膨胀土
膨胀土知识
膨胀土知识简介1膨胀土的研究意义膨胀土是粘粒成分主要由亲水矿物(主要是蒙脱石、伊利石、高岭石等)组成，液限大于40%，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土。
在自然条件下，一般多呈硬塑或坚硬状态，具黄、红、灰白等色，裂隙较发育，常见光滑面和擦痕。
膨胀土分布广泛，在世界六大洲的40多个国家都有分布。
自1938年美国开垦局在俄勒冈州的一例基础工程中首次认识了膨胀土问题，膨胀土开始引起人们的关注。
由于它具有显著的胀缩性，存在较多裂隙软弱面，常常给膨胀土地区的工程建设造成严重的破坏，给人民的财产造成巨大的损失。
膨胀土给工程建筑带来的危害，既表现在地表建筑物上，也反映在地下工程中。
它不仅包括铁路、公路、渠道的所有边坡、路面和基床也包括房屋地基；甚至还包括这些工程中所采取的稳定性措施如护坡、挡土墙和桩等。
以至从某种意义上讲，膨胀土对工程建筑的危害是无所不包的[1]。
这种危害往往是长期的、渐进的、潜在的，有时是难以处理的，美国工程界称之为“隐藏的灾害”。
据统计，美国由于膨胀土造成的损失平均每年高达20亿美元以上，已超过洪水、飓风、地震和龙卷风所造成的损失的总和，全世界每年造成的损失达50亿美元以上。
我国是膨胀土分布广、面积大的国家之一，先后己有20多个省市发现有膨胀土，其中主要分布在河南、湖北、广西、云南等省（见图1－1），在内蒙、东北等地也有发现。
早在五六十年代，就因其工程问题引起人们对它的重视。
我国由于膨胀土地基致害的建筑面积达1000万m2左右，铁路、公路及建筑物受到的危害也很严重。
南水北调中线工程将穿过三百余公里的膨胀土地区，膨胀土渠坡的稳定问题对工程的正常运行至关重要。
研究解决膨胀土边坡稳定问题具有实际意义。
我国膨胀土主要分布中西部地区，见表1－1。
长江流域的长江、干支流水系等地区是我国膨胀土分布比较广泛和集中的地域之一（见图1－1）。
从第三纪(N2)至第四纪下更新统(Q1 )、中更新统(Q2)和上更新统(Q3)都沉积了厚度不等的各种成因类型的膨胀土。
膨胀土渠道处理施工
总结经验教训
在施工完成后，应对整个施工过程进行总结，总结经验教训，为 今后的施工提供参考。
05
工程实例分析
工程概况与处理方案
工程背景
某地区有一条长约10km的膨胀土渠道，由 于土质问题，经常出现渠道损坏和渗漏，影 响周边农田灌溉和居民生活。
处理方案
经过勘察和分析，决定采用换填法和水泥土 搅拌桩法两种方法进行渠道处理。换填法适 用于浅层且厚度较小的膨胀土，水泥土搅拌
桩法则适用于深层且厚度较大的膨胀土。
处理施工过程及效果
要点一
换填法
首先将膨胀土挖除，然后分层铺筑灰土垫层，每层厚度 不超过300mm，用平板振动器进行振捣，确保垫层密 实。处理后，渠道的渗漏问题得到了明显改善。
水泥土搅拌桩法是一种通过将水泥和土混合搅拌制成桩体，以提高土壤强度和减少膨胀变形的方法。
详细描述
水泥土搅拌桩法是将水泥和土混合搅拌制成桩体，通过打桩将桩体压入膨胀土中，以增加土壤强度并减少膨胀 变形。该方法适用于深层膨胀土处理，具有较好的处理效果。
其他处理方法
总结词
除上述方法外，还有多种膨胀土处理方法 ，如灰桩法、灰砂桩法、砂桩法等。
膨胀土渠道处理施工
2023-11-07
目 录
• 膨胀土概述 • 膨胀土处理施工技术 • 膨胀土渠道处理方案设计 • 膨胀土渠道处理施工质量控制 • 工程实例分析 • 研究展望与未来发展趋势
01
膨胀土概述
膨胀土的定义与特性
定义
膨胀土是一种具有特殊性质的粘土，主要由亲水性强的粘土矿物组成，具有 明显的吸水膨胀和失水收缩特性。
影响
膨胀土的含水量变化会引起地面的季节性涨落，对道路、桥梁等基础设施造成危 害。
膨胀土介绍课件
按工程性质分类：膨胀土路基、膨 胀土边坡、膨胀土地基等
2
膨胀土的工程问题
1
2
膨胀土的膨胀 和收缩特性导 致地基不稳定， 影响建筑物的 稳定性和安全 性。
膨胀土的吸水 性强，容易导 致地下水位上 升，影响地下 设施和建筑物 的使用寿命。
采用结构改良：通过调整建筑物的结构，如采用桩 基础、筏板基础等，降低膨胀土对建筑物的影响
膨胀土的防治效果评估
01
膨胀土的防治措 施包括物理、化
学和生物方法
02
物理方法包括 排水、压实、
填筑等
03
化学方法包括添 加稳定剂、改良
剂等
04
生物方法包括种 植植被、微生物
改良等
05
防治效果评估需 要考虑膨胀土的 变形、强度、稳
定性等因素
06
评估方法包括现 场监测、实验室 试验、数值模拟
等
吸水率等指标来衡量膨胀土 收缩应力等指标来衡量膨胀
的水文特性
土的收缩特性
膨胀土的工程性质测试对于工程设计和施工具有重 要意义，可以帮助工程师更好地了解膨胀土的特性， 从而采取相应的措施来防止膨胀土引起的工程问题。
4
膨胀土的防治原则
因地制宜：根据 不同地区的膨胀 土特性，制定相
应的防治措施
综合治理：采取 多种措施，如工 程措施、植物措 施等，综合治理
膨胀土防渗：膨 胀土防渗材料的 选择和应用
膨胀土地基：膨 胀土地基的处理 方法和施工技术
膨胀土环境影响： 膨胀土对环境和 生态的影响及防 治措施
3
膨胀土的物理性质测试
膨胀性测试：通 过膨胀试验，测 量膨胀土的膨胀
浅述膨胀土判定方法与标准
浅述膨胀土判定方法与标准膨胀土是土体颗粒成分由强亲水性矿物组成，对环境湿热变化敏感的高液限粘土，具有显著湿胀干缩和反复湿胀干缩，同时具有多裂隙性，超固结性，强度衰减性等特殊性质。
膨胀土对工程建设危害很大且具有反复性。
膨胀土地区房屋建筑大量开裂变形，铁路路基边坡经常坍方、滑坡，公路经常路堤沉陷、纵向开裂、坍肩，路堤边坡滑坍，以及路堑边坡剥落、冲蚀、泥石流、滑坍等病害，公路路面经常出现大幅度的随季节变化的波浪变形。
膨胀土主要特征：1、粘粒（<0.002mm）含量》≥30%；2、粘土矿物中蒙脱石、伊利石等强亲水性矿物居主导地位；3、土体随含水量增加，体积膨胀产生压力，土体受热干燥失水收缩形成干缩裂缝；4、膨胀收缩变形随环境湿热变化多次重复，引起强度衰减；5、属于液限大于40%的高液限粘土；吸水膨胀，失水收缩是粘性土共性，膨胀土只是粘性中很特殊的一种土体。
若对膨胀土漏判，会给工程埋下隐患，造成病害。
若把普通粘土误判成膨胀土，或对其胀缩潜势判断有误，将增大工程规模，增加工程造价造成浪费。
故正确判定膨胀土在工程中意义重大。
当今，国内外判定膨胀土的方法指标很多，甚至国内不同行业间的判定方法指标也不相同。
基本分为物理法、化学法、力学法。
物理法主要根据土的粒度组成与稠度性质判定；化学法主要分析土的矿物成分或化学性质因而判定；力学法主要以膨胀力指标判定。
还有以物理、化学、力学性质指标综合判定。
一、国外判别方法1、前苏联建筑法规：①土质遇水，eL=WLeL-e01+e0π≥0.3,考虑土的膨胀性，式中：eL——液限状态WL时土的孔隙比，e0——天然状态时土的孔隙比；GS——土的相对密度；GW——水的密度；②相对膨胀量（无负荷）：δH=hHC-h0h0式中：hHC----浸水饱和时，在有侧限条件下，自由膨胀后土样高度；h0----天然含水量时土样的原始高度。
③以附加荷载0.32kg/cm2时，膨胀土量分类。
当膨胀时大于1.5%，体积变化严重，当膨胀量为0.5%-1.5%时，是临界状态，当膨胀量小于0.5%时，体积变化不严重。
膨胀土
（4）建筑物周围的阔叶树
在炎热和干早地区，建筑物周围 的阔叶树(特别是不落叶的桉树)对建 筑物的胀缩变形造成不利影响。尤其 在旱季，当无地下水或地表水补给时， 由于树根的吸水作用，会使土中的含 水量减少，更加剧了地基上的干缩变 形，使近旁有成排树木的房屋产生裂 缝。
工程地质学
（5）局部渗水的影响
2）外纵墙下端呈水平裂缝，基础向外扭转，墙体上部内倾。 图4－44为合肥某校宿舍楼，二层砖木结构，1956年建成到 1962年由于外墙基土逐渐失水收缩，在外纵墙上出现了一只手能 插进去的水平裂缝，墙面外倾最大达1.5cm，裂缝延伸约24m，内 外墙接头处拉开达3.5cm。 3）房屋角端裂缝严重。而且常伴随着一定的水平位移和转 动。 这种特征裂缝的形成，主要是因为基础埋置过浅，而墙角部 位基土两面与大气接触，土中水分蒸发较大，地基收缩变形远比 墙体中间部位剧烈的缘故。 4)地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝。 这种裂缝的特点 是，靠近外墙者宽，离外墙较远的变窄，再远则不出现裂缝。这 种裂缝大小与外墙距离有关的现象，显然，是因外墙基土体收缩
2）低、轻房屋最易破坏，四层楼损坏 者是极个别的；
在同一建筑范围，破坏变形大小与荷载 分布无关，而是受地基胀缩变形条件控制， 往往在相同荷载部位产生很大的差异变形；
3）建筑物裂缝具有随季节变化而往复 伸缩的性质。
工程地质学
（2）按建筑物裂缝部位与形态特征(以外墙地基失水收缩为 例)表现为：
1）山墙、内墙呈“倒八字”的对称或不对称裂缝及垂直裂 缝。
工程地质学
（2）粘粒的含量
由于粘土颗粒细小，比面积 大，因而且有很大的表面能，对 水分子和水中阳离子的吸附能力 强。因此，土中粘粒含量众多， 则土的胀缩性愈强。
膨胀土地区路基施工
膨胀土地区路基施工膨胀土一般指黏粒成分主要由亲水性的蒙脱石和伊利石矿物组成，同时吸水后具有显著的膨胀和失水后具有显著的收缩两种特性的高液限黏土。
一、膨胀土的工程特性膨胀土的工程特性主要包括以下六个方面：（1）胀缩性。
膨胀土吸水后体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受阻即产生膨胀力；膨胀土失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上的建筑物下沉。
土中蒙脱石含量越多，其膨胀量和膨胀力也越大；土的初始含水率越低，其膨胀量与膨胀力也越大；击实膨胀土的膨胀性比原状膨胀土大，密实度越高，膨胀性也越大。
膨胀土产生膨胀的强弱与黏土颗粒含量、黏粒的矿物成分以及晶体结构的差异有关。
膨胀土黏性成分含量很高，其中粒径小于0.002 mm的胶体颗粒一般超过20%，黏粒成分主要由亲水矿物组成。
我国膨胀土的主要成分为蒙脱石、伊利石和高岭石等。
蒙脱石是一种鳞状矿物，具有强烈的结构膨胀性；伊利石的晶格结构和蒙脱石类似，但是活动能力较低，仅有中等膨胀性；高岭石晶体结构比较稳定，属于低膨胀性土。
（2）多裂隙性。
普遍发育各种形态的裂隙是膨胀土的另一个显著特征。
膨胀土的形成与其成土过程、胀缩效应、风化作用等相关。
裂隙分为两类，即原生裂隙和次生裂隙。
地表以下3 m的土体很少受气候变化的影响，称为原生裂隙；分布在3 m以内，用肉眼就能很容易观察到的，称为次生裂隙。
（3）超固结性。
由于膨胀土大都是在更新世以前沉积的土层，在历史上曾经受过超压密作用，因此膨胀土大多具有超固结性，其天然孔隙率小，密实度大，初始强度高。
膨胀土随着土体开挖，将产生明显的卸载膨胀，使土体内聚集的能量逐渐释放。
（4）崩解性。
膨胀土浸水后体积膨胀，发生崩解。
强膨胀土浸水后几分钟即完全崩解。
（5）风化特性。
膨胀土受气候的影响很敏感，极易产生风化破坏。
路基开挖后，在风化作用下，土体很快会产生破裂、剥落，从而造成土体结构破坏，强度降低。
（6）强度衰减快。
膨胀土的抗剪强度为典型的变动强度，具有峰值强度极高而残余强度极低的特性。
膨胀土
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（二）膨胀土地基上桥涵基础工程设计与施工应采取的措施
1．换土垫层 2．合理选择基础埋置深度 3．石灰灌浆加固 4．合理选用基础类型 5．合理选择施工方法
感 谢 聆 听
房屋开裂、倾斜
膨胀土边坡滑塌
一、膨胀土的判别和膨胀土地基的胀缩等级
（一）影响膨胀土胀缩特性的主要因素 影响膨胀土胀缩性质的内在机制： 影响膨胀土胀缩性质的内在机制 主要是指矿物成分及微观结构两方面。 主要是指矿物成分及微观结构两方面 矿物成分：膨胀土含大量的活性粘土矿物， 矿物成分：膨胀土含大量的活性粘土矿物，如蒙脱石和伊 利石，尤其是蒙脱石，比表面积大， 利石，尤其是蒙脱石，比表面积大，在低含水量时对水有巨大 的吸力， 的吸力，土中蒙脱石含量的多寡直接决定着土的胀缩性质的大 小。 微观结构： 微观结构：这些矿物成分在空间上的联结状态也影响其胀 缩性质。经对大量不同地点的膨胀土扫描电镜分析得知， 缩性质。经对大量不同地点的膨胀土扫描电镜分析得知，面— —面连接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的结构形式，这种结构 面连接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的结构形式， 面连接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的结构形式 比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的能力。 比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的能力。
∆δ sr λs = ∆w
（7-8）
（三）膨胀土的判别 《膨胀土规范》中规定，凡具有下列工程地质特征的场 膨胀土规范》中规定， 的土应判定为膨胀土。 地，且自由膨胀率δef≥40%的土应判定为膨胀土。 的土应判定为膨胀土 1．裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、 裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、 裂隙发育 灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态； 灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态 2．多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地 多出露于二级或二级以上阶地、 多出露于二级或二级以上阶地 地形平缓，无明显自然陡坎； 带，地形平缓，无明显自然陡坎； 3．常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍 常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（ 常见浅层塑性滑坡 塌等； 塌等； 4．建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。 建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。 建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合
膨胀土定义
膨胀土定义膨胀土，又称膨润土，是一种特殊的土壤材料，具有较强的膨胀性和吸附性。
在工程领域中，膨胀土被广泛应用于填土、基础处理和土工材料等方面。
下面将从膨胀土的特性、应用以及对环境的影响等方面进行介绍。
一、膨胀土的特性膨胀土是一种由细颗粒状粘土矿物组成的土壤，主要成分包括膨润土矿物、石英和少量的脆性矿物。
膨润土矿物具有一定的吸附性和膨胀性，能吸附并储存大量的水分，当受到水分浸润时，膨胀土会发生膨胀现象，体积增大。
这种特性使得膨胀土在工程领域具有重要的应用价值。
二、膨胀土的应用1.填土工程：膨胀土因其较强的膨胀性能和吸附性能，被广泛应用于填土工程中。
在填土过程中，膨胀土能够填补地表不平坦的部分，增加土壤的稳定性和承载能力，使地面更加平整和坚固。
2.基础处理：膨胀土也常用于基础处理中。
在一些地质条件较差的地区，土壤膨胀性较强，容易引起建筑物基础的沉降和破坏。
而膨胀土能够通过吸附和膨胀的特性，改变土壤的物理性质，减少土壤的膨胀性，从而提高基础的稳定性和安全性。
3.土工材料：膨胀土还可以作为一种土工材料使用。
在水利工程、环境工程和交通工程等领域，膨胀土常用于防渗、防护和加固等方面。
其有机结构和较高的吸附性能，使其成为一种优良的防渗材料，能够有效地防止水分和有害物质的渗透，保护工程的安全和可靠性。
三、膨胀土对环境的影响尽管膨胀土在工程中具有重要的应用价值，但其对环境也会产生一定的影响。
膨胀土的挖掘和利用可能会破坏土壤生态系统，导致土壤侵蚀和生物多样性的减少。
此外，膨胀土的填埋和处理也可能引起土壤污染和地下水污染，对生态环境造成不利影响。
因此，在膨胀土的利用过程中，需要加强环境保护措施，减少对环境的不良影响。
膨胀土作为一种特殊的土壤材料，具有较强的膨胀性和吸附性，广泛应用于工程领域的填土、基础处理和土工材料等方面。
然而，膨胀土的利用也需要注意对环境的影响，保护生态环境的同时发挥其应用价值。
通过合理的利用和管理，膨胀土将为工程建设和环境保护做出更大的贡献。
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1.1 膨胀土的概念
膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩开裂的特种黏性土。
其矿物成分以强亲水性矿物蒙脱石和伊利石为主。
在自然条件下，多呈硬塑或坚硬状态，裂隙较发育，常见光滑和擦痕，裂缝随气候变化张开和闭合，并具有反复胀缩的特性；多出露于二级及二级以上的阶地，山前丘陵和盆地边缘，地形坡度平缓，无明显自然陡坎。
1.2 膨胀土的分布
膨胀土在我国分布范围较广，分布于我国广西、云南、四川、陕西、贵州、广东、江苏、黑龙江和湖南等20多个省(区)的180多个市、县，总面积在10万km2以上。
从地理位置来看，我国膨胀土主要集中分布在珠江、长江中下游、黄河中下游以及淮河、海河流域的广大平原、盆地、河谷阶段、河间地块以及平缓丘陵地带。
常呈地毯式大面积覆盖于地表或地表下浅层，与路基建设关系极为密切。
1.3 问题的提出
膨胀土一直是困扰公路建设的重大工程问题。
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公路建设中起到极大的破坏作用，并且构成的破坏是不易修复的。
近年来，我国岩土工程界在膨胀土微观结构特征及其工程性质的研究中取得了丰硕的成果，对膨胀土产生工程病害的原因给予科学的解释，并提出许多切实可行的处理办法。
随着我国高速公路建设的发展，许多公路路线不可避免会通过膨胀土地区。
因此，解决膨胀土地区路基失稳破坏等现象成为了一个刻不容缓的问题。
1.4 膨胀土国内外研究现状
国外对膨胀土的研究开始于上世纪三十年代，研究开展的时间较长。
上世纪四五十年代，随着一些新兴国家的发展，工程建筑事业的突飞猛进，随之而来的膨胀土对结构物的损坏现象普遍增多，于是人们开始对膨胀土所造成的工程破坏现象进行初步分析，然后加以处理。
之后人们开始对膨胀土的特性规律，病害原因、工程措施等作系统的理论与实践研究。
六十年代以来，膨胀土研究受到生产实践的广泛重视而迅速发展，而且从一个国家或地区的研究逐渐发展成为世界性的共同课题。
目前已召开过七次国际膨胀土研究和工程会议(第一届，1965年美国得克萨斯；第二届，1969年美国得克萨斯；第三届，1973年以色列海法；第四届，1980年美国科罗拉多；第五届，1984年澳大利亚；第六届，1987年印度新德里；第七届，1992年美国得克萨斯)，许多国家都制定了膨胀土地区建筑的规范和文件，使工程界对膨胀土有了深刻的认识，对膨胀土的概念和分析方法，膨胀土野外现场研究和环境影响，膨胀土地基处理以及膨胀土上基础的专门设计
和施工方法等问题，进行了深入地研究。
随着土力学的发展，特别是 Fredlund D.G 理论为代表的非饱和土理论提出来并较完善的形成一套理论体系以后，人们用它解释了许多膨胀土现象，揭示了一些规律。
同黄土、残积土一样膨胀土是一种典型的非饱和土，膨胀土研究被归入非饱和土研究领域，因此在第七届膨胀土国际会议以后，不再单独有膨胀土国际会议，取而代之的是国际非饱和土会议，目前已经召开了两届，第二届国际非饱和土会议于1998年8月在北京召开，这次会议是由中国土木工程学会与国际土力学及岩土工程协会(国际土协)联合召开，并由中国土木工程学会土力学及岩土工程分会和国防土协非饱和土专门技术委员会共同承办。
此次会议标志着非饱和土理论研究已达到了一个新的高度。