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

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所不包的。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

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致害的建筑面积达1000万m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。其主要分布特征如下：

① 膨胀土分布地域与区域地质背景相关，特别是地层的空间分布上表现明显。例如，岷江、嘉陵江、汉水流域的粘土岩与泥灰岩分布的地区广泛发育膨胀土，而且垂直厚度大，最大可达600m；而乌江流域石灰岩地区，膨胀土多数呈零星分布，厚度也较薄。

② 膨胀土分布与地貌密切相关，绝大多数膨胀土集中分布在Ⅱ级阶地以上、盆地及平原内部，例如成都平原、南(阳)襄(樊)盆地、汉中盆地等地区，仅少数残坡积膨胀土分布在低山丘陵剥蚀的地貌单元上。

③ 从成因看，主要为湖积和冲洪积，其次为残坡积。膨胀土分布与气候有关，膨胀土主要集中在长江以北半干旱温热带气候地区，该地域广泛发育棕黄、灰白、灰绿色膨胀土。

④ 膨胀土结构特征随成因类型与母岩性质而变化，例如冲积形成的棕黄或灰白色膨胀土，裂隙较发育，粒团定向度相对较高，粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主。

哈尔滨长春沈阳乌鲁木齐呼和浩特北京银川西宁兰州西安平顶山拉萨成都运城淮阴南京上海石家庄黄 河济南武汉长沙南昌福州台北长江贵阳昆明广州膨胀土南宁广州南海诸岛图1－1 我国膨胀土的分布图

膨胀土的胀缩性、多裂隙性、超固结性是土体内部吸力和内应力变化的三种外在表现形式。膨胀土的胀缩性主要取决于蒙脱石(尤其是钠蒙脱石)的含量，因为蒙脱石具有最强的胀缩性，可以说蒙脱石是膨胀土具有特殊性质的主要物质基础。膨胀性可以表现为膨胀量，但在有一定荷重(约束)作用时部分膨胀量转化为膨胀力，二者都会导致房屋开裂和边坡事故等。裂隙多数为灰白色粘土充填，宽度一般为1～3 mm，裂面具腊状光泽，常见擦痕。多裂隙性使土体渗透性增大、抗剪强度降低，并且使抗剪强度参数的离散性增大。裂隙破坏了膨胀土的完整性，导致其工程性质恶化。如成昆线、焦枝线、成渝线、南昆线和阳安线等10多条铁路通过较长的膨胀土地区，经常发生路基病害和大滑坡，虽花费数亿元之巨，仍屡治不止。超固结性使土体具有较大卸荷回弹膨胀以及渐进破坏特性。膨胀土的胀缩性、多裂隙性、超固结性三者相互作用，共同决定着土体的变形和抗剪强度。影响膨胀土

强度的因素有矿物成分、微结构、湿度、钙质结核、裂隙发育程度等，其中裂隙的分布范围、间距、倾斜度、充填物性质、形状与起伏度等方面是重要的，是边坡稳定研究的关键。按破坏主控因素的不同，将膨胀土路堑边坡划分为潜伏断面滑坡型、弧面渐进破坏型、浅表层崩塌型三种类型，膨胀土路堑边坡多发生浅层的滑坡。

表1-1我国主要膨胀土省份的分布情况

省 分 布 地 域 份 川西平原、川中二、三级阶地，粘四川 丘陵、岷江、嘉土岩，泥灰岩风化陵江等河谷阶地物 区，如成都等 沉积物 以伊利石、蒙二级阶地，山间盆以冲积、湖云南 宾川、楚雄、昆地和残丘，泥岩，积和残坡明、昭通等地 泥灰岩 积为主 岭石 绿泥石、伊利在山间盆地和丘贵陵缓坡地段，如州 毕节、贵阳等地 石 广西 广泛分布于南一二级阶地、岩溶冲积、洪伊利石、高岭宁、宁明、平果、盆地与阶地残丘，积、和残坡石和蒙脱石岩风化残积物 坡积 主，少量蒙脱低丘缓坡，碳酸盐残积和残石、高岭石为为主，含有高脱石，水云母地的冰水少量高岭石 或II级阶脱石为主，含母 岩 型 冲积、风积以伊利石，蒙地 貌 特 征 与 成 因 类 矿 物 成 分 白色、桂林、柳泥灰岩，石灰岩和积为主 州等地 江汉平原、鄂东北与鄂西低山丘盆地和阶地垄岗，冲积、冲洪湖陵及山间盆地广变质岩、岩浆岩风积型、残坡北 泛分布，如襄樊、化物 郧县等 积型为主 粘土岩风化物 为主 伊利石和蒙脱石为主 主要分布在南阳山前缓坡、盆地垄冲积、洪积伊利石，蒙脱河盆地，如南阳、岗，玄武岩、泥灰和湖积为石为主，含高南 邓州、内乡等 集中于陕南，沿汉水河谷的汉中盆地和阶地垄岗，陕盆地和安康盆各类变质岩、岩浆西 地，如汉中、安岩风化物 康等 注：湖南、安徽、江西、江苏、山东、山西、广东和湖北等也有膨胀土分布，北京、甘肃、宁夏、内蒙和东北地区也发现膨胀土，参见图1－1。

膨胀土天然情况下常处于非饱和状态，是一种特殊的非饱和土。习惯上把孔隙水压力为正的土称为饱和土，孔隙水压力为负的土称为非饱和土。非饱和土是由固相、液相和气相组成的三相复合介质，气相的存在导致非饱和土的物理性态、有效应力原理、渗透性、应力应变关系、变形与固结、抗剪强度、孔隙压力及其

为主 少量高岭石 冲积、洪积脱石为主，含伊利石和蒙岩风化物 主 岭石

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