膨胀土的工程特性和判定及路基设计

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1、膨胀土的工程特性和判定及路基设计二、膨胀土的工程特性(一)胀缩性膨胀土吸水体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上的建筑物下沉。膨胀土产生膨胀的强弱与黏土颗粒含量、黏粒的矿物成分以及晶体结构的差异有关。膨胀土的颗粒成分：粒径<0.005mm黏粒；0.005mm<粒径<0.05mm粉粒占90%；粒径>0.05mm砂粒含量较少；土的颗粒越细，膨胀土的特殊性质越强。膨胀土路基膨胀土路基组成成分：我国膨胀土的主要成分为蒙脱石、伊利石和高岭石等。ⅰ）蒙脱石

2、是一种鳞状矿物，具有强烈的结构膨胀性；ⅱ）伊利石的晶格结构和蒙脱石类似，但是活动能力较低，仅有中等膨胀性；ⅲ）高岭石晶体结构比较稳定，属于低膨胀性土。微观结构方面：膨胀土的微观结构和其成因类型、粘土矿物的种类和迭堆情况相关。SSSSSSS3膨胀土及其工程问题膨胀土是一种富膨胀性粘土矿物且在环境干湿交替作用下发生体积明显胀缩和强度强烈衰减而常常导致工程变形破坏的非饱和粘性土。铝氧八面体硅氧四面体蒙脱石构型钾离子伊利石构型微观特征：（1）以蒙脱石和伊利石及其混成粘土矿物为主，易吸水膨胀，失水收缩；（2

3、）比表面积大；（3）阳离子交换量大；（4）微裂隙发育。高岭石构型GSnH2OGSGSGS铝氧八面体硅氧四面体GSGS膨胀土路基自由膨胀率ef将人工制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积，然后倒入盛水的量筒中，经充分吸水膨胀稳定后，再测其体积。增加的体积与原体积的比值ef称为自由膨胀率。膨胀土路基（二）多裂隙性普遍发育各种形态的裂隙是膨胀土的另一个显著特征。膨胀土的形成与其成土过程、涨缩效应、风化作用等相关。分类：原生裂隙：地表以下3m的土体很少受气候变化的影响，成为原生裂隙。次生裂隙

4、：分布在3m以内，用肉眼就能很容易观察到。膨胀土路基（三）超固结性由于膨胀土大都是在更新世以前沉积的土层，在历史上曾经受过超压密作用，处于超固结状态。因此膨胀土：随着土体开挖，将产生明显的卸载膨胀，是土体内聚集的能量逐渐释放。（四）崩解性膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。强膨胀土浸水后几分钟即完全崩解。（五）强度衰减性由于胀缩效应和风化作用时间增加，抗剪强度大幅度衰减。膨胀土路基（二）膨胀土的判别标准和分类标准膨胀土的判断标准和分类指标都采用综合判定的方法，及根据现场的工程地质特征、自由膨胀率、和建

5、筑的破坏程度来综合确定。初判工程地质特征自由膨胀率详判初判自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量标准吸湿含水率（%）标准吸湿含水率（%）标准吸湿含水率（%）R=0.9461R=0.9823R=0.9211y=0.0264x+0.69012015129630400500100200300比表面积（m2/g）y=0.2649x+0.726620151296304050102030蒙脱石含量（%）y=0.0281x-0.455920151296306004200400阳离子交换量（me/kg）`膨胀土及其

6、工程问题2．膨胀土的判别与分类（1）国内外现有膨胀土判别分类指标可分为两大类：宏观（间接）指标——通过工程实验评价其膨胀潜势；微观（直接）指标——反映胀缩机理的本质参数，如蒙脱石含量、比表面积、阳离子交换量。（2）公路部门：自由膨胀率、塑性指数；铁路部门：微观指标。（3）最新研究成果：测试简便、能反映膨胀土的胀缩本质的宏观指标——标准吸湿含水率。膨胀土路基膨胀土的初判判断指标膨胀土路基膨胀土评判指标膨胀土分级注：当有2项指标符合时，即判定为该等级。５．膨胀土公路路基的常见病害（1）滑坡路堤路堑均有

7、发生，是膨胀土路基最严重的病害。路堤滑坡往往发生在填土或基底为膨胀（岩）土层的情况，滑体一般宽20～50米，厚2～5米；路堑滑坡多发生在膨胀（岩）土分界面，裂隙面或软弱层处，宽数10米，厚一般3～4米，较少超过6米，具有成群分布、浅层性、牵引性、结构和构造性以及多次滑动性等特点。10膨胀土及其工程问题内蒙古呼集路大滑坡11（2）坍滑路基施工中到处可见，路堤坍塌多发生在路肩，坍壁一般不超过1米，宽几米或十几米不等；路堑坍塌较严重，多发生在堑顶，坍壁一般高2～3米，宽为几十甚至达到百米。膨胀土及其工程

8、问题12（3）溜坍路堤一般在坡腰和坡脚发生，厚度多小于1米，路堑多在已剥落、冲蚀或臌胀的坡面上产生，高度和长度均在数米内，厚多在0.2～0.6米，在长路堑边坡中也可见多个溜坍体连成的溜坍裙。膨胀土及其工程问题13（4）结构物破坏由于膨胀土胀缩变形和膨胀力作用，挡墙推移，墙身被剪断，涵洞基础下沉开裂，洞身断裂或涵底隆起，桥台开裂，桥梁锥坡和挡墙开裂外移。膨胀土及其工程问题14水泥路面纵向开裂膨胀土及其工程问题（5）路面变形、开裂和断板沥青路面变形（一）膨胀土路堤设计边坡高度不大于10