膨胀土
膨胀土的强度特性
膨胀土的强度特性土的强度是土的重要力学性质之一。
非饱和膨胀土的强度较一般黏土要更为复杂，其强度是膨胀土体抵抗剪切破坏能力的表征，也是计算路堑、渠坡、路堤、土坝等斜坡稳定性，以及支挡建筑物的土压力的重要参数。
大量膨胀土边坡和地基的失稳导致各种工程建筑物的严重破坏，所以研究膨胀土抗剪强度极其重要。
一、强度理论非饱和土的强度不仅与土的结构、应力路径、密度有关，还与土的含水率或土的饱和度有关。
非饱和土强度理论是以Mohr-Coulumb准则为基础，一类是Bishop公式，即式中τf——剪切破裂面上的剪应力，即土的抗剪强度；σ——破坏面上的法向应力；c′和φ′——有效凝聚力和有效内摩擦角；ua——孔隙气压力；uw——孔隙水压力；χ——与饱和度有关的经验常数。
另一类是Fredlund的双变量公式式中φb——强度随吸力变化的内摩擦角。
us ＝ua－uw是吸力。
这一强度公式已得到广泛的认可。
然而，φb并不是一个常数，它随吸力变化。
因此，吸力作为一个状态变量是不合适的。
沈珠江建议用折减吸力或等效吸力τus作为强度公式中的第二状态变量，即式中 d——常数，其值由试验确定。
针对等效吸力τus ，已提出了不少计算式。
采用τus后，式（3-8）可写成总凝聚力可写成二、改进三轴试验三轴试验常被用来研究土的强度和变形性质。
常规三轴试验成功地研究了饱和土的强度和变形性质。
对膨胀土等非饱和土，需测定吸力，必须采用特殊的三轴仪来研究吸力对非饱和土的强度和变形的影响。
徐永福采用改装可测吸力的三轴仪，研究了宁夏膨胀土的变形性质和强度特性。
1.试验方法（1）试验装置。
改进后的三轴仪如图3-21所示。
主要由三部分组成：①加压系统，由内、外压力室组成，用来施加围压和反压；②测量系统，由传感器和微机组成，其中孔隙水压的测量是在三轴仪底座上安装高进气值的陶土板（进气值为1250kPa，直径为15mm，厚度为5.5mm），液压传感器通过陶土板传递土样的孔隙水压；③反压控制系统。
化学改良膨胀土原理
化学改良膨胀土原理
咱来说说化学改良膨胀土的原理哈。
你可以把膨胀土想象成一个特别调皮、情绪很不稳定的家伙。
它为啥这么不稳定呢？是因为它里面的一些成分，就像它身体里的小怪兽，在遇到水或者其他情况的时候就开始捣乱。
化学改良呢，就像是给这个调皮的膨胀土请了个厉害的“驯兽师”。
比如说往里面加石灰，石灰就像一个严厉又有办法的驯兽师。
石灰进到膨胀土里面，就开始和土里面那些捣乱的成分，像蒙脱石之类的矿物质打交道。
石灰里的钙离子就会跑过去，和这些捣乱分子结合起来，就好像给这些小怪兽戴上了紧箍咒，让它们不能那么随心所欲地膨胀和收缩了。
还有像水泥这种东西，它进到膨胀土里，就像一个建筑大师。
水泥里面的各种成分就像建筑材料一样，和膨胀土混合起来，重新构建了土的结构。
原本松散、容易变形的结构，就被水泥加固得更结实了，就像给一座摇摇欲坠的小房子重新打了地基、加固了墙壁一样，让它不再轻易因为水分的变化而膨胀或者收缩啦。
另外一些化学试剂呢，它们有的会改变膨胀土的酸碱度，让这个环境变得不适合那些让土膨胀的反应发生，就像改变了小怪兽们生活的环境，让它们没那么活跃了。
化学改良膨胀土就是用各种化学物质的特殊能力，把调皮捣蛋的膨胀土变得规规矩矩的。
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
膨胀土的PPT
物的变形危害调查，提出膨胀土的临界判别值为： 自由膨胀率 FS≥40%；液限 WL ≥40%。
（三）膨胀土的膨胀机理 由于粘土矿物颗粒的表面特性和水分子的极性，
膨胀土与水分子相互作用时，在颗粒周围形成水膜 将颗粒推开，扩大粒间距离使土的体积膨胀。
“ “ 三、膨胀土的 危害
膨胀土的危害
膨胀土的危害是十分严重的，素有“逢堑必滑，无堤不塌”之说。修建的高 等级公路中，受到了膨胀土的严重危害影响也很多，出现了油面开裂、松散 脱落、路基下沉、翻浆、边坡沉塌、滑坡等质量问题。主要病害有以下几个 方面：
1.深陷变形：它不仅具有压缩变形，而且还有湿胀干缩变形，故施工中难以 破碎、压实，是路堤经常发生不均匀沉降的主要原因；它作为地基，本身承 载力就较低，在受到外界干扰之后，必须考虑其强度的衰减，它是导致基底 变形、路堤破坏的又一重要因素。 2.滑坡：斜坡土体沿土中裂隙面、层面等软弱面滑动。滑动面土体含水量较 大、强度低，虽然边坡放缓，但仍易产生滑动。 3.溜塌：路基边坡上局部表层土体，由于降雨下渗含水量过大以及土的胀缩 作用，强度降低而溜坍。 4.纵裂 5.坍滑：路基边坡坍滑是膨胀土地段的路堑、路堤边坡经常发生的一种变形 现象。
膨胀土的危害
1
广西南百路膨胀土滑坡
4 输入文字
解释所输入文 字
2 输入文字
解释所输入文 字
段广
路西
堑 322
边 坡 塌 陷
国 道 南 宁
出
口
3 输入文字
解释所输入文 字
广西南友路膨胀土滑坡
南宁市某路段矮墙破坏
“ “ 四、膨胀土的 施工要点
膨胀土的施工要点
(一)建筑规划措施 (1) 场地地形平坦，避免大挖大填；设置低挡墙，防溜滑。 (2) 根据气候条件布置绿化，采用蒸发量小的树木。
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
0
（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
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三、膨胀土地基的分类及评价 (一)膨胀土的判别指标 膨胀土的判别指标大致可分三类： 第一类是根据膨胀土的潜在胀缩势来衡量，指标有膨胀性
指标Ke，压实指标Kd，吸水指标Kw； 第二类是根据土的表观胀缩率来评价，这类指标有自由线
胀率δe，自由体积膨Байду номын сангаас率δ ef，有荷膨胀率δ ep，线收缩率δsi， 体缩率δv等；
一、膨胀土的成因及其分布 膨胀土一般指粘粒成份主要由强亲水性的蒙脱石和伊利石 矿物组成，具有吸水膨胀和失水收缩，胀缩性能显著的粘性 土。 膨胀土的成因环境温和湿润，具备化学风化条件。风化过 程中，硅酸盐为主的矿物不断分解，钙被大量淋失，钾离子 被次生矿物吸收，形成伊利石和伊利石一蒙脱石混合矿物为 主的粘性土。 膨胀土在我国分布广泛，与其他土类不同的是主要成岛状 分布。根据现有资料，在广西、云南、贵州、湖北、河北、 河南、四川、安徽、山东、陕西、江苏和广东等地均有不同 范围的分布。国外主要分布在非洲和南亚地区。
2.对道路交通工程的影响 膨胀土地区的道路，由于路幅内土基含水量的不均匀变 化，引起不均匀胀缩，产生幅度很大的横向波浪形变形。雨 季路面渗水，路基受水浸软化，在行车荷载下形成泥浆，并 沿路面裂缝、伸缩缝溅浆冒泥。
3.对边坡稳定的影响 膨胀土地区的边坡坡面最易受大气风化营力的作用。在 干旱季节蒸发强烈，坡面剥落。雨季坡面冲蚀，土体吸水饱 和，沿坡面向下产生塑流状溜塌。当雨量集中时还会形成泥 流。
四、建筑施工注意事项 (一)建筑规划措施 (1)场地地形平坦，避免大挖大填；设置低挡墙，防溜滑。 (2)根据气候条件布置绿化，采用蒸发量小的树木。 (二)结构措施 设置圈梁或设置暗柱与圈梁形成框架结构，提高砌体强度，
以便提高建筑物适应地基变形的能力。 (三)地基处理措施 (1)用足地基强度，增大基底压力; (2)采用换土、砂石垫层、改良土性等; (3)改变基础形式，可采用桩基、墩基等。 (四)消除局部热源和水源的影响 (1)隔热；(2)排水
λsi—第i层土的收缩系数;
△Wi—第i层土可能发生含水量变化平均值。
2.地基膨胀等级划分 根据膨胀量Se将地基分三级；建筑物损坏程度分三级。
膨胀等级
房屋损坏程度标准
(四)地基承载力确定 根据《膨胀土地区建筑技术规范》地基承载力按表确定。 其中，含水比是指土的天然含水率与液限的比值。
承载力（kPa）
1.胀缩量计算
膨胀量sc计算
n
sc c epihi (mm) i=1
式中 ψc—经验系数，无经验时取0.6; δepi—第i层土在自重和附加应力之和作用下的膨胀率; hi—第x层土厚度; n—计算深度(大气影响深度)范围内的土层数。
收缩量ss计算
n
ss s siWihi (mm)
i=1
式中 ψs—经验系数，无经验时取0.8;
(三)多裂隙性 膨胀土中的裂隙，主要可分垂直裂 隙，水平裂隙和斜交裂隙三种类型。
(四)超固结性 膨胀土大多具有超固结性，天然 孔隙比小，密实度大，初始结构强度 高。 (五)风化特性 土体开挖后很快被风化，剥落、崩 塌现象严重。 (六)强度衰减性 由于胀缩效应和风化作用时间增加， 抗剪强度大幅度衰减。
二、膨胀土的工程特性 (一)胀缩性
膨胀土吸水体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受 阻即产生膨胀力；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，膨胀量和膨胀力越大。土的初始含 水量越低，膨胀量与膨胀力也越大。击实土比原状土大，密 度越高，膨胀性也越大。
(二)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。弱膨胀土崩解缓慢且不完全。
第三类是矿物成分及含量间接性指标，如活动性指数KA , 缩限ωs和缩性指数Is等。
这些指标的表达形式和判别界限详见表所列。凡有某一项 达到或超过表中的临界值时，即可判为膨胀土。
(二)地基土的分类
膨胀土判别标准
我国《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJ112-87) 。
膨胀势的划分（美国农垦标准）
(三)膨胀土地基的胀缩等级
三、膨胀土对工程造成的危害 主要表现在以下几个方面： 1.对建筑物的影响 膨胀土地基上易于遭受损坏的
大都为埋置深度较浅的低层建筑物。 房屋损坏具有季节性和成群性两大 特点。房屋墙面角端的裂缝常表现 为山墙上的对称或不对称的倒八字 形缝。由于土的胀缩交替，还会使 墙体出现交叉裂缝。
膨胀土地基上房屋墙面裂缝