膨脹岩土

膨脹岩土又叫脹縮土是一種特殊土，它是在地質作用下形成的一種主要由親水性強的粘土礦物組成的多裂隙並具有顯著膨脹性的地質體。由於其在土體中雜亂分布的裂隙及反覆脹縮變形造成強度衰減的特性，所以常常給人類的工程建築帶來嚴重破壞，造成許多地質災害。美國工程界稱膨脹土是“隱藏的災害”。日本工程界稱膨脹土是“難對付的土”、“問題多的土”。我國膨脹土造成的災害更是觸目驚心，我國由於膨脹土地基致害的建築面積達1000萬m2以上，公路工程中因膨脹土發生的邊坡失穩、路基變形、路面破壞、構造物開裂、倒塌等公路病害造成的經濟損失也是十分巨大的。因此，研究膨脹土的工程性質，切實做好其工程勘察、設計與施工是確保工程建設質量的關鍵，忽視其中任何一個環節都將給工程帶來隱患。

基本介紹

• 中文名：膨脹岩土
• 別名：脹縮土
• 始於：20世紀50年代
• 類型：一種特殊土

研究歷史

對膨脹土的研究，始於20世紀50年代，重點是兩個方面：其一，對建造在膨脹土地基上的建築物、構築物的變形和破壞事故進行分析，提出地基加固處理和建築物修復的措施；其二，對膨脹土的成分、結構和工程性質進行研究，以探討膨脹土的變形機理。

自1956年第一屆國際膨脹土會議以來，已召開了七屆膨脹土國際會議。我國鐵路部門在上世紀60-70年代的鐵路建設中，不斷遭遇路塹、路堤的滑塌，特別是焦(作)枝(江)鐵路更是病害不斷。

為此70年代後，在全國範圍內開展了有組織、有計畫的膨脹土研究工作。召開了兩次全國性膨脹土地基設計專題研究學術會議，1990年在成都召開了全國首屆膨脹土科學研討會，出版了論文集。李生林等根據大量研究成果，出版了《中國膨脹土工程地質研究》一書，高國瑞在《近代土質學》一書中也對膨脹土的微結構進行了研究。劉特洪則主要根據南水北調中線工程的研究與實踐，出版了專著《工程建築中的膨脹土問題》。建設部1987年發布了國家標準《膨脹土地區建築技術規範》(GBJ 112--87)。交通部出版的《公路路基設計規範》、《公路路基施工技術規程》及《路基》設計手冊等，對膨脹土也作出了相應的規定。當前國際上主要將膨脹土的研究納入非飽和土的研究範疇。重點研究其作為非飽和土的各種特性，如吸力、土一水特徵關係、滲透性、體積與強度變化及氣候環境的影響等。

土壤成分

膨脹土的粘粒成分主要由強親水性礦物蒙脫石和伊利石組成。在自然條件下，多呈硬塑或堅硬狀態，顏色為黃、紅、灰白色，裂隙發育，常見光滑面和擦痕。其吸水膨脹、失水收縮並且反覆變形的性質，以及土體中雜亂分布的裂隙，對路基、輕型建築、機場、岸坡及堤壩等都有嚴重的破壞作用。

膨脹岩土乾時堅硬，遇水軟化，在自然條件下多呈堅硬、硬塑狀態，結構緻密，自由膨脹率一般大於40%，呈棱形土塊者常具有脹縮性，棱形土塊越小，脹縮性越強。土內分布有裂隙，裂縫發育，方向不規則，常有光滑面和擦痕，裂縫中常充填灰白、灰綠色粘土。膨脹岩土多為細膩的膠體顆粒組成，斷口光滑，土內常包含鈣質結核和鐵錳結核，呈零星分布，有時也富集成層。

分布範圍

膨脹土在世界範圍內廣泛分布，據統計，其實際分布範圍已遍及六大洲約奶多個國家和地區。美國一半的國土面積分布有膨脹土，處理膨脹土危害費用高于震害數倍。世界上典型膨脹土的成因類型大致可歸納為殘積、沖積、湖積、洪積、坡積及混合相，個別地區還有冰水成因，其中的殘積、沖積、湖積成因分布較普遍。在我國膨脹土也有相當廣泛的分布，其成因和分布見表

膨脹岩土相關會議

多分布在二級及二級以上的階地、山前丘陵和盆地邊緣，地形坡度平緩，無明顯的自然陡坎。在流水作用下的水溝水渠，常易崩塌、滑動而淤塞。

分布在溝谷頭部、庫岸和路塹邊坡上的膨脹土常易出現淺層滑坡，新開挖的路塹、邊坡、基槽，旱季常出現剝落，雨季則出現表面滑塌。膨脹土分布地區還有一個特點，即在旱季常出現地裂，長可達數十米至近百米，深數米，雨季閉合。

土壤分類

膨脹岩土場地，按地形地貌條件可分為平坦場地和坡地場地。符合下列條件之一者應劃為平坦場地：

1地形坡度小於5°，且同一建築物範圍內局部高差不超過1m；

2地形坡度大於5°小於14°，與坡肩水平距離大於10m的坡頂地帶。

不符合以上條件的應劃為坡地場地。

地質測繪

調查

1查明膨脹岩土的岩性、地質年代、成因、產狀、分布以及顏色、節理、裂縫等外觀特徵；

2劃分地貌單元和場地類型，查明有無淺層滑坡、地裂、沖溝以及微地貌形態和植被情況；

3調查地表水的排泄和積聚情況以及地下水類型、水位和變化規律；

4蒐集當地降水量、蒸發力、氣溫、地溫、乾濕季節、乾旱持續時間等氣象資料，查明大氣影響深度；

5調查當地建築經驗。

勘察

1勘探點宜結合地貌單元和微地貌形態布置；其數量應比非膨脹岩土地區適當增加，其中採取試樣的勘探點不應少於全部勘探點的1/2；

2勘探孔的深度，除應滿足基礎埋深和附加應力的影響深度外，尚應超過大氣影響深度；控制性勘探孔不應小於8m，一般性勘探孔不應小於5m；

3在大氣影響深度內，每個控制性勘探孔均應採取Ⅰ、Ⅱ級土試樣，取樣間距不應大於1．0m，在大氣影響深度以下，取樣間距可為1．5～2．0m；一般性勘探孔從地表下1m開始至5m深度內，可取Ⅲ級土試樣，測定天然含水量。

試驗

1自由膨脹率；

2一定壓力下的膨脹率；

3收縮係數；

4膨脹力。

重要的和有特殊要求的工程場地，宜進行現場浸水載荷試驗、剪下試驗或旁壓試驗。對膨脹岩應進行粘土礦物成分、體膨脹量和無側限抗壓強度試驗。對各向異性的膨脹岩土，應測定其不同方向的膨脹率、膨脹力和收縮係數。

工程評價

1對建在膨脹岩土上的建築物，其基礎埋深、地基處理、樁基設計、總平面布置、建築和結構措施、施工和維護，應符合現行國家標準《膨脹土地區建築技術規範》（GBJ112）的規定；

2一級工程的地基承載力應採用浸水載荷試驗方法確定； 二級工程宜採用浸水載荷試驗；三級工程可採用飽和狀態下不固結不排水三軸剪下試驗計算或根據已有經驗確定；

3對邊坡及位於邊坡上的工程，應進行穩定性驗算；驗算時應考慮坡體內含水量變化的影響；均質土可採用圓弧滑動法，有軟弱夾層及層狀膨脹岩土應按最不利的滑動面驗算；具有脹縮裂縫和地裂縫的膨脹土邊坡，應進行沿裂縫滑動的驗算。