第八章特殊土膨脹土

第八章特殊土膨脹土第一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理一、黃土的成因與分布黃土因顏色為黃色而得名，它是由于黃土沉積物在干旱性大陸氣候作用下經(jīng)過風(fēng)化和成土作用而形成的，其顆粒組成以粉粒為主，空隙比在1.0左右，肉眼可見，富含碳酸鈣鹽類，垂直節(jié)理。黃土按其成因分為原生黃土和次生黃土。第四章特殊土地基第二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理二、黃土的基本性質(zhì)和濕陷機(jī)理（一）黃土的物理性質(zhì)黃土也是一種三相體。黃土顆粒中，粉粒占一半以上，干容重：11.4~16.9kN/m3，大于15.0kN/m3時(shí)濕陷性較?。惶烊缓剩?.3%~40%，當(dāng)含水率超過25%時(shí)不具有濕陷性。黃土的液限是反映黃土力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)液限超過30%時(shí)，黃土的濕陷性較弱且為非自重濕陷性，而液限小于30%時(shí)，則濕陷性較強(qiáng)。第四章特殊土地基第三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理二、黃土的基本性質(zhì)和濕陷機(jī)理（二）濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)濕陷性黃土的力學(xué)性質(zhì)主要包括壓縮性、濕陷性、抗剪強(qiáng)度和透水性，其中濕陷性最為重要。黃土一般具有中等偏低壓縮性，但新近堆積的黃土壓縮性較高。抗剪強(qiáng)度主要取決于土的含水量和密室程度，含水率越低，密室程度越高，抗剪強(qiáng)度越大。此外土的顆粒組成、礦物成分、粘粒和可溶鹽的含量對(duì)抗剪強(qiáng)度也有影響。目前對(duì)黃土的透水性研究不多，其滲透系數(shù)在10-6cm/s。第四章特殊土地基第四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理（三）黃土的濕陷性1.濕陷的成因黃土是由于土中的水分較少，顆粒間的相互粘結(jié)力較大，而上覆土層壓力的增加不足以克服增加的粘結(jié)力，因而處于疏松狀態(tài)，一旦水浸入較深，顆粒間的粘結(jié)力減少甚至消失，就產(chǎn)生了濕陷性。第四章特殊土地基第五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理

（三）黃土的濕陷性2.濕陷系數(shù)第四章特殊土地基式中——土樣在壓力p作用下沉穩(wěn)后的高度；——上述加壓穩(wěn)定后的土樣在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度；——土樣的初始高度；——土樣在壓力p作用下，下沉穩(wěn)定后的空隙比；——上述加壓穩(wěn)定后的土樣浸水作用，下沉穩(wěn)定后的空隙比；——土樣的初始空隙比；第六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理（三）黃土的濕陷性濕陷系數(shù)是判別黃土濕陷性的依據(jù)，一般認(rèn)為第四章特殊土地基非濕陷性弱濕陷性黃土中等濕陷性黃土強(qiáng)濕陷性黃土第七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第一節(jié)濕陷土黃土的性質(zhì)及其地基處理三、濕陷性黃土地基的處理（1）重錘表層夯實(shí)法和強(qiáng)夯發(fā)（2）土夯法、灰土墊層（3）土樁擠密法（4）樁基礎(chǔ)（6）化學(xué)加固法，主要用硅化加固法和氫氧化鈉溶液加固法。（7）預(yù)浸水法（8）熱加固法第四章特殊土地基第八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理

一、膨脹土的成因和分布

膨脹土是指粘粒成分主要由強(qiáng)親水性礦物組成，液限大于40%，且漲縮性能較大的粘性土。膨脹土在自然條件多呈硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，顏色為黃、紅、灰白色，裂隙發(fā)育，常見光滑面和擦痕。第四章特殊土地基第九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五中國(guó)膨脹土的分布圖第十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理

第四章特殊土地基第十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理二、膨脹土的性質(zhì)及膨脹原理

膨脹土屬于粘性土，具有一般粘性土所共有的物理力學(xué)性質(zhì)外，最重要的特性是強(qiáng)親水性、多裂隙性、強(qiáng)膨脹性、強(qiáng)收縮性等。當(dāng)含水量增加，表現(xiàn)出體積增大的能力，即具有強(qiáng)烈的膨脹性；若收到約束，產(chǎn)生的內(nèi)力為膨脹力。相反則產(chǎn)生收縮力。具有脹縮特性，而且脹縮變形可隨環(huán)境溫度和濕度的變化往復(fù)發(fā)生。第四章特殊土地基第十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五膨脹土的主要物理力學(xué)特征：粒度組成中，通常黏粒含量大于30%。粘土礦物成分中，伊利石和蒙脫石等強(qiáng)親水性礦物占主導(dǎo)地位。具有多裂隙性。膨脹，收縮變形可隨環(huán)境變化往復(fù)發(fā)生，導(dǎo)致土的強(qiáng)度衰減。多數(shù)屬于液限大于50%的高液限土。表現(xiàn)出較強(qiáng)的超固結(jié)特性。第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理二、膨脹土的性質(zhì)及膨脹原理（一）土的膨脹性指標(biāo)（1）膨脹含水率第四章特殊土地基式中——試樣的干土質(zhì)量；——膨脹穩(wěn)定后土中水分的質(zhì)量；第十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理（一）土的膨脹性指標(biāo)（2）自由膨脹量（3）膨脹壓力第四章特殊土地基式中——試樣的初始體積；——膨脹穩(wěn)定后土的體積；（4-3）（4-4）式中——施加的總平衡力；——試樣面積；第十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理二、膨脹土的性質(zhì)及膨脹原理

（二）膨脹土的判別建筑、機(jī)械、水電等系統(tǒng)根據(jù)膨脹土地區(qū)建筑物的變形危害調(diào)查，提出膨脹土的臨界判別值為：自由膨脹率Fs≥40%；液限wL≥40%。第四章特殊土地基第十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理二、膨脹土的性質(zhì)及膨脹原理

（三）膨脹土的膨脹機(jī)理由于粘土礦物顆粒的表面特性和水分子的極性，膨脹土與水分子相互作用時(shí)，在顆粒周圍形成水膜將顆粒推開，擴(kuò)大粒間距離使土的體積膨脹。第四章特殊土地基第十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、膨脹土地基的處理（一）工程建設(shè)中的膨脹土問題1）在天然狀態(tài)下，膨脹土通常強(qiáng)度高，壓縮性較低，在地面以下一定深度取樣時(shí)難以發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋。但一旦在大氣中暴露，含水率發(fā)生變化時(shí)，很快出現(xiàn)裂紋，土體結(jié)構(gòu)迅速崩解，透水性不斷增加，強(qiáng)度迅速減小直至為零。2）作為堤壩回填土?xí)r，因其干密度與含水率關(guān)系非常密切，很難壓實(shí)，壓實(shí)質(zhì)量難以控制。3）當(dāng)建筑物基礎(chǔ)直接與膨脹土層接觸時(shí)，即使基礎(chǔ)建基面位于地下水位以下，由于建筑物荷載變化，土體體積和強(qiáng)度仍然會(huì)不斷發(fā)生變化，給工程帶來(lái)負(fù)面影響。第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五三、膨脹土地基的處理（二）高速公路建設(shè)中的膨脹土問題由于膨脹土分布的廣泛性，在膨脹土地區(qū)修筑高速公路這樣巨型帶狀工程時(shí)，不可避免地會(huì)穿越膨脹土地區(qū)，尤其在南方降雨充沛的地區(qū)，存在明顯的干濕循環(huán)，因此在路面結(jié)構(gòu)層中通常會(huì)出現(xiàn)裂縫，這些裂縫又隨之反映到路面上。反復(fù)的干濕循環(huán)效應(yīng)還使得土體發(fā)生崩解，加之路基內(nèi)部的含水率分布不均，使得路基內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，在路面表現(xiàn)出來(lái)的就是波浪式的變形特征，影響公路的安全使用。第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五

確定膨脹土的脹縮等級(jí)，確定合理的灰劑量，對(duì)合理灰劑量的改良土的一系列性質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證。1.改良膨脹土第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理三、膨脹土的地基處理（1）防水措施（2）換土與改土（3）支擋措施第二十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五

改良的幾種思路：1）通過物理、化學(xué)過程降低土粒分散程度，讓土?；ハ嗑奂纬山Y(jié)構(gòu)較為牢固的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土團(tuán)間的連接力，提高土體水穩(wěn)定性。2）通過反離子層的陽(yáng)離子置換，用高價(jià)陽(yáng)離子替代原來(lái)的低價(jià)陽(yáng)離子，從而使反離子層厚度即結(jié)合水膜厚度降低，減少其吸濕能力和膨脹能力。3）通過化學(xué)反應(yīng)，用鍵能較大的離子替代鍵能較小的離子，在土體中形成連接力較大的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)化學(xué)生成物，使土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和水穩(wěn)定性得到顯著的提高。第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五膨脹土的化學(xué)改良法機(jī)理其主要礦物成分為蒙脫石和伊利石，土壤礦物表面帶有大量負(fù)電荷，當(dāng)土壤改良劑和它相遇后，改良劑帶正電荷的親水基和膨脹土就會(huì)緊密結(jié)合，疏水基一致向外，置換出膨脹土顆粒表面的親水金屬陽(yáng)離子，降低了膨脹土顆粒表面的吸附水膜厚度，使土壤顆粒進(jìn)一步靠近，封閉各土團(tuán)之間的孔隙，減少了吸水性和脹縮性，使膨脹土的水穩(wěn)定性得到提高。第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五膨脹土化學(xué)改良劑有：（一）無(wú)機(jī)類改良劑1）石灰類改良劑2）水泥類改良劑3）工業(yè)廢渣類改良劑4）水玻璃類改良劑（二）有機(jī)類改良劑1）丙烯酸鹽系列2）聚液態(tài)丁二烯和銨類第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、膨脹土改良的試驗(yàn)研究擾動(dòng)土改良——摻石灰、水泥等進(jìn)行化學(xué)改良膨脹土改良原狀土改良——摻中性無(wú)毒液性有機(jī)化學(xué)改良劑第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五石灰改良膨脹土機(jī)理分析：1）離子交換2）凝硬反應(yīng)3）碳化作用4）膠結(jié)作用2.1石灰改良膨脹土第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五合理?yè)交伊垦芯扛牧纪恋膹?qiáng)度性狀改良土的變形性狀改良土的水理特性改良土的滲透性2.1石灰改良膨脹土第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.1.1合理?yè)交伊垦芯繄D2-1-1不同灰劑量改良土的擊實(shí)曲線1）擊實(shí)曲線第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第二十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖2-1-2

摻生石灰與消石灰的改良土界限含水率與灰劑量的關(guān)系曲線2）界限含水率第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第三十頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖2-1-3摻生石灰與消石灰的改良土自由膨脹率與灰劑量的關(guān)系曲線3）自由膨脹率第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第三十一頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖2-1-4素土的線膨脹率與時(shí)間的關(guān)系（初始含水率為22.6%）圖2-1-5改良土的膨脹率與時(shí)間的關(guān)系（初始含水率為23%）表3-1素土與不同灰劑量改良土的膨脹性第四章特殊土地基第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第三十二頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.1.2石灰改良膨脹土施工工藝在實(shí)際施工中必須保證摻灰均勻和有效壓實(shí)，需根據(jù)膨脹土特點(diǎn)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件選擇合適的石灰摻入方法﹑摻入時(shí)機(jī)和碾壓機(jī)械組合工藝。一般膨脹土天然含水率高，透水性差，原狀土一般以較大的團(tuán)塊存在，黏性較大，不宜粉碎。能否將石灰和土料拌和均勻是影響改良效果的主要因素之一，因此石灰改良膨脹土施工工藝中最重要的一環(huán)就是摻灰工藝。第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第三十三頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理石灰與膨脹土的拌和方法：（1）路拌法（2）場(chǎng)拌法影響石灰改良土壓實(shí)效果和強(qiáng)度的因素：（1）土的種類（2）土顆粒的大小（3）石灰的摻入量（4）摻入石灰的類型（5）摻入石灰與壓實(shí)成型之間的等待時(shí)間（6）石灰與土拌和的均勻程度（7）碾壓前填土含水率（8）碾壓工藝（9）養(yǎng)護(hù)條件（10）齡期第三十四頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五圖5-10滲透改良膨脹土試驗(yàn)裝置2.2CTMAB改良天然膨脹土

讓CTMAB溶于水，使溶液從土體表面自由入滲。試驗(yàn)裝置見右圖所示，入滲完成后，取不同深度的土進(jìn)行一系列試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)，判斷改良效果第四章特殊土地基第三十五頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.3水泥石灰復(fù)合改良膨脹土技術(shù)水泥石灰復(fù)合改良的機(jī)理：

水泥土的強(qiáng)度主要來(lái)源于水泥本身的水化產(chǎn)物的膠結(jié)作用和水泥水化時(shí)產(chǎn)生的Ca(OH)2與土中活性物質(zhì)之間的硬凝反應(yīng)所產(chǎn)生的水化物的膠結(jié)作用。用水泥加固軟土?xí)r，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物第四章特殊土地基第三十六頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理四、一種特殊的膨脹土—紅粘土（一）紅粘土的分布和組成紅粘土是石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類巖石在亞熱帶溫濕氣候下經(jīng)風(fēng)化作用而形成的褐紅色粘土。它主要分布在北緯33°以南地區(qū)，在我國(guó)貴州、云南、廣西最為典型，且分布較廣。紅粘土的化學(xué)成分以SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3為主，礦物成分以石英、高嶺石為主。由于石英組成的骨架和鐵質(zhì)膠結(jié)物的影響，紅粘土具有較好的水穩(wěn)定性。第四章特殊土地基第三十七頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理四、一種特殊的膨脹土—紅粘土（二）紅粘土的物理力學(xué)性質(zhì)（1）天然含水率較高，以結(jié)合水為主，自由水較少。（2）天然容重介于16.5~18.5kN/m3之間，天然空隙比大于1.0。（3）由于粒間膠結(jié)作用，土體仍處于硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，其壓縮系數(shù)在0.1~0.4MPa-1之間，屬于中等偏低壓縮性。第四章特殊土地基第三十八頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五四、一種特殊的膨脹土—紅粘土紅粘土是較好的地基土，但需要注意以下問題：（1）紅粘土具有膨脹土的性質(zhì)。（2）紅粘土厚度分布不均勻，容易產(chǎn)生不均勻沉降。（3）沿深度從上向下含水量增加，土質(zhì)有由硬到軟的明顯變化。（4）由于地表水和地下水運(yùn)動(dòng)引起的沖蝕和潛蝕作用，在潛伏巖溶上的紅粘土層常有土洞存在，這對(duì)建筑物的穩(wěn)定不利。第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理第四章特殊土地基第三十九頁(yè)，共四十五頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二節(jié)膨脹土的性質(zhì)及其地基處理四、一種特殊的膨脹土——紅粘土（三）紅粘土地基的處理（1）對(duì)土與基巖石芽交錯(cuò)的地基，可去掉石芽作墊層，以減小差異沉降。（2）當(dāng)土質(zhì)不均勻或厚度變化時(shí)，可采用換土墊層地基加固措施。（3）