膨脹土的工程特性和判定及路基設(shè)計.ppt

1、膨脹土的工程特性和判定及路基設(shè)計,二、膨脹土的工程特性 (一)脹縮性 膨脹土吸水體積膨脹，使其上的建筑物隆起，如果膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；失水體積收縮，造成土體開裂，并使其上的建筑物下沉。 膨脹土產(chǎn)生膨脹的強弱與黏土顆粒含量、黏粒的礦物成分以及晶體結(jié)構(gòu)的差異有關(guān)。 膨脹土的顆粒成分：粒徑0.05mm 砂粒 含量較少； 土的顆粒越細(xì)，膨脹土的特殊性質(zhì)越強,膨脹土路基,膨脹土路基,組成成分： 我國膨脹土的主要成分為蒙脫石、伊利石和高嶺石等。 ） 蒙脫石是一種鱗狀礦物，具有強烈的結(jié)構(gòu)膨脹性； ） 伊利石的晶格結(jié)構(gòu)和蒙脫石類似，但是活動能力較低， 僅有中等膨脹性； ）高嶺石晶體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，屬于低膨脹性

2、土。 微觀結(jié)構(gòu)方面：膨脹土的微觀結(jié)構(gòu)和其成因類型、粘土礦物的種類和迭堆情況相關(guān),S,S,S,S,S,S,S,3,膨脹土及其工程問題 膨脹土是一種富膨脹性粘土礦物且在環(huán)境干濕交替作用下發(fā) 生體積明顯脹縮和強度強烈衰減而常常導(dǎo)致工程變形破壞的非飽和 粘性土。 鋁氧八面體,硅氧四面體,蒙脫石構(gòu)型,鉀離子,伊利石構(gòu)型,微觀特征： （1）以蒙脫石和伊利石及其混成粘土礦物為主，易吸水膨脹，失水收,縮；（2）比表面積大；（3）陽離子交換量大；（4）微裂隙發(fā)育,高嶺石構(gòu)型,G,S,nH2O G S,G,S G S,鋁氧八面體,硅氧四面體,G S G S,膨脹土路基,自由膨脹率ef 將人工制備的磨細(xì)烘干土樣，經(jīng)

3、無頸漏斗注入量杯，量其體積，然后倒入盛水的量筒中，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，再測其體積。增加的體積與原體積的比值ef稱為自由膨脹率,膨脹土路基,二）多裂隙性 普遍發(fā)育各種形態(tài)的裂隙是膨脹土的另一個顯著特征。膨脹土的形成與其成土過程、漲縮效應(yīng)、風(fēng)化作用等相關(guān)。 分類： 原生裂隙：地表以下3m的土體很少受氣候變化的影響，成為原生裂隙。 次生裂隙：分布在3m以內(nèi)，用肉眼就能很容易觀察到,膨脹土路基,三）超固結(jié)性 由于膨脹土大都是在更新世以前沉積的土層，在歷史上曾經(jīng)受過超壓密作用，處于超固結(jié)狀態(tài)。 因此膨脹土： 隨著土體開挖，將產(chǎn)生明顯的卸載膨脹，是土體內(nèi)聚集的能量逐漸釋放。 （四）崩解性 膨脹土浸水后體

4、積膨脹，發(fā)生崩解。強膨脹土浸水后幾分鐘即完全崩解。 （五）強度衰減性 由于脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用時間增加，抗剪強度大幅度衰減,膨脹土路基,二）膨脹土的判別標(biāo)準(zhǔn)和分類標(biāo)準(zhǔn) 膨脹土的判斷標(biāo)準(zhǔn)和分類指標(biāo)都采用綜合判定的方法，及根據(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)特征、自由膨脹率、和建筑的破壞程度來綜合確定,標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率（,標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率,標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率,R = 0.9461,R = 0.9823,R = 0.9211,y = 0.0264x + 0.6901 2,0,15 12 9 6 3,0,400,500,100 200 300 比表面積（m2/g,y = 0.2649x + 0.7266 2,0,15 12 9

5、6 3,0,40,50,10 20 30 蒙脫石含量（,y = 0.0281x - 0.4559 2,0,15 12 9 6 3,0,600,4 200 400 陽離子交換量（me/kg,膨脹土及其工程問題 2膨脹土的判別與分類 （1）國內(nèi)外現(xiàn)有膨脹土判別分類指標(biāo)可分為兩大類： 宏觀（間接）指標(biāo)通過工程實驗評價其膨脹潛勢； 微觀（直接）指標(biāo)反映脹縮機理的本質(zhì)參數(shù)，如蒙脫石含量、比 表面積、陽離子交換量。 （2）公路部門：自由膨脹率、塑性指數(shù)；鐵路部門：微觀指標(biāo)。 （3）最新研究成果：測試簡便、能反映膨脹土的脹縮本質(zhì)的宏觀指標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水率,膨脹土路基,膨脹土的初判判斷指標(biāo),膨脹土路基,膨脹土

6、評判指標(biāo),膨脹土分級,注： 當(dāng)有2項指標(biāo)符合時，即判定為該等級,膨脹土公路路基的常見病害,1）滑坡 路堤路塹均有發(fā)生，是膨脹土路 基最嚴(yán)重的病害。路堤滑坡往往發(fā)生 在填土或基底為膨脹（巖）土層的情 況，滑體一般寬2050米，厚25 米；路塹滑坡多發(fā)生在膨脹（巖）土 分界面，裂隙面或軟弱層處，寬數(shù)10 米，厚一般34米，較少超過6米， 具有成群分布、淺層性、牽引性、結(jié) 構(gòu)和構(gòu)造性以及多次滑動性等特點。 10,膨脹土及其工程問題,內(nèi)蒙古呼集路大滑坡,11,2）坍滑,路基施工中到處可見，路堤坍塌多發(fā)生在路肩，坍壁一般 不超過1米，寬幾米或十幾米不等；路塹坍塌較嚴(yán)重，多發(fā)生 在塹頂，坍壁一般高23米，

7、寬為幾十甚至達(dá)到百米,膨脹土及其工程問題,12,3）溜坍,路堤一般在坡腰和坡腳發(fā)生，厚度多小于1米，路塹多在 已剝落、沖蝕或臌脹的坡面上產(chǎn)生，高度和長度均在數(shù)米內(nèi)， 厚多在0.20.6米，在長路塹邊坡中也可見多個溜坍體連成的 溜坍裙,膨脹土及其工程問題,13,4）結(jié)構(gòu)物破壞,由于膨脹土脹縮變形和膨脹力作用，擋墻推移，墻身被剪 斷，涵洞基礎(chǔ)下沉開裂，洞身斷裂或涵底隆起， 橋臺開裂， 橋梁錐坡和擋墻開裂外移,膨脹土及其工程問題,14,水泥路面縱向開裂,膨脹土及其工程問題 （5）路面變形、開裂和斷板 瀝青路面變形,一）膨脹土路堤設(shè)計 邊坡高度不大于10m時，邊坡坡度和平臺設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),膨脹土地區(qū)的路基設(shè)

8、計,膨脹土路基,在膨脹土地區(qū)設(shè)計路堤時，還應(yīng)該考慮下面的要求： （1）用膨脹土作路基填料，土塊應(yīng)擊碎。 （2）強膨脹土不可做路基填料，不得已時候要進(jìn)行改良。 （3）膨脹土路堤應(yīng)該預(yù)留沉降加寬量，可根據(jù)路堤高度，每側(cè)加寬0.5-1.5m,1) 非膨脹性土包邊技術(shù),2) 土工格柵（網(wǎng)）邊部加筋技術(shù) (3) 膨脹土與碎石夾層、格柵包邊技術(shù) (4) 石灰改良膨脹土、格柵包邊技術(shù) 25,推薦方案,膨脹土路堤修筑技術(shù) 5膨脹土直接用作路堤填料的處治技術(shù)（物理處治方法） 封閉包蓋,H8.0,6.0,7.5,1.5,1,26,非膨脹性土包邊技術(shù),碎石土,膨脹土,非膨脹土,24.5,3.5,3.5,1,75,尺

9、寸單位：m 設(shè)計要點,破面封閉選擇具有一定強度且隔水性好的非膨脹性粘土包邊，包 邊厚度由當(dāng)?shù)嘏蛎浲粮蓾裱h(huán)顯著影響區(qū)深度確定。 底面隔水應(yīng)對基底進(jìn)行處理，防治地下水和毛細(xì)水的影響。 頂面封閉選擇非膨脹性粘土填筑于上路堤和路床,膨脹土路堤修筑技術(shù),膨脹土路堤整體穩(wěn)定性檢算 膨脹土路堤整體穩(wěn)定性，進(jìn)行圓弧法分析進(jìn)行分析計算。強度采用浸水后的指標(biāo)，不計滑弧通過路堤表層1.0M的范圍內(nèi)的抗剪強度，設(shè)計安全系數(shù)1.25。如小于1.25，則需要修改路基斷面直到滿足為止。 膨脹土路堤邊坡表層穩(wěn)定性檢算 膨脹土路堤竣工初期，表層和內(nèi)部土的強度基本上是一致的。但經(jīng)過風(fēng)化作用后，由于干縮濕漲反復(fù)作用變形，表層土中

10、產(chǎn)生了很多裂隙，雨水沿著不斷發(fā)育的裂隙深入，使土塊崩解、軟化、膨脹，密度減小，導(dǎo)致大量的邊坡淺層溜坍發(fā)生。 表層抗滑安全穩(wěn)定系數(shù)計算公式: C黏聚力，約等于無側(cè)限抗壓強度的一半（kpa） 土的容重 土的傾角 H滑面的高度 D滑面的深度，即表層軟化深度,膨脹土路塹設(shè)計 膨脹土路塹地區(qū)斷面形式應(yīng)根據(jù)膨脹土的特性，防治地表水的滲入，沖蝕，防止風(fēng)化作用發(fā)展，防止脹縮變形和強度衰減為出發(fā)點。因此路塹邊坡按照下面圖式設(shè)計,膨脹土路塹橫斷面形式,膨脹土路基設(shè)計,路塹邊坡坡度和平臺寬度,3 膨脹土路塹邊坡的穩(wěn)定性分析 坡面沖蝕和表層溜坍是一種淺層破壞現(xiàn)象，一般不作邊坡橫斷面設(shè)計依據(jù)。大量實踐表明，膨脹土地區(qū)的

11、滑坡多由邊坡開挖，切斷了下部支撐，在地下水作用下，使斜坡土體失去平衡而產(chǎn)生滑動所致，故在開挖前應(yīng)探明有無產(chǎn)生滑坡的可能性，設(shè)計中考慮防止措施。 對膨脹土路塹邊坡穩(wěn)定性分析方法是：邊坡坍滑的靜力學(xué)平衡分析法，其理論基礎(chǔ)為圓弧條分法,受干濕循環(huán)作用控制 的淺層破壞,受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面控制28 的淺層破壞,受層間軟弱結(jié)構(gòu)面控 制的破壞,膨脹土路塹邊坡處治技術(shù) 膨脹土路塹邊坡滑坍是膨脹土地區(qū)最嚴(yán)重、最易發(fā)生和最難治理的 地質(zhì)災(zāi)害。 1膨脹土路塹邊坡破壞模式,39,剛性支護，以圬工結(jié)構(gòu)（重力式擋墻、抗滑樁和片石護面墻等）為 主，并輔以其他必要綜合處理措施，它是目前最常用的處治方法,3膨脹土路塹邊坡常用處治

12、技術(shù),不允許被支護土體產(chǎn)生變形,積蓄的膨脹能和膨脹壓力大，可能,導(dǎo)致支檔結(jié)構(gòu)物的破壞,施工困難、周期長、造價高,膨脹土路塹邊坡處治技術(shù),40,膨脹土路塹邊坡處治技術(shù) 4柔性支護結(jié)構(gòu),回填碎石土,帶孔,管,兩布一膜封層,回填碎石土,滲溝,水泥蓋板,0.5,0.5,漿砌片石,單層土工布封層 磚砌,膨脹土填料,填筑碎石,帶孔,管,防水土工布 路面70,主要適用于各類膨脹土路塹,邊坡的滑坡處治，也可用于邊坡,開挖后的及時支護,回填碎石 適用對象,結(jié)構(gòu)形式,41,柔性支護結(jié)構(gòu)特征 采用土工格柵分層攤鋪錨固，回填非膨脹土或膨脹土壓實形成足夠 厚度的柔性擋墻，再輔以坡頂?shù)姆忾]、墻背及基底的排水處理可發(fā)揮如

13、下功效： 土工格柵與填土之間的摩擦力和咬合力以及格柵的層間聯(lián)結(jié)、反包可提 供足夠的抗剪強度，使加筋土體構(gòu)成一個整體來抵抗邊坡的作用； 柔性擋墻允許邊坡土體產(chǎn)生一定的變形可釋放開挖邊坡的大部分應(yīng)力和 膨脹力，“以柔克剛”； 坡率為1:1.5、厚度大于3.5m、高度大于三分之二坡高以上的的柔性墻 體能覆蓋新近開挖塹坡的主要坡面，其足夠的自重可以抵抗土壓力的作 用； 足夠的墻體厚度可隔絕和防止風(fēng)化作用對坡體膨脹土的影響（大于有效 活動層深度），阻止裂隙進(jìn)一步發(fā)展和淺表層滑坍。 各個防排水設(shè)施之間相互聯(lián)系，形成了路塹邊坡坡后、坡體、路基、路 面、地表之間綜合防排水體系,膨脹土路塹邊坡處治技術(shù),42,氣候季節(jié)變化和晴雨交替作用的 影響，地表水平面以下自然土體 水分發(fā)生顯著變化的深度范圍。 干縮開裂 顯著影響區(qū),增濕膨脹 （產(chǎn)生膨脹力或膨脹變形） 裂隙和裂縫 干濕循環(huán)影響下的膨脹土邊坡,膨脹土路塹邊坡處治技術(shù) 5柔性支護結(jié)構(gòu)設(shè)計 處治范圍 邊坡破壞現(xiàn)場調(diào)查和數(shù)值模擬分析 結(jié)構(gòu)已經(jīng)表明膨脹土的破壞以淺表層為 主，干濕循環(huán)是主要肇因。因此，路基 處治范圍應(yīng)該由膨脹土的干