膨胀土性质.ppt
膨胀土的工程特性胀缩性超固结裂隙.
1、膨胀土的定义膨胀土是在自然地质过程中形成的一种具有多裂隙和显著胀缩特性的特殊性粘土。
膨胀土是一种对于环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感的土，其反映是发生膨胀和收缩，产生膨胀压力。
2、膨胀土的主要物理力学特征⑴粒度组成中，通常黏粒（d＜2μm ）含量不大于30%.⑵粘土矿物成分中，伊利石和蒙脱石等亲水性矿物占主导地位。
⑶土体湿度增高时，体积膨胀并形成膨胀压力；土体干燥失水时，体积收缩并形成收缩裂缝，反复的干缩湿胀，使土中的裂隙发育，不仅破坏土体的连续性和完整性，而且也形成了地表水浸入的通道，同时水的浸入又加速了土体的软化及裂隙生成。
（裂隙性）⑷膨胀、收缩变形可随环境变化往复发生，导致土的强度衰减。
（强度衰减性）⑸多数属于液限大于50%的高液限土。
⑹超固结性：膨胀土在沉积过程中，在重力作用下逐渐堆积，土体将随着堆积物的加厚而产生固结压密。
由于自然环境的变化和地质作用的复杂性，土在自然界的沉积作用并不一定都处于持续的堆积加载过程，而是常常因地质作用而发生卸载作用。
膨胀土在反复胀缩变形过程中，由于上部荷载（土层自重）和侧向约束作用，土体在膨胀压力作用下反复压密，土体表现出较强的超固结特性。
这种超固结与通常的剥蚀作用产生的超固结机理完全不同，是膨胀土由于含水率变化引起的膨胀压力变化产生的，是膨胀土特有的性质。
3、工程建设中的膨胀土问题⑴在天然状态下，膨胀土通常强度高，压缩性低，在地面以下一定深度取样时难以发现宏观裂纹。
但一旦在大气中暴露，含水率发生变化时，很快出现大大小小的裂纹，土体结构迅速崩解，透水性不断增加，强度迅速减小直至为零。
膨胀土边坡在极缓的情况下发生滑动。
“逢堑必滑，无堤不塌”。
“晴天一把刀，雨天一团糟”、“天晴张大嘴，雨后吐黄水”是膨胀土强度特性和胀缩性规律的高度写照。
⑵膨胀土素土作为堤坝回填土时，因其干密度与含水率关系非常密切，很难压实，压实质量难以控制。
若碾压质量不好，在运行过程中，填土含水率增加时土体极易产生膨胀变形，含水率降低也会在土体中产生干缩裂隙，使土体渗透性变化，外界水分极易进入。
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
膨胀土的基本特性
第2章膨胀土的基本特性2.1 主要工程特性2.1.1 胀缩性膨胀土吸水体积膨胀，使其上建筑物隆起，如膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其建筑物下沉。
膨胀土在缩陷与液限含水率的收缩量与膨胀土，称为极限胀缩潜势。
土中有效蒙脱石含量越多，胀缩潜势越大，膨胀力越大。
土的初始含水率越低，膨胀量与膨胀力越大。
影响膨胀土涨缩性的因素有矿物成分、颗粒组成、初始含水量、压实度及附加荷重等。
其中除了矿物成分和颗粒组成的内因因素影响外，初始含水量、压实度及附加荷重的外因因素影响也很大。
击实土的膨胀性远比原状土大，密实度越高，膨胀量与膨胀力越大，这是在膨胀土路基设计中特别值得注意的问题[1]。
2.1.2 崩解性膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限条件下发生吸水湿化。
不同类型的膨胀土其崩解性是不一样的，强膨胀土浸入水中后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水中后，则需经过较长时间才能逐步崩解，且有的崩解不完全。
此外，膨胀土的崩解特性还与试样的起始湿度有关，一般干燥土试样崩解迅速且较完全，潮湿土试样崩解缓慢且不完全。
2.1.3 多裂隙性膨胀土中的裂隙，可分垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。
这些裂隙将土体分割成具有一定几何形态的块体，如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。
裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰绿色黏土薄膜、条状或斑块，其矿物成分主要为蒙脱石，有很强的亲水性，具有软化土体强度的显著特性。
膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面所控制。
2.1.4 超固结性膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。
超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸载膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大的塑性区，使边坡容易破坏。
2.1.5 强度衰减性膨胀土的抗剪强度为经典的变动强度，具有峰值强度极高、残余强度极低的特性。
由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，一般现场开挖都很困难。
第八章膨胀土路基病害与防治ppt课件
1.路堑设计
1．路堑边坡形式 一般常用的边坡形式，主要有直线式、折线式、平台式 三种类型
a)直线式；b)折线式；c)平台式
1.路堑设计
2．路堑边坡坡度 膨胀土路堑边坡设计参考值
膨胀土类型 弱膨胀土 边坡高度（m） ＜6 6-10 ＞10 ＜6 6-10 ＞10 ＜6 6-10 ＞10 边坡坡度 1：1.5 1：1.5－1：2.0 1：1.75－1：2.0 1：1.5－1：1.75 1：1.75－1：2.0 1：1.75－1：2.5 1：1.75 1：1.75－1：2.5 1：2.0－1：2.5 边沟土涨缩性与收缩性造成裂隙发育
第二节 膨胀土地区地基的变形与破坏
1）剥落：剥落是路堑边坡表层受大气物理风化作用，使土块 碎解成细粒状、鳞片状，在重力作用下沿坡面剥落的现象。 2）冲蚀：冲蚀是坡面松散表土在大气降雨或地表径流的集中 水流冲刷侵蚀作用下，沿坡面形成的沟状冲蚀现象。 3）泥流：泥流是坡面松散土粒与坡脚剥落堆积物在雨季被水 流裹带搬运形成。 4）溜塌：边坡表层强风化层内的土体，吸水膨胀软化，处于 过饱和状态，在重力与渗透压力作用下，沿坡面向下产生塑 流状塌移的现象。 5）坍滑：边坡浅层膨胀土体沿一定滑面整体滑移并伴有局部 坍落的现象。 6）滑坡： 边坡土体结构受到破坏，强度衰减，在水的促滑 作用下，使边坡土体丧失稳定平衡，沿一定滑面整体向下位 移滑动。
图8-2 路堑施工顺序示意图 ①-⑦为施工顺序
中等膨胀土
2.0
强膨胀土
2.0
2.膨胀土路堑施工
由于膨胀土的特殊性质，膨胀土路堑边坡的处理不是 简单的坡比设计，或常规的稳定性验算就能解决问题， 在处理时需要充分了解膨胀土的特性、工程地质条件、 大气风化作用层深度及土体的结构性能，才能得出满意 的处理方案。
膨胀土的ppt课件
红粘土是较好的 地基土，但厚度 分布不均匀，容 易产生不均匀沉 降。
沿深度从上向下含 水量增加，土质有 由硬到软的明显变 化。
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具体措施
1.保湿防渗 由于膨胀土路基具有显著吸水膨胀和失水收缩两种变形特性，因此首先 应考虑尽可能对路基边坡和路肩土体采取保湿防渗措施，防止土体干缩湿胀、 表层风化、抗剪强度衰减等。 2.路基两侧增设隔水墙 相对膨胀土路基和边坡而言，路基面层封闭性较好，雨水不易渗透浸入 路基而产生膨胀，雨水多沿路基两侧路肩或边坡侵入路基。因此，在路基两 侧增设隔水墙十分必要。隔水墙一般采用宽度0.4m-0.6m的2:8灰土夯实后铺 设在基层以下1m-1.2m的深度内。 3.加固路基 对于存在不良工程地质和水文地质路段，为了防止发生危害较大的滑坡 事故，在路基两侧宜采用单排或双排预制桩，并在桩体间加设冠梁、横向支 撑等多种结构措施，以增强路基整体性和抗滑稳定性，提高支挡效果。 工程实践表明，膨胀土地区挡土墙的破坏模式通常在墙体上部被剪断。 因此，膨胀土地区在设计路基挡土墙时，应考虑膨胀力的作用，设置重力式 挡土墙。
“
一种特殊的膨 胀土—红粘土
“
一种特殊的膨胀土—红粘土
（一）红粘土的分布和组成 红粘土是石灰岩、白云岩等碳酸盐类岩
石在亚热带温湿气候下经风化作用而形成的 褐红色粘土。
它主要分布在北纬33°以南地区，在我 国贵州、云南、广西最为典型，且分布较广。 红粘土具有较好的水稳定性。 （三）红粘土地基的处理
膨胀土及相关工程问题
目录
1 膨胀土的成因及分布 2 膨胀土的性质及膨胀原理 3 膨胀土的危害
膨胀土的施工要点
4
“
一、膨胀土的 成因及分布
膨胀土的工程性质和改良措施
《高等土力学》姓名：学号：学院：环境与土木工程学院题目：膨胀土的工程性质和改良措施2016年1月目录1.膨胀土概念期判别 ...................................................... ２1.1膨胀土概念......................................................... ２1.2膨胀土的分类方法................................................... ２2.膨胀土的强度特征及影响因素 ............................................ ３2.1膨胀土的强度特征................................................... ３2.2膨胀土的强度的影响因素............................................. ４3.膨胀土的变形特征 ...................................................... ４3.1无荷载作用下变形特征............................................... ４3.2有荷载作用下变形特征............................................... ５3.3干湿循环作用下变形特征............................................. ５3.4有荷载干湿循环作用下变形特征....................................... ５4.膨胀土工程的影响及防治措施 ............................................ ６4.1膨胀土边坡稳定性................................................... ６4.2膨胀土路基稳定性................................................... ７4.3膨胀土路基处理方法................................................. ７5.膨胀土改良技术 ........................................................ ８5.1物理改良方法改良膨胀土............................................. ８5.2化学改良方法改良膨胀土............................................. ８5.3生物方法改良膨胀土................................................. ９5.4固体废弃物改良膨胀土............................................... ９参考文献.............................................................. １０1.膨胀土概念期判别1.1膨胀土概念膨胀土是一种富含亲水性粘土的矿物（主要为蒙脱石和伊利石等），并且随含水量增减，体积发生显著胀缩变形的高塑性粘土。
膨胀土的胀缩特性
膨胀土的胀缩特性一、膨胀变形规律徐永福和缪林昌通过室内膨胀土土样的膨胀试验，研究不同击实膨胀土土样在不同压力作用下膨胀变形与土样初始含水率、干密度的关系，总结膨胀土的膨胀变形规律。
1.试验方法膨胀变形试验在轻便固结仪上进行，控制膨胀土样不同的是初始含水率w、击实干密度ρd和土样膨胀时所受的压力p。
压力是在试验前一次加上的，加压稳定后即可浸水膨胀。
水从土样底部单向浸入，试验过程中，尽量保持水面高度不变，以防止水面高度的变化对浸水速率的影响。
在环刀与土样间抹了少许黄油，以克服因环刀与土样之间的摩擦造成土样的不均匀膨胀变形。
膨胀变形结束后，土样达完全饱和状态。
2.膨胀变形随时间变化规律图3-1（a）和图3-1（b）表示初始含水率相同而干密度不同的膨胀土在不同压力下的膨胀变形随时间变化的规律。
从中看出：①压力抑制了水的浸入，抑制了膨胀变形量；②膨胀变形的初始速率受压力的影响不明显；③干密度对膨胀变形的初始速率影响较明显，干密度越大，初始膨胀变形速率越小；反之，干密度越小，初始膨胀变形速率就越大。
图3-1（c）和图3-1（d）表示两种不同干密度的膨胀土在压力为10kPa不同初始含水率情况下膨胀变形随时间的变化规律。
图中可见，初始含水率影响了膨胀变形的初始速率。
初始含水率越大，膨胀变形的初始速率越大；干密度越小，这种变化规律越明显。
图3-1 膨胀变形随时间变化规律（a）w0＝17.3%；ρd＝1.61g/cm3；（b）w＝17.3%；ρd＝1.51g/cm3；（c）p＝10kPa，ρd＝1.61g/cm3；（d）p＝10kPa，ρd＝1.51g/cm33.膨胀变形的相关性图3-2（a）为干密度1.7g/cm3在不同垂向压力下膨胀率与初始含水率的关系曲线，图3-2（b）为不同干密度土样在垂向压力50kPa下膨胀率与初始含水率的关系曲线，图3-3为不同初始含水率膨胀土样在50kPa压力下膨胀率与干密度的关系曲线。
膨胀土
膨胀土的路基加固设计和施工处理膨胀土是指粘粒成份主要由强条水性矿物质组成，并且具有显著胀缩性的粘性土。
合肥地区是我国膨胀土覆盖的典型区域之一，土层主要由第四系上更新统粘性土构成。
膨胀土的不良工程特性使得合肥地区已建道路部分出现纵裂、塌肩、滑坡等病害，不仅严重影响了道路的行车速度和行车安全，还提高了管养成本。
1工程概况金龙路位于江淮分水岭波状平原区，属于我国膨胀土分布比较典型的地区之一。
在二级及二级以上阶地或岗地上广泛分布着具有裂隙、胀缩性和超固结性的硬塑至坚硬状态的晚更新世冲洪积粘土，属于弱中等膨胀性。
大量工程实践表明，膨胀土路基病害十分严重，如常常出现路面开裂、隆起或沉陷、路堤和路堑滑塌、边坡失稳等病害，且其病害往往具有多发性、反复性和长期潜在性。
2膨胀土的物理性质及力学性质分析膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类：一类以蒙脱石为主，另一类以伊力土和高岭土为主。
蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊力土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，分析概述如下：2. 1含水量膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关。
如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。
在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。
当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀。
含水量的轻微变化，仅1％一2％的量值，就足以引起有害的膨胀。
2．2千容重粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。
γ=18．0KN／m³：的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。
在安康地区，人们对这种土的评语是“硬的象石头”。
这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。
2．3力学性质在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。
通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。
(1)膨胀潜势膨胀潜势：简单的讲，就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。
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(2)物理性 质特征
膨胀土的粘粒含量很高，粒径小于0.002mm的 胶体颗粒含量往往超过20%，塑性指数IP＞17， 且多在22~35之间；
天然含水量与塑限接近，液性指数IL常小于零， 呈坚硬或硬塑状态；膨胀土的颜色有灰白、黄、 黄褐、红褐等色，并在土中常含有钙质或铁锰 质结核
(3)裂隙特征
膨胀土中的裂隙发育，有竖向、斜交和水 平裂隙三种。
膨胀土的胀缩性指标及评价
2.膨胀土的工程特性指标
⑴自由膨胀率
将人工制备的烘干样浸泡于水中，经充分吸水膨胀 稳定后所增加的体积与原体积之比，称为自由膨胀 率。
ef
Vw Vo Vo
100 %
Vw――试样在水中膨胀稳定后的体积，mL； V0――试样原有体积，mL。
膨胀土的胀缩性指标及评价
2.膨胀土的工程特性指标
(1)分布特征
(2)物理性质特征
自由膨胀率
ef
Vw Vo Vo
100 %
膨胀率
ep
hw h0 h0
100%
膨胀力pe
竖向线缩率
s
h0 h0
h
100%
收缩系数 s s /
膨胀土的判别
δef
膨胀潜势
膨胀土地基的胀缩等级
⑶膨胀土地基的胀缩等级
地基土的胀缩变形量
n
sc epi si i hi
i 1
膨胀土地基胀缩等级
地基胀缩 等级
分级胀缩变形量 （mm）
Ⅰ
15＜sc＜35
Ⅱ
35＜sc＜70
Ⅲ
sc≥70
膨胀土的胀缩性指标及评价
4. 小结
基坑工程施 工与检测
膨胀土的一 般特征பைடு நூலகம்
膨胀土的工程 特性指标
膨胀土地基的 评价
⑴ 膨胀土的判别
当具有如前所述膨胀土的一般特征，且自由膨胀率δef ≥40%的土，应判定为膨胀土。
⑵ 膨胀潜势
自由膨胀率能综合反映亲 水性矿物成分、颗粒组成、 膨胀特征及其危害程度。
膨胀潜势 弱 中 强
自由膨胀率（%） 40≤δef＜65 65≤δef＜90 δef≥90
膨胀土的胀缩性指标及评价
3.膨胀土地基的评价
特殊土地基及山区地基
膨胀土的胀缩性指标及评价
单位：石家庄铁道大学 主讲人：李强副教授
膨胀土的胀缩性指标及评价
膨胀土
指粘粒成分主要由强亲水性矿物组成，同时具有显 著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的粘性土。
危害
膨胀土一般强度较高，压缩性低，容易被误认为是 良好的天然地基。实际上，它具有较强烈的膨胀和 收缩变形性质。
(a)山墙对称斜裂缝 (b)外纵墙水平裂缝 (c)墙面交叉裂缝
膨胀土的胀缩性指标及评价
1.膨胀土的一般特征 2.膨胀土的工程特性指标 3.膨胀土地基的评价
膨胀土的胀缩性指标及评价
1.膨胀土的一般特征
(1)分布特征
膨胀土多出露于二级或二级以上的河谷阶 地、山前和盆地边缘及丘陵地带，一般地 形坡度平缓，无明显的天然陡坎。
⑷竖向线缩率
指土样的垂直收缩变形 与原始高度之比
s
h0 h0
h
100%
h0——试样的原始高度，mm h——在试验过程中测得的某次试样高，mm
膨胀土的胀缩性指标及评价
2.膨胀土的工程特性指标
⑸收缩系数
在直线收缩阶段，线缩 率与含水量的改变值之 比
s s /
膨胀土的胀缩性指标及评价
3.膨胀土地基的评价
⑵膨胀率
在一定压力下，处于无侧限膨胀下，浸水膨胀稳定 后，试样增加的高度与原高度之比。
ep
hw h0 h0
100%
hw——试样土浸水膨胀稳定后的高度，mm； h0——试样土原始高度，mm。
膨胀土的胀缩性指标及评价
2.膨胀土的工程特性指标
⑶膨胀力pe
指原状土样在体积不变的条件下，由于浸水膨 胀产生的最大内应力，由膨胀力试验测定。