土浸水工程特性具有重要的意义。
（２）强降雨对路基含水量的影响深度为表面覆盖层以下３０ｃｍ，即影响深度约为５０ｃｍ，最大含水量增加４％～５％。
（３）ＣＢＲ最大值所对应的含水量比最佳含水量约大３％～４％，当最佳含水量增加３％～４％时，其压实度可以达到规范要求。
（４）中弱膨胀土路基施工时，一般在最佳含水量的基础上增加３％～４％，减小膨胀土的吸水膨胀量。
（５）在人行道、停车场等地方可以通过设置一定的柔性基层结构，调节膨胀土路基的变形。
参考文献：
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２００８年０２期（总第３８期）。
