膨胀土的胀缩性及指标差异

7.2.2　膨胀土的工程性质

7.2.2.1　膨胀土的一般性质

由于膨胀土的分布、成因、成土的地质作用多样，其物理力学性质也就有明显的差别。综合我国各地区膨胀土的物理力学指标（表7-8），可将其一般性质归纳为以下几点:

（1）膨胀土的液限wL与塑性指数I_p不高，属中低塑性土，与一般黏土相近。

（2）天然孔隙比e不高，与一般黏性土相近；

（3）天然含水量w接近塑限wp，液性指数I_L接近于零，土体多呈坚硬、硬塑状态。

（4）天然情况下抗剪强度较高，但浸水后，强度值降低很大，c、φ值与浸水之前相差若干倍。

表7-8　膨胀土主要物理力学指标

7.2.2.2　膨胀土的胀缩性

膨胀土吸水膨胀、失水收缩的性能称为胀缩性。表征膨胀土胀缩性能强弱的指标一般有:自由膨胀率（δ_ef）、膨胀率（δ_ep）、膨胀力（P_e）、竖向线缩率（δ_s）、收缩系数（λ_s）等。

1.自由膨胀率（δ_ef）

指人工制备的烘干土样，在水中增加的体积与原体积之百分比。

式中:V0——土样原有的体积，mL；

Vw——土样在水中膨胀稳定后的体积，mL。

2.膨胀率（δ_ep）

指在一定压力作用下，处于侧限条件下的原状土样在浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之百分比。

式中:h_w——土样浸水膨胀稳定后的高度，mm；

h₀——土样原始高度，mm。

3.膨胀力（P_e）

指原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力，可为计算土的膨胀变形量和确定地基承载力的特征值提供依据。膨胀力的确定方法是:以各级压力下的δ_ep为纵坐标，以压力P为横坐标，绘制P-δ_ep曲线，该曲线与横坐标的交点即为该土样的膨胀力（图7-3）。

4.竖向线缩率（δ_s）和收缩系数（λ_s）

竖向线缩率是指土的竖向收缩变形与试样原始高度之百分比。

式中:h₀——土样的原始高度，mm；

h——土样在温度100～105℃烘至稳定后的高度，mm。

收缩系数的确定，应先根据不同时间的线缩率及相应的含水量绘制收缩曲线（图7-4），以原状土样在直线收缩阶段，含水量减小1%时的竖向线缩率δ_s即为收缩系数λ_s，按下式计算:）

式中:Δδ_s——收缩过程中与两点含水量之差对应的竖向线缩率之差，%；

Δw——收缩过程中直线变化阶段两点含水量之差，%。(www.xing528.com)

图7-3　P-δ_ep曲线　　　　　　　　　　　　图7-4　收缩曲线图

5.胀缩总率（δ_eps）

膨胀土具有吸水膨胀，失水收缩，再吸水再膨胀，再失水又收缩的变形特性，这个特性被称为膨胀土的膨胀与收缩的可逆性，用胀缩总率δ_eps表示。

式中:δ_epi——压力P_i下的膨胀率，%；

λ_s——压力P_i下的收缩系数；

Δw——土的含水量可能减少的幅度，%。

据此公式可以得到:

（1）如果天然含水量w＜0.8wp，比较低，在干旱地区，基坑开挖后经暴晒的土，式中的Δw为零，这时土的胀缩总率即是土的膨胀率。

（2）如果天然含水量w＞1.2wp，比较高，施加的压力P_i等于膨胀力，即δ_ep＝0，此时胀缩总率即为收缩率，其值决定含水量可能变化的幅度，若能及时采取措施，控制含水量使变化很小，就可使建筑物地基变形很小。

（3）如果P_i大于土的膨胀力，则δ_epi为负值，即压力P_i作用下不产生膨胀而出现收缩变形。

6.膨胀土各向异性指标

膨胀土由于结构构造特征具有胀缩各向异性。判断胀缩各向异性的指标有α缩和α胀，其计算公式如下

式中:e_sl、e_sd——收缩试验测定的竖向收缩率和横向收缩率；

e_pl、e_pd——三向膨胀试验测定的竖向膨胀率和横向膨胀率。

当α缩（或α胀）＝1时，表明竖向胀缩和横向胀缩相等，土体为各向同性；当α缩（或α胀）＞1时，即竖向胀缩大于横向胀缩，表明土以竖向胀缩为主；反之，当α缩（或α胀）＜1时，表明土以横向胀缩为主。α缩一般为0.70～1.50，但在广西宁明最高达3.33。α胀在陕南、云南为1.30～2.62，在河南为0.80～1.00，但在广东湛江则可高达4.00。由此可见，不同地区膨胀土的膨胀各向异性差别较大，不容忽视。

膨胀土之所以具有较强的胀缩性，主要取决于以下内在因素:

（1）矿物成分:膨胀土主要由蒙脱石、伊利石等亲水矿物组成。

（2）微观结构特征:膨胀土中普遍存在片状黏土矿物，颗粒彼此叠聚成微集聚体基本结构单元。电镜观察证明，膨胀土的微观结构为集聚体与集聚体面面接触形成分散结构，这种结构具有很大的吸水膨胀和失水收缩的能力。

（3）黏粒的含量:土中黏粒含量愈多，土的胀缩性愈强。

（4）土的密度和含水量:天然密度愈大，膨胀性愈强，但收缩性相反就较弱；反之，膨胀量就小，收缩量就大。

（5）土的结构强度:结构强度愈大，土体限制胀缩变形的能力也愈大。当土的结构受到破坏后，土的胀缩性随之增强。

此外，气候条件、地形地貌条件、建筑物本身条件等外在因素也影响膨胀土的胀缩性。

我国部分地区膨胀土的胀缩特性指标见表7-9。

表7-9　我国部分地区膨胀土的胀缩特性指标统计表