公路膨胀土的判别与分类研究

公路膨胀土的判别与分类研究
公路膨胀土的判别与分类研究
【摘要】：膨胀土是一种具有特殊性质的土，其处理技术难度、处理工程量和投资都比较大，膨胀土在我国很多省份都有分布，地域比较广泛。

为了保证道路在较长时间内路基的稳定和路面的平整度，达到安全、舒适行车的目的，就必须解决因膨胀土造成的一系列工程质量问题。

本文意在从膨胀土的基本论述引申到膨胀土的判别与分类研究，为进一步解决这类问题而著有帮助。

【关键词】：公路膨胀土；判别；分类
[ Abstract ]: This paper is from the expansive soil basic argument extended to the identification and classification of expansive soils research, to further solve the problem with help.
[ Key words ]: highway swelling soil; discrimination; classification
中图分类号：X734文献标识码：A文章编号：
前言：
膨胀土为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。

常使建筑物产生不均匀的竖向
或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等；地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。

一般于建筑物完工后半年到五年出现。

影响土的膨胀性的主要矿物是蒙脱石，我国最早遇到粘土膨胀危害的公路工程是在50年代的成渝铁路工程中。

直到80年代，我国才制定了膨胀土地区的建筑技术规范。

膨胀土的判别
膨胀土的判别，一直是工程界最为关心的问题。

长期以来，人们在这方面做出了不懈的努力并提出了许多相关的判别方法。

这里我们就总结一下对膨胀土的判别与分类相关的研究成果做一简要回顾，希望有利于今后的研究。

膨胀土的判别应根据工程地质特征及土的自有膨胀率等指标综
合判定。

判断膨胀土的标准有：建筑物的裂缝会随气候的变化而闭合或者张开；多出现在二级或者超过二级的盆地边缘、山前丘陵、阶地等，一般无明显自然陡坎且地势平缓处；常见于新开挖坑槽壁、浅层滑坡、地裂等易坍塌处；又或者自由膨胀率大于等于40%的土。

判别方法一般有二：第一类是间接指标法，即用塑限、塑性指数、自有膨胀率、液限、粘粒含量作为分类的标准，间接指标法进行分类虽不那么直观，但试验方法具有科学性，同时具有简单易行的条件。

第二类是直接指标法，即用收缩量的大小、膨胀量或者矿物成分的多少作为分类标注。

该方法进行分类虽然比较直观，但试验方法均比较复杂，并且要求试验人员具有较深的专业知识和较高的实验技能，它与间接指标比对，需要土的性质和土的初始含水量等直接的关系，所以在工程中的膨胀土还是以间接指标法为宜。

1.1塑性指数
土粒与水作用所形成的结合水的变化结果形成了土的胀缩性，土的液限含水量大体上与土的胀限含水量相当，而缩限则大体上相当于塑限，并略低于塑限。

影响收缩性能与土的膨胀的主要是浓差渗透吸附结合水。

而塑性指数和浓差渗透吸附结合水的数量也大致相同，其变化幅度主要取决于液限的高低。

因此，塑性指数是反应膨胀性能的很重要的一个指标。

1.2自由膨胀率
自由膨胀率的大小受试验方法的影响很大，如量筒大小、凝聚剂施加与否、搅拌方法、搅拌次数、土样制备、侵润时间等。

虽然诸多影响，但试验表明，自有膨胀率作为膨胀土判别指标还是可行的，特别是它具有简便快捷的特点。

自有膨胀率的值取决于土的物质组成，并且在无结构力影响下，可初步评价粘性土的膨胀性。

1.3液限
土粒与水的相互作用是反映土的界限含水量的灵敏指标之一，在一定程度上反映了土的亲水性能。

对于具有高收缩性与高塑性的粘性土，液限越低，塑限越高，则土的膨胀潜势就越小。

采用界限含水量特征值，作为膨胀土的判别指标是可行的，而且也是一个重要指标。

1.4小于0.005粘粒含量
粒度成分是反映膨胀土物质组成的基本特性指标，土中小于
0.005mm的粘粒成分分含量越高，表明蒙脱石成分较多，分散性好，比表面积大，新水性强，膨胀性越大。

所以采用土中粘粒含量指标，也可以用来进行膨胀土的判别。

膨胀土的分类
2.1《铁路工程特殊岩土勘察规程》分类法。

铁道部在2002年制定的行业标准规定，膨胀土的判别一般分为初判和详判。

初判时，土的颜色、土质、现场地貌、结构以及自然地质现象符合膨胀土的现场宏观特征，应判为膨胀土。

详判时，采用自由膨胀率、蒙脱石含量与阳离子交换量三项指标来判定。

2.2风干含水量法
该方法是由谭罗荣教授提出的一种新的膨胀土判别分类图。

这种方法因为离散型比较大，所以在实际工程应用中不容易控制，这里就先不说了。

2.3多指标数学式判别与分类法
主要采用逐步回归分析与主因子分析等数学方法，从而建立起综合指标数学式来进行判别与分类，有四因子判别函数式、多变量数学统计法、多元线性函数判别法等。

其他一些学者提出采用应用模糊数学和灰色理论、多个指标以及专家系统进行膨胀土胀缩等级判别。

2.4塑性图判别与分类法
该方法是由卡萨格兰首先提出，再由李生林教授做出了深入的研究。

该图的横轴直角坐标是液限，纵轴是塑性指数。

运用塑性图联合使用塑性指数与液限来判别膨胀土，不仅能够在一定程度上反应控制形成胀塑性能的浓差渗透吸附结合水的发育程度，而且能反映直接影响胀塑性能的物质组成成分。

2.5规范判别分类法
国家标准“膨胀土地区建筑技术规范”提出了按膨胀土的工程地质特征进行初判，再按照自由膨胀率大小划分膨胀土的膨胀潜势方法。

因为自由膨胀率在测试过程中的人为因素干扰甚多，这就表明用标准量筒量取的密度相差过多，即使使用了同一种土壤，人为的因素对于土的碾细也会使土样的质量存在较大的差别。

因而对于该指标的可靠性以及能在多大程度上反映膨胀土等方面一直存在较大争议。

所以其结果不能完全代表土质的真正膨胀潜势。

2.6最大胀缩性指标分类法
这个方法是柯尊敬教授按照最大胀缩性指标进行分类的，他主张：土的粒度组成和矿物成分，以及宏观与微观结构特征的影响，同时能够消除密度状态和土的温度的影响，也就是不随密度状态和土湿度的变化而变化，而且还要适应胀塑土各向异性的特点。

2.7多指标综合判别分类法
根据液限、线胀缩率与粘粒含量，以及离子交换与比表面积进行分类。

这些指标对强度特性和土的膨胀性都有重要影响，特别是比表面积能够反映含有粘土矿物的土体，比表面积增大，颗粒表面自由能亦增加，颗粒与介质溶液之间作用更强，是颗粒间水化膜厚度增大，从而降低了土体强度。

2.8南非威廉姆斯分类标准
该标准提出联合使用塑性指数以及小于2微米颗粒的成分含量作图对膨胀土进行判别分类，分为极高、高、中等、低等4级。

2.9《公路路基设计规范》分类
该分类提出按照塑性指数和标准吸湿含水量进行分类和判别的方法。

标准吸湿含水量是在标准温度和标准相对湿度下，膨胀土试样恒重后的含水量。

标准吸湿含水量与阳离子交换量、蒙脱石含量、比表面积等含量之间存在近似线性的关系。

标准吸湿含水量是近些年来刚刚提出的一个指标，该含水量与阳离子交换量、蒙脱石含量、比表面积之间的相关联系仅进行了局部范围的适用性验证，还未进行大范围的验证，那么作为膨胀土的判别与分类指标还需要广泛的试验工作。

3、结束语
膨胀土是影响道路及其他建筑物的一种特殊土质，在实际工程中如果处理不当，其破坏力是巨大的。

解决膨胀土的问题，应该从影响其物理、力学性质变化的内在因素和外在因素上考虑，结合工程具体实际，采用较为合适的处理方式。

膨胀土的判别与分类是一个目前还没有很好解决的复杂问题。

开展膨胀土判别与分类方法研究具有重大工程价值。

笔者对膨胀土的判别与分类相关研究成果做了简要回顾，这些方法判别精度高，可靠性强。

为进一步解决这类问题而著有帮助。

参考文献：
【1】膨胀土快速判别及分类方法研究鞠佳伟《长江科学院》 2011年
【2】徐晗;黄斌;何晓民;;膨胀岩工程特性试验研究[A];2007重大水利水电科技前沿院士论坛暨首届中国水利博士论坛论文集[C];2007年
【3】贺洁;膨胀土分类方法探讨以及抗剪强度的试验研究[D];
大连理工大学;2001年
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