膨胀土工程特性、渠坡破坏机理及防治对策

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1、膨胀土（岩）研究现状及科技支撑计划项目研究情况（膨胀土工程特性、渠坡破坏机理及防治对策）水利部长江勘测技术研究院2012年3月15日膨胀土特性1.膨胀土的物质组成与膨胀破坏机制12.膨胀土的超固结性与开挖卸荷反应73.膨胀土的结构特性94•膨胀土水文地质及其对工程影响105•膨胀土裂隙特点及其工程意义14二、膨胀土渠坡变形破坏机理181.膨胀土渠坡破坏模式182•结构面控制型滑坡机理20三、膨胀土渠道滑坡防治对策研究211•国内外膨胀土渠道工程的经验教训212.膨胀土渠坡稳定措施的要点243.坡面保护一形成与外部环境相对隔绝的封闭环境254.坡顶防渗一防止雨水和地表水进入坡体内部

2、265.工程抗滑一防止软弱面贯通或进一步软化276.坡脚防护一应力集中区和易软化区加固277.柔性支扌专+地下地表排水28四、渠道抬升变形机理与防治281.抬升变形机理282•抬升变形的时效性293.抬升变形控制29五、十二五国家科技支撑计划膨胀土处理技术研究简介301•课题组成及研究内容301.课题进展及预期要解决的问题31、膨胀土工程特性1・膨胀土的物质组成与膨胀破坏机制膨胀土是一种吸水膨胀软化、失水收缩开裂的特殊粘性土，这一特性常造成低层建筑物开裂变形，造成开挖边坡发生滑动破坏。此外,其反复胀缩变形及引起的强度衰减还对工程的长期安全运行构成隐患。矿物及化学成分和微观结构是膨

3、胀土胀缩特性的内在因素。膨胀土的粘土矿物主要为蒙脱石、伊利石和高岭石等，但胀缩特性主要由亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石决定，它具有较大的比表面及阳离子交换量，在与水和互作用过程中，能吸水引起粒间膨胀及矿物晶体膨胀。粘土矿物在微观下具有不同的形状、排列方式及定向性等，不同的微观结构具有不同的膨胀特性。对膨胀土蒙脱石含量和阳离子交换量的测定，可以作为膨胀特性评判的依据之一。(1)膨胀土颗粒组成我国膨胀土中含有较多的粘粒，一般粘粒含量高达35%以上，常属高分散性土，见表1-1。在同一地质单元或地貌单元区，粘粒含量与土的膨胀性有一定相关性，总体上两者间呈正相关。但在不同地质单元区之间，粘粒

4、含量与土体膨胀性之间相关性不明显，见图1・1。表1-1我国部分水利工程膨胀土颗粒成分序号丄程名称地区粒级含屋>0.05mm0.05-0.005mm<0.005mm<0.002mm1新汴河排安徽宿104644262高级渠河花邯113950303南湾灌渠河南信74053324漳河总干湖北荆84745375东风灌渠四川成64450406那板干渠广西上73558427南盛引水广东茂74647288西大沟引■0■■云南蒙■34057389花溪水库贵州贵930613610引嫩工程黑宠江732613711引丹五干湖北襄550452812岳城水库河寸匕磁6276741（据刘特洪，1998）140

5、120°_。试验段。南阳盆地01111'203040506070粘粒含量/%图南阳膨胀土试验段及南阳盆地膨胀土（岩）粘粒含量与膨胀性关系（2）矿物组成膨胀土的矿物成分包括粘土矿物和碎屑矿物。影响膨胀土特性的是粘土矿物比例和成分。矿物成分测定主要利用X射线衍射法（简称XRD法oXRD法是通过粘土矿物X射线衍射图谱，采用专用程序并根据粘土矿物29角强度和波峰宽度定量计算粘土矿物含量的方法。膨胀土的碎屑矿物主耍成分为石英和长石，少量为方解石和赤铁矿。碎屑矿物的特点是物理、化学性质稳定或较稳定，这也是为什么膨胀土中掺砂、掺粉煤灰能够改变其膨胀性的原因。粘土矿物中，蒙脱石含量的多少是决定土

6、体膨胀潜势的关键。南阳盆地灰绿色膨胀土蒙脱石含量最高，占30%〜50%；棕红色、赤红色膨胀土蒙脱冇含量次之，占25%〜30%；褐黄色、黄褐色、棕黄色膨胀土蒙脱石含量占11%〜25%；灰褐色膨胀土蒙脱石含量最低，占7%〜15%我国的膨胀土主耍分布在侏罗系、白垩系、第三系和第四系。长江流域中下游地区侏罗系层间软弱夹层富含蒙脱石矿物，常常发育成为大型或巨型滑坡的滑带，如重庆万州一系列水平滑坡、嘉陵江流域众多的水平滑坡、云阳等地的巨型岩质滑坡。U!新近世（N）粘土岩普遍具有屮一强膨胀性，特别是灰绿色、灰口色粘土岩蒙脱石含量高、颗粒细腻，膨胀性强，膨胀力大。第膨胀土的矿物成分、膨胀性具有强

7、烈的随机性。总地看，湖泊相或河湖相沉积的膨胀土蒙脱石含量相对较高，冲积、冰积膨胀土蒙脱石含量较小；具有红土特性的残坡积膨胀土蒙脱石含量较高。从膨胀土的化学成分Si/Al比也可间接判断矿物成分。（3）阳离子交换量引起膨胀土膨胀的主要矿物是蒙脱右，蒙脱右层间含有可交换性阳离子，阳离子交换量可以大致反映膨胀土中蒙脱石粘土矿物的近似含量。阳离子交换量依据国标《膨润土》(GB/T20973—2007)的原理,用氯化顿溶液处理膨胀土，顿离子与膨胀土屮交换性阳离子发生等量交换，膨胀土中交换性顿