膨胀土的浸水变形特性
膨胀土的特性
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们我国分布范围较广，分布于我们我国广西、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kπ?以上。
从地理位置来看，我们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、海河流域的广阔平原、盆地、河谷阶段、河间地块以及平缓丘陵地带。
常呈地毯式大面积掩盖于地表或地表下浅层，与路基建设关系极为亲密。
1.3问题的提出膨胀土始终是困扰大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大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，我们我国岩土工程界在膨胀土微观结构特征及其工程性质的讨论中取得了丰硕的成果，对膨胀土产生工程病害的缘由赐予科学的解释，并提出很多切实可行的处理方法。
随着我们我国高速大路建设的进展，很多大路路线不行避开会通过膨胀土地区。
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膨胀土国内外讨论现状国外对膨胀土的讨论开头于上世纪三十年月，讨论开展的时间较长。
上世纪四五十年月，随着一些新兴我国的进展，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，于是人们开头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。
之后人们开头对膨胀土的特性规律，病害缘由、工程措施等作系统的理论与实践讨论。
六十年月以来，膨胀土讨论受到生产实践的广泛重视而快速进展，而且从一个我国或地区的讨论渐渐进展成为世界性的共同课题。
目前已召开过七次国际膨胀土讨论和工程会议（第一届，1965年美国得克萨斯；其次届，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），很多我国都制定了膨胀土地区建筑的法律规范和文件，使工程界对膨胀土有了深刻的熟悉，对膨胀土的概念和分析方法，膨胀土野外现场讨论和环境影响，膨胀土地基处理以及膨胀土上基础的特地设计和施工方法等问题，进行了深化地讨论。
膨胀土土工袋浸水变形及强度特性试验研究
３ Ｓ ｐ ｒ ｉｉｎＣ ｎ ｒ ｏ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ ｏ ｅＳ ｕ ｈｔ－ ｒｈ Ｗａｅ ｖ ｒｉｎ Ｐ ｏ ｅ ｔ Ｂ ｉｉ ｇ １ ０ ５ ， ｈ ｎ ） ． ｕ ｅ ｖ ｏ ｅ ｔｅｆ ｒＣ ｎ ｔ ｃ ｏ ｆ ｔ ｏ ｔ ｏＮｏ ｔ ｔ Ｄｉ ｅｓｏ ｒ ｊ ｃ ， ｅ ｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｓ ｒ ｉ ｈ ｒ ｊ
２ Ｅ ｐ ｒ￣ ｏ ． ｘ ｅｔ Ｃ ｍｍｉ ｅ ｆｔｅＳ ｕｈｔ Ｎｏｔ ｔｒＤｉｅｓ ｎＰｒｊｃ Ｃ ｍｍｉ ｉｎｏ ｅ ｔｔ Ｃ ｕｃｌＢｅ ｉｇ １０ ５ ，ｈｎ ； ｔ ｅｏ ｏ ｔ － ｒ Ｗａｅ ｖｒｉ ｏｅｔ ｏ ｔ ｈ ｏ ｈ ｏ ｓ ｏ ｆｔ ａｅ ｏｎ ｉ， ｉ ｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｓ ｈ Ｓ ｊ
了将这种“ 不老实土” 约束在 土工袋 中的处理方法 ， 并通过大量 的室 内、 场试 验研究 ， 现 验证 了该处理方 法的有效性 。 现概述 了膨胀土 的基本特性 和膨胀土的处理原则 ， 着重介绍 了土工袋处理膨胀土 的基本 原理 。通过土工袋浸水变形 和膨胀力等室内试验分析 ， 验证了土工袋具有提高膨胀土的强度 和限制其膨胀变形等作用特点 。
２ 国务院南水北调工程建设委员专家委员会 ， ． 北京 １ ０ ５ ；． ０ ０ ３ ３南水北调工程建设监管 中心 ， 北京 １０ ５） ０ ０ ３
膨胀土对建筑物的危害和预防方法
膨胀土对建筑物的危害和预防方法摘要：因工程地质存在膨胀土等不良地质情况，基础设计具有一定难度。
膨胀土：土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。
关键词：膨胀土；膨胀变形；砂石垫层由于膨胀土只在极少数的地区存在，在实际设计中能接触到膨胀土的机会并不多，导致对膨胀土的危害性认识不足，对膨胀土问题没有引起高度的重视，造成工程的返工和经济损失，并且给业主方带来不良的影响，有的甚至危及房屋的使用安全。
本文针对因膨胀土问题而引发的工程病害从膨胀土特性、危害、裂缝产生的原因及预防方法等方面进行了系统的总结分析。
1、膨胀土的特性1.1膨胀土微观结构膨胀土是土中颗粒成分，主要由亲水性较强的矿物蒙脱石、多水高岭石、伊利石( 水云母)、硫化铁、蛭石等组成，具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的黏土。
膨胀土的膨胀—收缩—再膨胀的周期性变形特征非常显著，并给工程带来危害。
这类土干时土质坚硬，易脆裂；具有明显的垂直、水平、斜向裂隙，裂隙面开张较光滑，有的有光泽。
裂隙中常充填灰绿、灰白色黏土。
裂隙随深度的增加其数量和开张宽度逐渐减少以至消失；土浸湿后，裂隙回缩变窄或闭合。
1.2膨胀土工程特性膨胀土在自然条件下，土的结构致密，多呈硬塑或坚硬状态；其自由膨胀率在40%~65%之间的为弱膨胀；65%~90%为中膨胀，不小于90%为强膨胀，天然含水率接近塑限，塑性指数大于17，多在22~35之间；液限指数小于零，天然空隙比在0.5~0.8之间。
多出现在二级及三级以上河谷阶地、龙岗、山梁、斜坡、山前丘陵和盆地边缘，地形坡度平缓，无明显自然陡坎。
1.3膨胀土工程特性的影响因素1.3.1内因1) 矿物及化学成分。
膨胀土主要由蒙脱石、伊利石等矿物组成，亲水性强，胀缩变形大；2) 黏土颗粒的含量。
由于黏土颗粒细小，比表面积大，因而具有较强的表面能，对水分子的吸附能力强，因此，土中黏土颗粒含量越多，则土的胀缩性越强；3) 土的密度。
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。
浅析膨胀土的特性和处理方法
建材发展导向2019年第6期4.4强化专业人才的培养在建筑信息化过程中要实现BIM 的有效应用，强化专业人才的培养也是十分必要的。
之所以要强化专业人才的培养主要有两方面的原因：第一是在实现建筑信息化和BIM 结合之后，原有的建筑信息化管理体系打破，原有的管理结构也会发生明显的变化，而二者结合后的管理对于信息技术、网络技术等的使用要求更高，所以必须要利用现代化人才做管理，因此企业要基于管理实践做人才的针对性培养。
第二是在二者结合后，BIM 成为了管理不可分割的一部分，而要充分的利用BIM 所展示和提供的信息，需要有专门的人员进行BIM 数据信息的提取，这与一般的工作相比难度是比较高的，需要由专业人员来操作。
简言之，在建筑信息化和BIM 有机结合之后，整个建筑管理工作的专业性要求有了非常明显的提升，这种提升，一般的工作人员是无法接手的，所以必须要强化人员的培养，以专业的人员来做更为高效、高质量的管理。
5结语综上所述，建筑信息化是未来建筑发展的基本趋势，而要更好的进行建筑信息化建设，BIM 有着较强的利用价值，所以在建筑信息化建设实践中积极的做BIM 的引入现实意义十分的显著。
文章就此方面的内容做讨论与研究，旨在指导和帮助实践工作。
参考文献：[1]李殷龙.BIM 技术在装配式建筑中的应用价值分析[J].四川水泥,2017(3):231-231.[2]金喜月,杨晓林.新型建筑工业化与BIM 技术的协同关系研究[J].工程管理学报,2018,32(3).[3]田金菜,李斌.BIM 技术在建设工程项目管理中的应用价值分析[J].中国管理信息化,2017,20(10):48-49.[4]姚正钦.BIM 技术在校园建筑信息化管理中的应用分析[J].江西建材,2017(4):294-294.[5]叶浩文,周冲,韩超.基于BIM 的装配式建筑信息化应用[J].建设科技,2017(15):21-23.[6]李娜,程峰.基于BIM 的管理类人才信息化应用能力培养———以建筑业为例[J].价值工程,2017(11):215-217.作者简介：夏治军(1981-)，男,汉,大学本科,工程师，目前主要从事工程管理工作。
公路路基路面设计中膨胀土的处理方法
公路路基路面设计中膨胀土的处理方法1. 引言1.1 背景介绍公路路基路面设计中膨胀土的处理方法是公路工程设计中一个重要的问题，膨胀土的存在会对路基和路面的稳定性造成影响，需要采取相应的处理措施。
膨胀土的特性和处理方法直接关系到公路工程的施工质量和使用寿命，因此对于如何有效处理膨胀土问题，一直是公路工程领域的研究重点。
为了解决公路路基路面设计中膨胀土的处理方法，本文将围绕膨胀土的特性、处理方法、处理效果评价、案例分析以及常见问题与应对措施展开讨论，旨在为公路工程设计提供一定的参考和指导。
1.2 问题意义路基路面设计中膨胀土的处理方法至关重要，其问题意义主要体现在以下几个方面：膨胀土在公路路基路面工程中常常会导致路基沉陷、路面裂缝等严重问题，影响道路的使用寿命和安全性。
有效处理膨胀土是确保公路工程质量和安全的关键环节。
膨胀土的处理方法直接影响到公路工程的施工周期和成本。
选择合适的处理方法可以有效减少施工时间和成本，提高工程效益。
随着交通流量和车辆载重的增加，公路路基路面所受到的荷载也在不断增加，对膨胀土处理方法提出了更高的要求。
深入研究膨胀土处理方法的问题意义在于为解决实际工程中遇到的困难提供参考和指导。
研究公路路基路面设计中膨胀土的处理方法具有重要意义，不仅可以提高公路工程的质量和安全性，还可以提高工程效益，满足日益增长的交通需求。
2. 正文2.1 膨胀土的特性膨胀土是指在含水环境下，土体体积会发生膨胀变形的土壤。
膨胀土的主要特性包括：吸水膨胀性强、干湿变形差异大、抗压抗剪性能低、易产生龟裂、容重低、含水率变化大等。
膨胀土的吸水膨胀性强是其最显著的特征之一。
当膨胀土吸水时，土壤颗粒之间的间隙会逐渐充满水分，从而导致土壤体积的急剧增大，引起土体的膨胀。
这种膨胀性使得膨胀土在工程中容易引起路基变形、沉降等问题。
膨胀土的干湿变形差异大也是其特性之一。
膨胀土在干燥状态下会收缩，而在吸水后会膨胀，这种干湿变形的差异会导致土体体积的不稳定性，容易引起路基沉降等问题。
膨胀土高填方分层碾压强夯施工
膨胀土高填方分层碾压强夯施工膨胀土高填方分层碾压强夯施工一、引言膨胀土是指在与水接触后体积会显著膨胀的一种土壤类型。
由于其具有较大的变形能力和膨胀性，膨胀土在工程中常常需要进行处理。
高填方是指在填方工程中需要填筑的土方高度较大的情况。
为了保证填方的稳定性和工程质量，通常需要采取分层碾压强夯施工的方式对膨胀土进行处理。
本文将对膨胀土高填方分层碾压强夯施工进行详细介绍。
二、膨胀土的特性及处理方法1. 膨胀土的特性膨胀土具有较高的含水量和膨胀性，容易引起地基沉降和变形。
其含水量过高时，膨胀性更为明显，因此需要通过排水和固结处理来降低含水量和改善土壤性质。
2. 膨胀土的处理方法（1）排水处理：采用排水系统，包括渗水井、井底填灌等方式，将土壤内的水分排除。
（2）固结处理：通过加固提高土壤的强度，采用的方法有振动加固、预压等。
三、分层碾压施工原理分层碾压施工是指将填方过程分为若干个相对独立的分层，每次只进行一层的填筑和碾压。
通过逐层推动的方式，确保每层土方的均匀密实。
分层施工的原理在于通过逐层处理，确保填方工程的灵活性和稳定性。
四、强夯施工技术强夯是一种通过重型夯击器施加冲击与振动力，将土壤压实的方法。
它可以提高土壤的密实度和强度，改善土壤的承载性能。
强夯施工是高填方施工中常用的一种处理手段，也适用于膨胀土处理。
强夯施工的具体步骤包括：（1）土壤分区：对填方区域进行划分，将大块土方分为若干个较小的区域。
（2）强夯设备准备：准备好适用于强夯的设备，包括重型夯击器、振动板等。
（3）强夯碾压：按照施工计划，逐层对土方进行强夯施工，同时进行碾压，确保土方的稳定和密实。
五、膨胀土高填方分层碾压强夯施工步骤膨胀土高填方分层碾压强夯施工的具体步骤如下：（1）工程勘察：对填方区域进行详细勘察，确定土壤性质、含水量等参数，制定施工方案。
（2）排水处理：对于土壤含水量较高的区域，首先进行排水处理，以降低土壤含水量。
（3）建立分区：根据工程计划，将填方区域划分为若干个分区，每个分区的面积适合设备施工。
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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2005年11月水 利 学 报SHUILI XUEBAO 第36卷 第11期收稿日期:2005 01 27基金项目:水利部 948 计划技术创新与转化项目(CT200408)作者简介:李振(1969-),男,陕西华县人,工程师,主要从事岩土工程试验研究。
E mail:lizhen898@文章编号:0559 9350(2005)11 1385 07膨胀土的浸水变形特性李振1,邢义川2,张爱军1(1西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 712100;2中国水利水电科学研究院综合事业部,北京 100044)摘要:使用压缩仪,对不同起始密度及不同起始含水率的膨胀土进行了分级浸水和一次性浸水膨胀变形试验,同时测试了试样在浸水前后不同压力下膨胀变形量的变化过程。
试验结果表明,不同浸水路径在浸水的初期阶段对膨胀土的膨胀变形速率有一定的影响,但膨胀率最终值基本一致;浸水膨胀再压缩试验中压缩稳定后的膨胀率比先压缩再浸水膨胀试验膨胀稳定后的膨胀率要小,但变化较快,并随着压力的增大,加压后膨胀率逐渐减小,最终两种试验的膨胀率趋于一致;压力对不同初始含水率试样膨胀率的影响较小,对不同初始干密度试样的影响较大;在浸水单向膨胀试验过程中试样的干密度与膨胀率呈双曲线变化规律。
关键词:膨胀土;浸水;压缩;变形;膨胀率中图分类号:TU411 2文献标识码:A1 研究背景在膨胀土地区的工程建设中,常用膨胀土作为建筑物的地基,由于膨胀土含有强亲水性黏土矿物成分如蒙脱石和伊利石,使得膨胀土吸水膨胀,失水收缩,从而引起建筑物的开裂、倾斜破坏,或使开挖体的边坡产生滑移失稳等现象,对工程建筑产生极大的危害。
据统计,全世界每年由于膨胀土造成的损失可达近百亿元[1]。
加强对膨胀土工程特性的研究,总结探讨其内在的变形规律性,对工程建设具有十分重要的经济意义和工程实践价值。
研究表明,影响膨胀土变形的因素较多,膨胀土的变形不仅与应力路径有关,而且与起始含水率和干密度有关[2]。
许多学者对膨胀土的结构特性、遇水作用后产生膨胀变形的机理、膨胀土的本构关系及在不同初始状态下的膨胀变形进行了深入的研究[3~7],从中得到了许多能很好解释膨胀土工程特性的结论,但对于在不同浸水路径下膨胀土遇水增湿而产生膨胀变形的研究却不多。
针对这一点,本文在不同的浸水路径和加荷方式下,采用压缩仪对膨胀土浸水变形特性进行试验探讨。
2 试验材料与方法2 1 试验试样 试验土样取自安康工业开发区某工程地基膨胀土,其物理性质试验结果见表1。
表1 膨胀土的物理性质试验结果比重液限(%)塑限(%)塑性指数自由膨胀率颗粒组成(%)2~0 075mm 0 075~0 005mm <0 005mm 不均匀系数曲率系数2 7151 026 524 891 53 037 060 09 800 28 2 2 试验方法[8] 按试验方案所需的含水率配制土料,制备试样时采用千斤顶一次压实至控制高度,!1385!试样高度为2c m,底面积为50cm2。
试验方案为:(1)浸水饱和后压缩膨胀试验。
对起始含水率为15 1%,干密度分别为1 40、1 45、1 50、1 55、1 60g cm3的试样,在无荷载作用下,先一次性加水增湿至饱和,测定其变形量,然后分级对试样加压进行压缩,在每级压力下压缩稳定后,再施加下一级压力直至试样高度小于未加水增湿前的高度,测定其变形量;(2)分级浸水后压缩膨胀试验。
采用上述同一起始含水率、不同干密度的试样,在无荷载作用下,先分级加水增湿至饱和;每级加水增湿过程中,待此级膨胀变形稳定后再进行下一级加水,直至饱和;试样在加水达饱和状态且膨胀变形稳定后,再分级对试样加压进行压缩,在每级压力下压缩稳定后,再施加下一级压力直至试样高度小于未加水增湿前的试样高度,测定其变形量;(3)压缩膨胀试验。
对上述不同干密度、相同起始含水率的试样中的每一个试样,在压力分别为0、25、50、100、200kPa 下,压缩稳定后,一次性加水增湿至饱和,测定其变形量。
试验的稳定标准为2h内变形不超过0 01mm。
对于干密度为1 55g/cm3、起始含水率分别为12 1%、l4 3%、16 3%、18 4%、20 6%五种试样,按上述3种试验方法分别进行试验。
3 试验结果分析膨胀土在某一压力作用下变形稳定后,由于含水率的增加而产生的附加变形称之为增湿变形,当这种附加变形超过特定压力下的压缩变形时,膨胀土就表现出膨胀特性,可见,增湿变形包括膨胀土在压力作用下由于增湿而产生的全部变形。
膨胀土产生变形是力和水联合作用结果,力的作用是在某个含水率下加荷产生变形,而水的作用是在某个压力下随膨胀土含水率的增加而产生增湿变形。
在整个试验过程中,把试样遇水增湿所产生的变形量(或加压压缩产生的变形量)与试样原始高度之比的百分数统称为试样的膨胀率,按下式进行计算#100(1)z p=z p∀ -z0h0式中: z p为试样膨胀率(%);h0为试样增湿前高度,mm;z p为某级加水增湿变形稳定后的量表读数(或为某荷载下变形稳定后的量表读数),mm;z0为未加水增湿前(或为未加荷载前)的量表读数,mm; 为某荷载下的仪器压缩变形量(若未加荷载,其值为0),m m;式中 ∀号的取法为先加压后浸水取 +,先浸水稳定后再加压取 -。
3 1 不同浸水路径对膨胀变形的影响 起始含水率为15 1%的试样在不同起始干密度下分级浸水后的膨胀变形历时曲线见图1,一次性浸水后的膨胀变形历时曲线见图2。
图1 不同起始干密度试样分级浸水过程的膨胀率历时曲线图2 不同起始干密度试样一次浸水自由膨胀率历时曲线从图1可以看到,对于不同起始干密度的试样在分级加水的过程中,随着时间的推移,试样的膨胀率也逐渐增大。
图2也表明,随着时间的推移,试样的膨胀率也逐渐增大,当达到饱和状态时,膨胀率趋于稳定。
特别值得注意的是,在最初几次浸水过程中,起始干密度较小的试样,其膨胀率增加的较快,而起始干密度较大的试样其膨胀率增加的则较慢;当浸水趋近饱和状态时,起始干密度较小试样的膨胀率几乎趋于稳定,起始干密度较大试样的膨胀率迅速增加并趋于稳定。
这主要是由于密度越小试样孔隙率越大,在最初浸水过程中,水分容易进入到试样内部,使得试样能在较短的时间内发生较大的膨胀变形,而密度较大的试样,在最初浸水过程中,由于其密度较大,孔隙率较小,起初水分比较难以进入试样!!1386内部,使得试样不能充分吸收水分,从而其初始膨胀变形较小,随着浸水过程的进行及试样膨胀变形的增加,其密度也将逐渐减小,造成其孔隙率增大,水分就有机会充分进入到试样内部,使得试样膨胀变形急剧增大,当达到饱和状态时,其膨胀变形趋于稳定。
起始干密度为1 55g/cm3的试样在不同起始含水率下分级浸水后膨胀变形历时曲线见图3,一次性浸水后膨胀变形历时曲线见图4。
图3 不同起始含水率分级浸水过程膨胀率历时曲线图4 不同起始含水率一次浸水自由膨胀率历时曲线从图3、图4中看到,不同起始含水率的试样不论是在分级浸水还是一次性浸水饱和的过程中,随着时间的推移,试样的膨胀率逐渐增大,含水率越小,膨胀率越大。
但其膨胀率的增长过程与不同起始干密度试样在浸水过程的增长规律不一样,含水率越小的试样在浸水起始阶段膨胀率增长的速率越快,含水率越大的试样膨胀率增长的速率越慢。
这是由于各试样的干密度相同,孔隙率相同,所以,含水率较小的试样较含水率较大的试样水分容易进入到试样内部,使得膨胀变形较快。
3 2 不同加压方式对膨胀变形的影响 对于先浸水后压缩和先压缩后浸水膨胀试验来讲,是属于两种不同的加荷方式,即有两种不同的应力路径。
对于起始含水率为15 1%、干密度为1 55g c m3的两组试样分别在这两种不同的应力路径下进行膨胀试验,得到在不同压力下的膨胀率,如图5。
从图5中可以看到,在小压力范围内,浸水膨胀再压缩试验压缩稳定后的膨胀率比先压缩再浸水膨胀试验膨胀稳定后的膨胀率不仅要小,而且变化的较快,随着压力的增大,最终两种加压方式的膨胀率趋于一致。
这主要是由于先浸水使得试样产生膨胀变形,体积增大,密度减小,当施加压力后,水分容易排除,使得其膨胀率较小,变化的较快。
图5 不同应力路径压力与膨胀率关系曲线图6 不同起始含水率浸水后压缩试验的膨胀率历时曲线3 3 浸水增湿后压缩试验结果及分析 起始干密度为1 55g cm3的试样在不同起始含水率下浸水增湿变形稳定后进行压缩,其变形历时曲线见图6。
其中OA为加水变形阶段,AB为加压压缩阶段,对每个含水率的试样,分别按20、50、100、200kPa施加压力,BC为卸荷回弹阶段,按100、50、20、0kPa卸荷。
从图6中可以看到,当膨胀变形稳定后对各试样加荷进行压缩,在较小压力下,各试样的变形量均较大,并随着压力的增大,试样的压缩变形量变小。
这是由于试样膨胀稳定后的孔隙较大,即使在较小压力的作用下,也较容易压缩,从而使得压缩变形量较大;当压力增大后,由于试样孔隙逐渐减小,压缩变形也将逐渐减小;试样进入卸荷阶段后,随着压力的减小,膨胀变形又开始恢复,但其增长速率较慢,当荷载完全卸完后,试样的膨胀变形恢复到最大值,但远远小于自由浸水状态下的膨胀率(如图4)。
3 4 压缩变形稳定后浸水增湿试验结果 对于不同起始干密度和相同起始含水率的不同试样分别施加100kPa的压力,待其变形稳定后进行浸水膨胀试验,各试样的变形历时曲线见图7。
从图7中看到,在加压压缩阶段,虽然不同起始干密度试样的变形量相差不大,但还是有一定的压缩变形,密度小,压缩变形量大;当压缩变形稳定后对试样浸水,各试样的变形朝不同的方向发生变化,起始干密度较小试样的变形表现为压缩,起始干密度较大试样的变形表现为膨胀,而且密度越大,膨胀!!1387率越大。
这就是说,压力一定时,起始干密度越大,膨胀变形量越大。
从图7中还可以推测到,不同起始干密度的试样在膨胀率为负值时(产生压缩变形)所需的压力也不同,起始干密度越大,使该试样的膨胀率为负值所需的力越大。
对于起始干密度为1 50g cm 3、起始含水率为15%的5个试样分别施加不同的压力,待其变形稳定后进行浸水膨胀试验,各试样的变形历时曲线见图8。
图7 不同起始干密度试样压缩稳定浸水后的膨胀率历时曲线图8 相同起始干密度试样压缩稳定浸水后膨胀率变化历时曲线从图8中看到,压力越小,膨胀变形越大,在压力为0时,其膨胀变形达到最大值;在未浸水前的起始压缩阶段,各试样的压缩变形量虽然相差不大,但还是随着压力的增大而增大;当压缩稳定后对试样浸水,不同压力下的试样遇水产生变形的速率就表现出不同,压力越大,变形速率越小,反映在曲线上就是压力越大,曲线上升段的斜率越小,甚至出现负值(即压缩);图8中也明显地表明,压力越小,膨胀变形量越大,即起始干密度一定时,压力越大,膨胀变形量越小。