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膨胀土的判别与分类

2021-01-06 05:11 作者:1980彩平台 点击:

  膨胀土的判别与分类 路基土工 2008-05-03 20:02 阅读 19 评论 0 字号: 大 中 小 膨胀土的判别与分类 --摘自西部项目《膨胀土地区公路勘察设计技术研究》研究成果 膨胀土在我国大部分地区均有分布。膨胀土的胀缩性直接影响着建筑物的安全性,它不 仅造成房屋成群开裂,公路、铁路塌方,而且可导致膨胀土边坡产生表层浅滑现象,造 成农田水利设施的破坏,影响人们的生活环境。因此,在工程地质勘察中,必须正确地 识别膨胀土与非膨胀土,准确地判定膨胀土的胀缩性等级,这有助于合理进行拟建建筑 物的设计与地基处理,对保障建筑物安全与人们的生活环境具有非常重要的意义。 一、膨胀土的定义 1996 年《公路路基设计规范》(JTJ013-95)的膨胀土定义是:“膨胀土系指土中含有较 多的粘粒及其亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分,它具有遇水膨胀,失水收 缩,是一种特殊膨胀结构的粘性土。”从这个定义上来看,膨胀土的主要特性是膨胀和 收缩。但膨胀和收缩是一个十分复杂的问题,不仅仅是遇水膨胀和失水收缩这么简单。 在增加溶液电解质浓度的情况下,即使是遇水,膨胀土也会产生收缩现象。因此,膨胀 土的膨胀和收缩是在水和电解质共同作用下的结果。另外,定义中指出土中含有较多的 亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分的说法也不确切。如果膨胀土中仅含伊利 石显示不出膨胀土具有较强的膨胀与收缩特性,伊利石的亲水性仅为蒙脱石的十分之 一。膨胀土的胀缩特性主要是由亲水性粘土矿物蒙脱石决定的。因此,《膨胀土地区建 筑技术规范》(GBJ112-87)给出的膨胀土的定义更为恰当:“膨胀土应是土中粘粒成分 主要由亲水矿物组成,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。” 二、膨胀土判别指标 要鉴别某种土是否属于膨胀土,应根据本身的固有属性来进行区分,只有内在的主要固 有属性才是控制膨胀土工程特性的决定性因素;至于在膨胀土地区各种建筑物的稳定程 度,只能用作辅助的判别。所以对膨胀土的判别原则,首先应从工程地质观点出发,分 析土体的裂隙特征,概括出能反映膨胀土工程性质的实际情况,能代表膨胀土规律的主 要指标。 能否充当膨胀土的判别指标,主要看它能否满足以下三个条件: 能反映膨胀土的本质; 指标的测定简单便捷; 指标数据可靠,重现性好 。 可能用来判别膨胀土的指标分述如下: (1)界限含水量 反映土粒与水相互作用的灵敏指标之一,在一定程度上反映了土的 亲水性能。它与土的颗粒组成,粘土矿物成分,阳离子交换性能,土粒的分散度和比表 面积,以及孔隙水溶液的性质等有着十分密切的关系。通常有液限、塑限、缩限三个定 量指标。 (2)胀缩总率 反映膨胀土粘土矿物成分和结构特征。 (3)粒度成分 反映膨胀土物质组成的特性指标。 (4)自由胀缩率 反映土中细粒含量的多少,或土样的分散程度。 (5)标准吸湿含水率 不仅依赖于土样中细粒(特别是小于 1mm 粒径的胶粒)含量, 更依赖于土中粘土矿物种类。 (6)比表面积和阳离子交换量 可以大致反映膨胀土中蒙脱石粘土矿物的近似含量。 (7)矿物成分 当膨胀土蒙脱石的含量达到 5%时,即可对土的胀缩性和抗剪强度产生 明显的影响,倘若蒙脱石含量超过 20~30%时,则土的胀缩性和抗剪强度基本上全由 蒙脱石控制。 (8)膨胀力、最大线缩(体缩、膨胀)率。 (9)抗剪强度。 三、膨胀土判别分类标准 通过对我国有关膨胀土地区的测试与研究,结合有关专家提出的观点,课题组提出了如 下判别分类标准: 1、膨胀土应为土中粘粒含量较多,主要由亲水性粘土矿物所组成,具有显著的吸水膨 胀和急剧的失水收缩开裂,并能产生多次循环胀缩变形,受气候影响强度急剧衰减的粘 性土,应判定为膨胀土。 2、膨胀土判别应根据现场定性和室内定量两者相结合。按下列方法进行初判和详判: 1)可根据下列膨胀土的工程地质特征表现进行初判: ① 土的颜色为灰白、灰绿色,棕、红、灰色、黄褐色等等。 ② 网状裂隙极发育,有蜡面,易风化呈细粒状,鳞片状隙发育,常有光滑面和擦痕, 有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。 ③ 粘土细腻,滑感特强以为主,粘土中含有少量粉砂,滑感较强,含较多钙质或铁锰 结核,以钙质结核为主,在旱季呈坚硬或硬塑状态,在雨季粘滑。 ④ 出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带,地形平缓,无明显自然陡 坎。 ⑤ 坡面常见浅层溜坍,滑坡,地面裂隙。当坡面有数层土时,其中膨胀土层往往形成 凹形坡。新开挖(槽)壁易发生坍塌等。 ⑥ 浅层基础的单层或多层建筑物出现裂缝,且建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。 2)膨胀土详判应采用自由膨胀率、标准吸湿含水率、塑性指数三项指标。 表 1. 膨胀土的详判指标 名 称 判定指标 自由膨胀率 Fs(%) Fs≥40 标准吸湿含水率 (%) ≥2.5 塑性指数 ≥15 注:分类以标准吸湿含水率为控制指标,只有当未进行标准吸湿含水率指标试验时, 可参考用自由膨胀率和塑性指数指标对膨胀土进行分类。 3、膨胀土的膨胀潜势,应按表 2 分为强、中、弱三级。 标准吸湿含水率能很好地反映膨胀土的矿物组成特性,塑性指数能很好地反映粒度组 成、分散特性和阳离子与粘土矿物的相互作用,考虑到对以前分类成果的继承性,选用 标准吸湿含水率、塑性指数和自由膨胀率三个参数对膨胀土进行分类。考虑文献中膨胀 土分类界限值,提出如表 2 分类标准。 表 2. 膨胀潜势的分级 非膨胀土 弱膨胀土 中等膨胀土 强膨胀土 自由膨胀率 (%) <40 40≤ <60 60≤ <90 ≥90 标准吸湿含水率 (%) <2.5 2.5≤ <4.8 4.8≤ <6.8 ≥6.8 塑性指数 (%) <15 15≤ <28 28≤ <40 ≥40 注:表中“非膨胀土”并不是说该土没有膨胀性,只是其胀缩特性尚达不到定义为“膨胀 土”的程度。 表 2 为膨胀土的分类标准,分类以标准吸湿含水率为控制指标,只有当未进行标准吸湿 含水率指标试验时,可参考用自由膨胀率和塑性指数指标对膨胀土进行分类。

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