2023年讀書報(bào)告第一次作業(yè)

千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦讀書報(bào)告第一次作業(yè)。。。。膨脹土工程地質(zhì)特性討論發(fā)展

1.前言

膨脹土是一種具有高簇?fù)硇?、高塑性的黏土，其礦物成分主要以蒙脫石、伊利石/蒙脫石、綠泥石/脫石、高嶺石/蒙脫石等為主，對(duì)干濕氣候變化異樣敏感，常給人類工程建設(shè)活動(dòng)帶來巨大危害，是一種“問題多的特別土”。其吸水膨脹、失水收縮的特性簡(jiǎn)單引起建造物開裂、邊坡失穩(wěn)、渠道橋梁等結(jié)構(gòu)物破壞，給工程建設(shè)帶來平安隱患。如1978年我國(guó)南陽地區(qū)和1988～1992年歐洲地區(qū)，持續(xù)的干旱天氣致使浮現(xiàn)了大規(guī)模房屋建造開裂破壞現(xiàn)象，造成嚴(yán)峻經(jīng)濟(jì)損失，究其緣由為地基膨脹土失水收縮導(dǎo)致地面不勻稱沉降變形。南水北調(diào)中線工程穿越膨脹土地區(qū)累計(jì)長(zhǎng)度約386km，沿線曾發(fā)生大量渠段坍塌和淺層滑坡等工程地質(zhì)問題。事實(shí)上，早在20世紀(jì)70年月初，南陽陶岔引水渠的開挖施工中，膨脹土層就發(fā)生過十幾處大滑坡，且大都發(fā)生在1:4－1:5的緩坡上，由此引起了人們對(duì)膨脹土問題的重視，并在其后舉行了處理，為以后正式開工建設(shè)提供了處治閱歷。

2.脹縮性

脹縮性的概念是因?yàn)楹首兓鸬呐蛎浲馏w積變化，稱為脹縮變形，即含水率上升發(fā)生膨脹，含水率降低發(fā)生收縮。脹縮性是

膨脹土的典型性質(zhì)之一。在許多條件下，當(dāng)膨脹土經(jīng)受往復(fù)干濕循環(huán)時(shí)，脹縮變形表現(xiàn)出不行逆性，往往隨干濕循環(huán)次數(shù)的增強(qiáng)而增強(qiáng)，在控制吸力條件下開展了干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺膨脹土的脹縮變形可分為宏觀結(jié)構(gòu)變形和微觀結(jié)構(gòu)變形兩部分。普通而言，宏觀結(jié)構(gòu)變形的可逆性與干濕循環(huán)過程中的累積變形量有關(guān)，然而微觀結(jié)構(gòu)變形卻通常是可逆的。

關(guān)于膨脹土的脹縮機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開展了許多討論，得到一些普遍的熟悉。與水互相作用時(shí)，因?yàn)轲ね恋V物顆粒表面的親水性與水分子的極性結(jié)構(gòu)特征，水分子在電場(chǎng)力作用下會(huì)吸附在礦物顆粒周圍，形成一層水膜。水膜的厚度受黏土礦物種類、孔隙溶液成分、環(huán)境溫度、外部荷載和微觀結(jié)構(gòu)等因素的影響，水膜的厚度變化則直接反映了膨脹土的脹縮性。膨脹土的干燥收縮過程實(shí)際上是土體在內(nèi)力作用下顆粒間孔徑減小和密實(shí)度增強(qiáng)的過程。當(dāng)土體中的相對(duì)濕度高于大氣相對(duì)濕度時(shí)，土體中的水分子會(huì)通過土體表面進(jìn)入到大氣中，形成蒸發(fā)。在蒸發(fā)過程中孔隙水表面張力的作用下，在顆粒間會(huì)形成彎液面，產(chǎn)生毛細(xì)水壓力。表面張力和彎液面曲率半徑是影響毛細(xì)水壓力的關(guān)鍵因素，且普通而言，毛細(xì)水壓力為負(fù)值。因此，土體干燥失水過程中，顆粒周圍的水膜變薄，孔徑減小，在毛細(xì)水壓力和表面張力的共同作用下，土顆粒會(huì)隨蒸發(fā)而逐漸靠攏，宏觀表現(xiàn)為收縮變。關(guān)于膨脹土的脹縮機(jī)理，也有學(xué)者提出了不同的觀點(diǎn)。如廖世文(1984)、高國(guó)瑞(1984)從晶格擴(kuò)展、雙電層理論和微觀結(jié)構(gòu)控制3個(gè)方面向膨脹土的脹縮機(jī)理舉行了總結(jié)歸納。劉特洪(1997）則

將其歸納為10種理論:黏土礦物晶格擴(kuò)張理論、黏土礦物疊片體作用理論、雙電層理論、吸力勢(shì)理論、膨脹潛勢(shì)理論、自由能變化理論、膨脹路徑與脹縮狀態(tài)理論、濕度應(yīng)力場(chǎng)理論、脹縮時(shí)光效應(yīng)理論、結(jié)構(gòu)連結(jié)與楔入作用理論。

3.裂隙性

裂隙性也是膨脹土的典型性質(zhì)之一。在干旱少雨的時(shí)節(jié)，膨脹土因蒸發(fā)失水發(fā)生收縮，以致在表面產(chǎn)生縱橫交叉的裂隙網(wǎng)絡(luò)，俗稱龜裂，在自然界中十分常見。裂隙的產(chǎn)生和進(jìn)展直接或間接地對(duì)膨脹土的工程性質(zhì)產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致工程地質(zhì)問題發(fā)生。如裂隙會(huì)破壞土體的整體性，降低土體的承載力并增強(qiáng)土體的壓縮性，導(dǎo)致地表建造結(jié)構(gòu)不發(fā)生勻稱沉降、傾斜和開裂;裂隙的存在為雨水迅速入滲土體內(nèi)部提供便捷通道，成倍增強(qiáng)土體滲透性，弱化水利設(shè)施、核廢物處置庫和垃圾填埋場(chǎng)中防滲屏障的功能性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)雨水沿裂隙入滲土體內(nèi)部加速邊坡失穩(wěn)，誘發(fā)滑坡災(zāi)難，并且將增強(qiáng)土體的風(fēng)化深度，加重坡面水土流失，進(jìn)一步破壞生態(tài)環(huán)境。近年來由極端干/濕性氣候引發(fā)的膨脹土干縮開裂問題吸引了越來越多學(xué)者的關(guān)注，并開展了一系列討論，取得了大量成績(jī)。

膨脹土裂隙討論一個(gè)主要的方向是裂隙網(wǎng)絡(luò)定量分析，當(dāng)前取得了比較豐盛討論成績(jī)。在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的迅速進(jìn)展，裂隙量化討論也取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。如盧再華等(2022)利用CT對(duì)重塑膨脹土在干濕循環(huán)過程中裂隙的演變舉行了討論，定義了基于CT數(shù)據(jù)的裂隙損傷變量，定量

地分析了膨脹土裂隙演變過程;袁俊平等(2022a)在重塑膨脹土自

然風(fēng)干過程中利用遠(yuǎn)距光學(xué)顯微鏡對(duì)裂隙的進(jìn)展舉行了動(dòng)態(tài)定量觀測(cè)，用灰度熵作為度量裂隙發(fā)育程度的重要指標(biāo);唐朝生等(2022a)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)(DIP)，對(duì)裂隙網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、條數(shù)、總長(zhǎng)度、平均寬度等幾何形態(tài)參數(shù)舉行了定量討論，分析了裂隙網(wǎng)絡(luò)在干燥過程中的演變邏輯，并建立了一套裂隙量度指標(biāo)體系;李宏偉等(2022)計(jì)算了膨脹土干燥過程中裂隙發(fā)育的分形維數(shù)，發(fā)覺分形維數(shù)與裂隙率基本呈線性關(guān)系，裂隙率與含水率也呈線性關(guān)系。

到目前為止，關(guān)于裂隙的產(chǎn)生和發(fā)育機(jī)理仍然還有無數(shù)問題沒得到解決，如裂隙發(fā)育過程中力的來源及其遵循何種邏輯、裂隙網(wǎng)絡(luò)為何以四邊形為主、當(dāng)一條裂隙逼近另一條裂隙時(shí)為何會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向而與之垂直相交等，筆者認(rèn)為今后有須要圍繞該課題開展更深化更系統(tǒng)的討論工作。但必需要強(qiáng)調(diào)的是，單純從力學(xué)的角度明顯不能徹低解釋膨脹土裂隙的發(fā)育機(jī)理。如砂土在同樣的干燥條件下就不會(huì)發(fā)育裂隙，說明黏土礦物的存在對(duì)干縮裂隙的發(fā)育也起到控制作用。此外，不同地區(qū)的膨脹土或者不同環(huán)境條件下的膨脹土裂隙發(fā)育狀態(tài)存在顯著

差異，這與膨脹土中的黏土礦物成分、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙水成分及蒸發(fā)速率等因素有關(guān)。因此，要從本質(zhì)上揭示膨脹土干縮開裂機(jī)理，必需綜合考慮土質(zhì)學(xué)、土力學(xué)和土結(jié)構(gòu)等因素。

4.超固結(jié)性

所謂超固結(jié)，是指土體在地質(zhì)歷史過程中曾經(jīng)承受過比當(dāng)前應(yīng)力水平更高的荷載作用，其固結(jié)狀態(tài)通常用超固結(jié)比OCＲ來描述

(陳善雄，2022)。盡管超固結(jié)性也是膨脹土的典型“三性”之一，但相比于脹縮性和裂隙性，相關(guān)討論要薄弱得多，且主要以定性描述為主，缺乏系統(tǒng)性。

導(dǎo)致膨脹土浮現(xiàn)超固結(jié)性的緣由是多方面的，除了自重作用和膠結(jié)作用外，氣候作用和膨脹土自身具有比普通黏性土更強(qiáng)的脹縮性也是重要緣由。在干旱環(huán)境中，膨脹土中水分蒸發(fā)，含水率和飽和度不斷減小，因?yàn)榕蛎浲林泻写罅考?xì)小黏土顆粒，處于非飽和狀態(tài)時(shí)吸力最高可達(dá)100～200MPa，導(dǎo)致土顆粒間的有效應(yīng)力顯著增強(qiáng)，土體發(fā)生顯著的收縮變形，固結(jié)度增強(qiáng)，而此過程并不徹低可逆，從而導(dǎo)致膨脹土展現(xiàn)顯然的超固結(jié)性。目前學(xué)術(shù)界關(guān)于土的超固結(jié)性討論主要集中在本構(gòu)模型方面(李新明，2022)。如Pender(1978)提出的超固結(jié)土本構(gòu)模型為復(fù)雜應(yīng)力路徑下土體應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系討論奠定了理論基礎(chǔ);Dafalias(1986)針對(duì)超固結(jié)土提出了邊界面模型，為該領(lǐng)域后續(xù)討論提供了新的思路;Asaokaetal．(2000)和Nakaetal．(2022)提出了適用于三維應(yīng)力-應(yīng)變特性的超固結(jié)土本構(gòu)模型。我國(guó)學(xué)者在該領(lǐng)域也取得了一些突破，如沈珠江等(2022)在巖土力學(xué)及破損力學(xué)的框架內(nèi)建立了適用于超固結(jié)裂土的二元介質(zhì)模型，用以分析超固結(jié)邊坡的穩(wěn)定性;姚仰平等(2022)基于公論的Hvorslev面提出了適用于多種應(yīng)力路徑和剪切狀態(tài)的超固結(jié)土本構(gòu)模型。

膨脹土邊坡失穩(wěn)除受脹縮性和裂隙性影響外，超固結(jié)性的影響也不容忽略，尤其對(duì)于人工開挖邊坡，更應(yīng)當(dāng)引起重視。因?yàn)槌探Y(jié)作

用，膨脹土具有較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和比正常固結(jié)土更大的水平應(yīng)力，在不受外界干擾的條件下是比較穩(wěn)定的。但在邊坡開挖過程中，邊坡的形成過程其實(shí)就是一個(gè)卸載過程。因?yàn)榕蛎浲辆哂休^高的水平應(yīng)力，卸荷效應(yīng)比正常固結(jié)黏土大的多，更易產(chǎn)生裂隙，使土體整體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響(Loetal．，1973)。

5.強(qiáng)度

關(guān)于膨脹土強(qiáng)度，以往討論主要集中在干濕循環(huán)影響方面。如楊和平等(2022a)通過開展常規(guī)直剪實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺寧明膨脹土的黏聚力

隨干濕循環(huán)次數(shù)增強(qiáng)而減小，且第一次循環(huán)衰減幅度最大，但內(nèi)摩擦角受干濕循環(huán)次數(shù)的影響不顯然，荷載對(duì)衰減有顯然的抑制作用。他們?cè)诮Y(jié)論中強(qiáng)調(diào)，在舉行膨脹土路基和邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，需著重考慮干濕氣候變化對(duì)土體強(qiáng)度的影響;呂海波等(2022，2022)對(duì)南寧地區(qū)的膨脹土舉行了三軸不固結(jié)不排水剪切實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，膨脹土抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增強(qiáng)而降低，終于趨于穩(wěn)定;徐彬等(2022，2022)結(jié)合直剪實(shí)驗(yàn)和三軸實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺膨脹土的黏聚力和內(nèi)摩擦角均隨干濕循環(huán)次數(shù)呈雙曲線關(guān)系衰減。此外，還發(fā)覺含水率、密度以及裂隙對(duì)膨脹土強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響，并建議用試樣做5次干濕循環(huán)后

的強(qiáng)度指標(biāo)作為膨脹土裂隙發(fā)育區(qū)的強(qiáng)度指標(biāo);劉華強(qiáng)等(2022)

基于室內(nèi)直剪實(shí)驗(yàn)，提出了反映膨脹土抗剪強(qiáng)度隨干濕循環(huán)次數(shù)增強(qiáng)而衰減的閱歷公式。許多學(xué)者在討論干濕循環(huán)作用下膨脹土的力學(xué)性質(zhì)時(shí)也得到了類似的結(jié)果(Miaoetal．，2022;楊和平等，2022)。

楊和平等(2022)為討論膨脹土邊坡淺層滑坍破壞邏輯，在低應(yīng)力及干濕循環(huán)條件下開展了剪切實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了荷載對(duì)抑制強(qiáng)度衰減作用顯然。

實(shí)際上，膨脹土在干濕循環(huán)作用下強(qiáng)度衰減除了與結(jié)構(gòu)變化有關(guān)外，還與干濕循環(huán)過程中裂隙的發(fā)育有關(guān)(劉華強(qiáng)等，2022;殷宗澤等，2022，2022)。姚海林等(2022)、殷宗澤等(2022)等認(rèn)為裂隙對(duì)膨脹土邊坡的失穩(wěn)有很大負(fù)面作用，一方面裂隙的產(chǎn)生和進(jìn)展破壞土體的整體性，弱化了工程地質(zhì)特性;另一方面是雨水很簡(jiǎn)單沿裂隙進(jìn)入邊坡內(nèi)部，進(jìn)一步降低邊坡的穩(wěn)定性。一些學(xué)者因此對(duì)含裂隙膨脹土的力學(xué)性質(zhì)開展了討論，如袁俊平等2022a)利用遠(yuǎn)距光學(xué)顯微鏡對(duì)重塑膨脹土在自然風(fēng)干條件下的裂隙發(fā)育過程舉行了動(dòng)態(tài)觀測(cè)，對(duì)裂隙發(fā)育過程中的試樣舉行了不排水、不排氣非飽和三軸多級(jí)剪切實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺飽和度與裂隙度共同影響裂隙膨脹土強(qiáng)度。無裂隙狀況下，飽和度是影響膨脹土強(qiáng)度的主要因素。

6.滲透性

許多討論表明，膨脹土邊坡失穩(wěn)普通有兩個(gè)顯著特征:(1)滑動(dòng)往往發(fā)生在降雨天氣;(2)以淺層滑動(dòng)為主(鄭少河等，2022)。因此，討論膨脹土邊坡的穩(wěn)定性問題時(shí)，降雨入滲是關(guān)鍵。為了弄清降雨條件下邊坡內(nèi)的滲流場(chǎng)變化邏輯，必需把握膨脹土的滲透特性。但普通室內(nèi)實(shí)驗(yàn)基于膨脹土測(cè)得的滲透系數(shù)都微小，理論上雨水很難入滲，這與實(shí)際狀況相差甚遠(yuǎn)。實(shí)際上，在循環(huán)干濕氣候作用下，膨脹土邊坡上往往發(fā)育了大量干縮裂隙，不僅破壞土體的完整性，降低

土體強(qiáng)度，同時(shí)還為降雨入滲提供快捷通道(姚海林等，2022;袁俊平等，2022b)。雨季時(shí)，正是因?yàn)榱严兜拇嬖?，雨水可快速入滲坡體內(nèi)部，土體強(qiáng)度隨之驟減，而裂隙延長(zhǎng)深度以下的土體仍然保持較低的滲透性，雨水難以入滲，往往積聚于裂隙內(nèi)，并在淺層形成飽和帶，從而觸發(fā)淺層滑坡。因此，討論膨脹土的滲透性時(shí)，很有須要考慮裂隙因素。

Albrechtd等(2022)舉行了膨脹土干濕循環(huán)過程中的滲透性實(shí)驗(yàn)討論，發(fā)覺滲透系數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的增強(qiáng)而增大，他們將該結(jié)果歸因于內(nèi)部裂隙數(shù)量的增強(qiáng);Ｒayhanietal．(2022)對(duì)多種膨脹土舉行了干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺土體裂隙的發(fā)育狀況受塑性指數(shù)和黏粒含量的影響，，并且滲透系數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的增強(qiáng)而增大。

綜上所述，裂隙是影響膨脹土滲透性的關(guān)鍵因素，也是導(dǎo)致膨脹土邊坡失穩(wěn)的重要前提。在分析膨脹土邊坡的失穩(wěn)機(jī)理和開展相關(guān)數(shù)值模擬討論時(shí)，有須要考慮裂隙因素對(duì)強(qiáng)度參數(shù)和入滲參數(shù)的影響并且滲透系數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的增強(qiáng)而增大。

7.微觀機(jī)理

膨脹土黏土顆粒多呈聚攏狀，大小不一，外形各異。因?yàn)榕蛎浲恋牟涣脊こ烫匦灾饕莛ね恋V物所控制，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理討論所的曲永新教授對(duì)膨脹土中的黏土礦物特性開展了大量討論，他指出膨脹土中的黏土礦物組成十分復(fù)雜，既含有大量的膨脹性黏土礦物(如蒙脫石和伊利石/蒙脫石、高嶺石/蒙脫石、綠泥石/蒙脫石等

混層黏土礦物)，又包括若干非膨脹性黏土礦物(如伊利石、高

嶺石、綠泥石等)。無論是從相對(duì)含量還是從肯定含量上，膨脹性黏土礦物的含量都遠(yuǎn)多于非膨脹性黏土礦物，這是膨脹土具有顯著脹縮特性的物質(zhì)基礎(chǔ)。而膨脹性黏土礦物在一定程度上又會(huì)影響土體微觀結(jié)構(gòu)。常見黏土礦物的微觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描圖顯示，蒙脫石多呈彎曲、卷曲薄片狀;高嶺石是粒狀疊片體顆粒，單片體較平整，厚寬度相對(duì)較大，外形較規(guī)章，伊利石呈薄片狀，在顯微鏡下類似碎屑云母，沒有彎、曲邊，外形不規(guī)章且單薄。楊和平(2022a)通過SEM發(fā)覺伊利石/蒙脫石(I/S)混層礦物呈卷曲狀疊片體，有定向羅列的特點(diǎn)，對(duì)膨脹土變形極為有利。

受形成條件和礦物成分的影響，膨脹土基本顆粒羅列除存在紊流結(jié)構(gòu)、層流結(jié)構(gòu)外，、粒狀積累結(jié)構(gòu)和膠結(jié)式結(jié)構(gòu)等特征，片狀、扁平狀顆粒具有一定的定向趨勢(shì)。顆粒組合包括基質(zhì)、團(tuán)圓體及連結(jié)物?；|(zhì)主要包括顆粒－顆粒接觸形成的顆粒狀基質(zhì)，紊流或?qū)恿黟ね列纬傻酿ね粱|(zhì);膨脹土微觀結(jié)構(gòu)單元以顆粒、團(tuán)圓集體單元為主，集結(jié)成堆;連結(jié)物包括紊流黏土基質(zhì)和膠結(jié)物，顆粒連結(jié)比較松散，組合間孔隙性比較顯著。

微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)模型的耦合問題向來是學(xué)界的討論難題。雖然許多學(xué)者舉行了大量的微觀結(jié)構(gòu)要素定量討論，但極少將之與宏觀力學(xué)性質(zhì)建立理論聯(lián)系起來。目前在本構(gòu)模型方面，比較認(rèn)同的

是Alonso(Alonsoetal．，1990，1999;Gensetal．，1992)在

非飽和土模型基礎(chǔ)上對(duì)微觀結(jié)構(gòu)變形機(jī)理討論提出的膨脹土彈塑性

模型，一定程度上能反映膨脹土的濕脹干縮變形性質(zhì)，具有應(yīng)用與討論價(jià)值。曹雪山(2022)在膨脹土干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，對(duì)膨脹土的結(jié)構(gòu)特征舉行了分析，并討論了膨脹土的微觀變形機(jī)理，在Alonso膨脹土模型的基礎(chǔ)上提出了一些改進(jìn)設(shè)想。

8.膨脹土工程處治技術(shù)

8.1膨脹土路基變形

許多國(guó)家膨脹土地區(qū)鐵路線上，因?yàn)檫吰峦馏w強(qiáng)度的衰減以及基床土體承載力降低，而造成邊坡的溜塌、滑坡，線路不勻稱沉降，致使鐵路路基失穩(wěn)，影響行車平安在膨脹土地區(qū)舉行道路工程建設(shè)時(shí)，膨脹土路基設(shè)計(jì)應(yīng)以路基工程地質(zhì)條件為依據(jù)，針對(duì)不同路基工程地質(zhì)性質(zhì)實(shí)行相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)形式，其設(shè)計(jì)依據(jù)主要為:膨脹土類別、邊坡土體結(jié)構(gòu)類型、裂隙發(fā)育程度及主要裂隙產(chǎn)狀、膨脹土風(fēng)化程度及其風(fēng)化層深度、地形地貌特征及水文地質(zhì)特征等。膨脹土邊坡防護(hù)和加固須針對(duì)膨脹土特性，以防表水入滲和沖蝕，防止風(fēng)化和脹縮變形，其主要措施為表水防護(hù)、坡面防護(hù)、支擋防護(hù)和換土等。按照膨脹土路基變形特點(diǎn)和邏輯，膨脹土路基基床設(shè)計(jì)應(yīng)以改良基床土質(zhì)性質(zhì)和排解基床水為原則，常用基床防護(hù)加固和土質(zhì)改良措施有:基床換土、摻和土、混凝土封閉、灌漿等，排解基床積水措施有深側(cè)溝、盲溝、滲溝和橫向排水孔道等。我國(guó)在鐵路建設(shè)過程中對(duì)浮現(xiàn)的膨脹土工

程地質(zhì)問題舉行了大量討論和探究，形成一套較為完整的膨脹土工程勘察及設(shè)計(jì)體系。

8.2膨脹土路塹邊坡滑坡

膨脹土路塹邊坡一經(jīng)開挖，需舉行加固或支護(hù)，否則將會(huì)失穩(wěn)甚至產(chǎn)生滑坡災(zāi)難。當(dāng)前膨脹土邊坡防護(hù)加固措施主要分為剛性支護(hù)和柔性支護(hù)兩大類，其中剛性支護(hù)通過鋼支撐、木支撐、混凝土襯砌及覆噴混凝土等限制巖土體位移過大、防止有害松動(dòng)、保持巖土體穩(wěn)定性，并實(shí)施坡面封閉。剛性支護(hù)對(duì)膨脹土邊坡處治具有一定效果，但處治費(fèi)用較高，變形協(xié)調(diào)能力差，土體產(chǎn)生較大變形時(shí)簡(jiǎn)單造成其破壞。柔性支護(hù)主要采納土工織物為主，輔以其他綜合處治措施，柔性支護(hù)體允許一定變形，能有效釋放土體中的膨脹力，降低其對(duì)于支擋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力作用，同時(shí)又可起到支擋與封閉作用。

9.結(jié)論

在過去幾十年里，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者在膨脹土的工程地質(zhì)特性方向上舉行了大量討論，本文著重從膨脹土的脹縮性、裂隙性、超固結(jié)性、強(qiáng)度、滲透性、微觀結(jié)構(gòu)特征及工程處治技術(shù)等幾個(gè)方面向相關(guān)討論成績(jī)舉行了歸納總結(jié)，得到如下熟悉:

(1)脹縮性是膨脹土的典型性質(zhì)之一，是膨脹土水敏性或氣候敏感性的突出表現(xiàn)，是膨脹土地區(qū)常見工程地質(zhì)問題的直接緣由。目前學(xué)術(shù)界關(guān)于脹縮機(jī)理存在不同的觀點(diǎn)，但歸根究底，都是取決于親水性黏土礦物與水之間的互相作用方式、過程及微觀結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

(2)裂隙性也是膨脹土的典型性質(zhì)之一，裂隙是導(dǎo)致膨脹土工程性質(zhì)弱化和膨脹土災(zāi)難的重要因素之一。裂隙的發(fā)育是土質(zhì)條件、土

力學(xué)條件和環(huán)境氣候條件共同作用的結(jié)果。對(duì)于工程中的膨脹土問題，勘察、設(shè)計(jì)和施工的各個(gè)階段，以及強(qiáng)度參數(shù)、滲透參數(shù)確實(shí)定、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等方面，都有須要考慮裂隙因素的影響。

(3)超固結(jié)性也是膨脹土的典型性質(zhì)之一，相對(duì)于脹縮性和裂隙性，目前學(xué)界對(duì)超固結(jié)性的討論偏弱。超固結(jié)性使膨脹土具有較正常黏土更大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和水平應(yīng)力，但在邊坡開挖時(shí)，其卸荷效應(yīng)也強(qiáng)于正常固結(jié)黏土，易產(chǎn)生裂隙，是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的重要因素。膨脹土的上述“三性”是其工程地質(zhì)問題的根源，三者在本質(zhì)上是互相關(guān)聯(lián)互相影響的，實(shí)際工程中應(yīng)綜合考慮，避開片面化。

(4)膨脹土的強(qiáng)度受含水率、結(jié)構(gòu)特征和裂隙發(fā)育程度等因素的綜合影響。在干濕循環(huán)條件下，膨脹土的強(qiáng)度普通隨循環(huán)次數(shù)的增強(qiáng)而不斷衰減，終于趨于穩(wěn)定。裂隙發(fā)育是導(dǎo)致膨脹土在干濕循環(huán)過程中力學(xué)性質(zhì)浮現(xiàn)弱化的主要因素。因此，在膨脹土工程中，強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)如何選取十分關(guān)鍵。假如以無裂隙原狀膨脹土實(shí)驗(yàn)獲得的力學(xué)參數(shù)作為依據(jù)，必定高估膨脹土的穩(wěn)定性，可能引發(fā)災(zāi)難。反之，假如所有采納偏低的經(jīng)多次干濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的強(qiáng)度指標(biāo)，則可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏保守，造成鋪張。

(5)膨脹土的滲透性主要取決于內(nèi)部裂隙的發(fā)育程度，含裂隙和不含裂隙膨脹土的滲透系數(shù)往往有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差異，且滲透系數(shù)普通隨干濕循環(huán)次數(shù)的增強(qiáng)而增大。在降雨條件下，膨脹土邊坡的失穩(wěn)破壞過程與裂隙發(fā)育狀態(tài)密切相關(guān)。

(6)微觀結(jié)構(gòu)在一定程度上打算了膨脹土的宏觀工程性質(zhì)。膨脹土因?yàn)楦缓瑥?qiáng)親水性黏土礦物，其微觀結(jié)構(gòu)特征與普通黏性土有所不同，正是因?yàn)橥临|(zhì)學(xué)因素和土結(jié)構(gòu)因素的共同作用，造就了膨脹土的特別性。但在討論膨脹土的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，假如僅僅局限于微觀尺度下獲得的有限的信息，簡(jiǎn)單做出片面的推斷。為了避開“只見樹林，不見森林”，在討論辦法上應(yīng)特殊強(qiáng)調(diào)微觀與宏觀、試驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)、土樣與土體的密切結(jié)合(李生林等，1992)，尤其應(yīng)當(dāng)綜合考慮地質(zhì)成因和水文地質(zhì)條件與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)。

(7)膨脹土工程性質(zhì)討論除了重點(diǎn)考察力學(xué)變形指標(biāo)外，尤其應(yīng)當(dāng)把氣候環(huán)境條件納入討論范疇，即有須要在干濕循環(huán)條件下開展針對(duì)性討論，以便使討論結(jié)果更臨近真切狀況，更具代表性。

(8)針對(duì)膨脹土路基的變形和邊坡失穩(wěn)問題，除了傳統(tǒng)的換填、化學(xué)改性及剛性支護(hù)等防治措施，近些年進(jìn)展起來的膨脹土填筑路堤物理處治技術(shù)和膨脹土路塹邊坡柔性支護(hù)技術(shù)也具有良好的效果，并在許多工程中得到勝利應(yīng)用，具有較好的推廣價(jià)值。

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