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CaΟ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。膨胀土体的含水量随季节变化而变化，也随丰水年和枯水年的变化而变化。土体含水量的这种周期性的变化，导致土体周期性的膨胀和收缩。

埋藏深度：膨胀土体埋藏深度对胀缩幅度也起控制作用。研究表明，膨胀土的埋藏深度（非膨胀土覆盖厚度）如果大于3m，则对膨胀土体的胀缩起缓冲作用。建筑物不致遭其破坏；如果小于3M，则建筑物可直接遭受土体胀缩力的破坏。

各力学参数：膨胀土的胀缩性除了受土体自身的黏土矿物成分及含量控制外，土体的基质吸力及含水量的变化也是重要因素。通过室内试验测得遂宁膨胀土的部分物理力学参数[1,9]，遂宁膨胀土的黏土矿物成分。可看出遂宁膨胀土属于中等强度膨胀性的黏土，黏土矿物主要有伊利石，其次是蒙脱石，还有少量的高岭石、水云母和绿泥石等。

2.2 将土样制成试件后对膨胀土进行如下实验

2.2.1 用烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法检测含水率，该试验采用烘干法进行。

2.2.2 由于所取試样含有大量疆石易破裂，且形状不好控制，因此采用蜡封法测定试样密度。

2.2.3 所谓膨胀率，是指试样在有侧限条件下浸水后的竖向膨胀量与试样原高度之比。膨胀含水率是指土样在膨胀稳定后的含水率。本试验是以无荷载膨胀率试验。

2.2.4 膨胀力是土体在吸水膨胀时产生的内应力。本试验用于测定试样在体积不变的情况下由于膨胀所产生的最大内应力，采用加荷平衡法。

2.2.5 自由膨胀率为松散的烘干土粒在水中和空气中分别自由堆积的体积之差与在空气中自由堆积的体积之比，以百分数表示，用以判定无结构力的松散土粒在水中的膨胀特性。

2.2.6 液、塑限联合测定法根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。锥下沉深度为10mm（或17mm）所对应的含水率即为液限，圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限。

2.2.7 该试验采用变水头渗透试验，是指通过土样的渗流在变化的水头压力影响下进行的渗透试验。

2.2.8 直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定土的抗剪强度的一种方法，通常是4个试样，在不同的垂直压力P下施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力 ，根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角 和黏聚力c。

2.2.9 包括地基土在外荷作用下，水和空气逐渐被挤出，土的骨颗粒相互挤聚，因而引起土的固结，试验目的是测定一般黏性土在侧限条件下受荷时的稳定固结量及固结过程，绘制固结曲线，从而求出土的固结系数a和固结模量Es。

2.3 实验成果

进行了一定数量的室内土工试验，得到了膨胀土各项性能指标，结论如下：

2.3.1 从物理性能来看，该膨胀土属高黏性细粒土，含水率一般在24％～29％之间，有的已经达到33%,含水率较大；密度在1.7g/cm3～1.9g/cm3之间；液限为48.7，塑限为27.2。因此这种土具有较大的收缩潜势。

2.3.2 通过固结试验（以压力为100Kpa～200Kpa为例）和直剪试验（见试验部分），可以得到以下结论：

通过直剪试验可以知道，膨胀土的抗剪强度较低，因此在工程建设中要考虑这方面的问题。

2.3.3 通过渗透试验得知，该类膨胀土的渗透系数较大，可能有下面几个方面的原因：一是土的粒度成分及矿物成分 ，该类膨胀土虽属细粒黏性土。

2.3.4 另外膨胀率试验、膨胀力试验、自由膨胀率试验和收缩试验，可以得出：

（1）在土样的天然含水率较大的情况下，土体的膨胀性不是很强，其膨胀率和膨胀力都较小。

（2）该类土的自由膨胀率较大,从最低54.3％，最高74.0%，属中强膨胀土

（3）该土体的胀缩性非常强，其线缩率（es）由5.369%-8.021%，工程性质很差

参考文献

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[2]陈希哲.土力学与地基基础（第四版）[Ａ].北京：清华大学出版社，2004

[3]袁聚云.土工试验与原理[Ａ].上海：同济大学出版社，2003

[4]李健,孙英学.高等级公路工程中的膨胀土研究[J].水利水电科技进展,1998,2(1):41-44

[5]杨元明等.工程中土的流变特性及其应用[Ｍ].西安：西安地图出版社，2006：1-122

作者简介：

韩烈，男，1989-1-30，籍贯：湖北武汉黄陂，本科，研究方向：土木工程