膨胀土判别与分类方法探讨

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务,开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价,对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨,提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标,建立了一种新的膨胀土判别与分类方法,并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。     

膨胀土多指标定量分类方法研究

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土治理的首要任务,对膨胀土的判别与分类方法开展研究具有重要意义。本文在前人研究的基础上,选取膨胀土分类常用的4项指标(液限、塑限、自由膨胀率和标准吸湿含水率),利用粗糙集理论对各指标在分类时的重要性进行评价,进而建立一种简单的膨胀土多指标定量分类方法,易于工程实践操作。     

荆门弱膨胀土的胀缩与渗透特性试验研究

以荆门弱膨胀土为研究对象,开展了完整的胀缩与渗透特性试验,获得了5种不同压实度下膨胀土及其石灰改良土的胀缩与渗透特征。结果表明：膨胀土的膨胀力-干密度关系可用幂函数表达,而无荷膨胀率、有荷膨胀率、体缩率与干密度均非单调关系;由于压实与膨胀效应的耦合作用,95%压实度下膨胀土的无荷膨胀率、有荷膨胀率和体缩率均较小,若直接利用膨胀土进行路基与地基填筑,该压实度下土样不仅具备较大的刚度与强度且胀缩变形较小。经石灰改性后,膨胀力与湿胀变形基本消除,干缩变形大幅降低,胀缩总率仅为0.7%。膨胀土与石灰土渗透系数均很小,且都随干密度的增大而降低,其与干密度的关系仍可用幂函数描述;石灰土的渗透系数大于相应压实度下的膨胀土;而当二者干密度相近时,渗透系数接近。     

掺粉煤灰-石灰对膨胀土胀缩性的影响试验研究

本文探讨利用粉煤灰、石灰-粉煤灰作为添加剂改良合肥膨胀土的可行性与改良效果。试验研究了粉煤灰、石灰-粉煤灰掺合物对膨胀土的胀缩性的影响以及养护作用对改良膨胀土胀缩性的影响。研究结果表明,随着掺灰率的增加,膨胀土的自由膨胀率、膨胀量、膨胀力与线缩率呈减小趋势,这说明掺粉煤灰可有效降低膨胀土的胀缩性。经过一定龄期养护后的击实样的膨胀试验结果表明,随着养护龄期的加长,膨胀土的膨胀量与膨胀力都有一定降低。     

合肥,南京粘土的胀缩特性

合肥、南京粘土中粘土矿物均以伊利石为主,含有较多的蒙脱石—伊利石混层矿物,高岭石含量少于10％。硅铝率2.35—2.91,pH为7.4—7.7,粘粒组含量都大干30％。根据天然含水率下的膨胀率、膨胀力值划分,两地粘土均为非膨胀土。而按自由膨胀率与塑限、液限综合关系划分,合肥粘土属弱—中膨胀土;南京粘土仍属非膨胀土.造成这种差异的原因是试验所用的试样状态不同之故。同一试样测了原状土天然含水率、缩限状态下的膨胀率以及重塑样的膨胀率,所得膨胀率差异很大,原状样缩限状态下膨胀率最高,天然含水率下膨胀率最低,重塑样天然含水率的膨胀率居二者之间,说明土的含水状态及结构联结对土膨胀性的影响很突出。收缩性按线缩率及体缩率划分,除合肥粘土中有中—强收缩性外,均为弱收缩性。在天然含水率下收缩性强于膨胀性。胀缩性均具各向异性,水平方向强于垂直方向。影响胀缩性的主要因素是含水率、粘粒含量、Fe_2O_3含量、孔隙比及塑性指数。     

膨胀土胀缩性评价中有关问题的研究

膨胀土吸水膨胀、失水收缩,产生地表变形,进而导致建筑物破坏。本文就现行膨胀土胀缩性指标试验及地基变形量评价计算中有关问题进行了研究,认为以天然含水量为起始含水量测定土样胀缩率是不合适的,建议以缩限为起点进行膨胀试验,以胀限为起点进行收缩试验,采用加荷膨胀量（而非卸荷膨胀量）参加有荷载下的膨胀率计算。膨胀土地基勘察必须结合场地条件分析可能影响土体含水量变化的因素,对同一工程采用几种方法评价,互相对比、参照。     

改良膨胀土在合蚌高铁路基填料中的应用

分析合蚌高铁沿线分布的膨胀土的工程特性,通过对沿线地区所取典型土样的室内试验,得到自由膨胀率、颗粒组成等试验指标,通过对多个典型取土场的土样进行不同掺灰率的试验,根据强度、胀缩性和水理性等指标确定合蚌高铁石灰改良膨胀土的合理掺灰率。     

水泥窑灰(CKD)改性膨胀土的胀-缩特性试验研究

通过向膨胀土中添加2%~18%不同比率的水泥窑灰(CKD)对其进行改性,对纯膨胀土及掺CKD改性膨胀土的水理性质、膨胀特性和收缩特性进行室内试验,确定改性效果。试验结果表明,CKD可以降低膨胀土的自由膨胀率和液限,液限降低规律符合指数函数,塑限略有提高;随着CKD掺量的增大,混合物的最大膨胀率和最大膨胀力均呈指数衰减,最终收缩率也大幅降低。改性后的膨胀土黏粒减少,水稳性提高,同时由于离子交换等作用,膨胀土-CKD混合物的亲水性降低,吸水性减弱,从而胀缩性质降低,说明CKD对降低膨胀土的胀缩特性具有很好的改性效果,建议适宜掺灰率为10%。     

重塑膨胀土三向膨胀变形试验研究

以广西宁明灰白重塑膨胀土为研究对象,运用自制膨胀土三向胀缩测试仪开展了不同初始含水率和三向压力的膨胀试验,研究了初始含水率和三向压力对胀限、三向膨胀率的影响规律。试验表明,三向等压时,竖向的膨胀率始终大于水平向膨胀率,比值为1.21～1.27,该比值与初始含水率、三向压力无关;三向膨胀时程均可以分为快速膨胀、缓慢膨胀和趋于稳定3个阶段;胀限与三向压力的对数线性相关,与初始含水率无关;相等初始含水率和干密度条件下,三向膨胀率均与三向压力的对数线性相关。     

贵南高铁南宁段古近系泥岩膨胀性判别指标适用性分析

贵南高铁南宁段古近系泥岩是湖沼沉积型半成泥岩,易遇水软化,失水崩解,有一定胀缩性。依托贵南高铁南宁段泥岩样品膨胀性试验数据及路堑边坡人字型骨架开裂的实际现象,采用了相关性、线性回归、匹配度等分析方法,对膨胀性判别指标适用性进行了研究。研究结果表明,干燥饱和吸水率单指标膨胀潜势分级结果与实际较接近,天然湿度样品的膨胀力、交换阳离子含量、蒙脱石含量及自由膨胀率等单指标膨胀潜势分级结果易下降1–2个等级。     

不同垂直荷重对风化砂改良膨胀土抗剪强度影响研究

本文以风化砂改良膨胀土的抗剪强度指标为研究对象,通过室内直接剪切试验,研究了在不同垂直荷重作用下,不同掺砂比例及不同含水率对改良膨胀土抗剪强度指标c、值的影响规律及各种不同垂直荷重下的-关系。影响直接剪切试验结果的两个关键因素是试验时的垂直荷重和剪切速率,而现行规范对剪切速率是有明确规定的,但对垂直荷重只有一个推荐性的取值。本文对膨胀土掺入了10%、20%、30%、40%、50%的风化砂,分别配以6%、8%、10%、12%、14%的水,然后在I级垂直荷重(12.5～50kPa)、Ⅱ级垂直荷重(62.5～100kPa)、Ⅲ级垂直荷重(100～400kPa)作用下,进行剪切试验。通过试验研究得知:垂直荷重对改良后膨胀土抗剪强度指标影响较大,随着垂直荷重的减小,掺砂后的膨胀土内摩擦角逐渐增大,黏聚力逐渐减小; 在各级垂直荷重下,在同一含水率状态下,黏聚力均随着掺砂比例的增大而逐渐减小,而内摩擦角均是先增大后减小; 在同一掺砂比例下,黏聚力及内摩擦角均随着含水率的增大而先增大后减小。本试验的研究成果为风化砂改良膨胀土用作公路路基填料提供了试验依据。     

多级荷载下弱膨胀土的膨胀变形特性试验研究

为研究压实弱膨胀土的膨胀变形特性,对取自高淳某边坡的弱膨胀土进行固结及浸水膨胀变形试验,研究了在300,200,150,100,75,50,25和12.5 kPa共8种上覆压力下不同初始干密度及初始含水率土体的固结及膨胀变形特征。试验结果表明:初始含水率及初始干密度对弱膨胀土的膨胀变形特性均存在一定的影响,在其余条件相同的情况下,膨胀土的膨胀变形量随着初始干密度的增大而增大,随着初始含水率的增大而减小。分析了膨胀土固结及膨胀变形过程的典型曲线特点,研究了不同初始干密度及初始含水率下土体固结与膨胀曲线膨胀区与压缩区分界点特征,得出在初始含水率相同时,分界点的上覆压力与分界点孔隙比及土体的初始干密度均呈正比关系。通过对土体试验数据的分析拟合,结合土体变形过程中的孔隙比与初始状态关系的推导,提出了弱膨胀土的膨胀变形量计算方法,结合工程包边法路堤填筑的荷载分布,采用分层总和法推导了工程包边法膨胀土路堤填筑的膨胀变形量计算方法,并用于路堤膨胀量的预估中。     

Silica fume stabilization of an expansive clay subgrade and the effect of silica fume-stabilised soil cushion on its CBR

ABSTRACT

Expansive soil subgrades, which are subjected to dual swell-shrink problem consequent upon absorption and evaporation of water, need to be improved by chemical stabilization or compacted cushion or geosynthetic reinforcement in order that pavements constructed over them are even, stable and safe. This paper presents extensive experimental data on plasticity, free swell index (FSI) and compaction characteristics of a highly swelling expansive clay stabilized with varying silica fume contents. In another series of tests on a laterite soil to be used as a cushion over the expansive clay subgrade, plasticity properties, compaction characteristics and strength characteristics were determined at varied silica fume contents. Further, CBR of the expansive clay subgrade was determined in the laboratory stabilizing it with varied silica fume contents and providing a cushion of 50 mm thickness of silica fume-stabilized lateritic soil. Liquid limit (LL), plasticity index (PI) and free swell index (FSI) of the expansive clay decreased with increasing silica fume contents. The compaction and strength characteristics of both the soils improved with silica fume stabilization. The CBR of the expansive clay provided with silica fume-stabilized cushion improved significantly.     

某一级公路路基填土膨胀性试验

通过对某一级公路路基填土的天然含水量、液限、塑限、颗粒组成、矿物成分、自由膨胀率、胀缩总率等试验研究，运用塑性图，并综合各项指标对路基填土的膨胀性做了评价。结果认为，此路基填土为高液限和塑限的淤泥质软土，天然状态下具有弱膨胀性。通过对路基填土的击实试验和承载比试验表明，填土压实之后具有一定的膨胀性，在含水量变化差异性影响下的胀缩变形可能导致路基开裂。     

引江济淮试验工程膨胀土电导率特征实验研究

南水北调中线工程实践研究表明,膨胀土的电导率与自由膨胀率呈现线性关系。引江济淮试验工程为开发膨胀土判别快速方法以及提出针对江淮地区土质的电导率法判别适用标准,开展膨胀土电导率特征实验研究。工程现场取多组土样进行基本性质、膨胀性和不同含水率下的电导率实验,寻求该地区膨胀土电导率与含水率和自由膨胀率的关系。研究表明,电导率随土体含水率增加呈现先增加后减小的变化趋势,土体处于液限含水率附近状态下,具有最强的导电性,电导率具有峰值特征。相同含水率条件下,土体的膨胀性越强电导率越大;电导率和自由膨胀率总体上线性相关,试样在液限含水率附近时相关性最大;线性经验模型的精度由相关性水平控制,本试验提出的江淮地区弱膨胀土电导率经验模型的精度控制标准为R2=0.78,可以达到自由膨胀率实测值的精度水平,具有实用价值。     

弱膨胀土工程特性及其路基处治对策

针对湖北襄-荆高速公路膨胀土,在室内开展了弱膨胀土的压实特性、胀缩性状、力学特性试验研究,发现压实膨胀土的工程性状受含水率与压实度的影响,胀缩特性是膨胀土的固有特性,其大小取决于起始湿度和密度;击实膨胀土的最佳含水量和最大干密度随击实功变化而变化,压实功愈大,土的最大干密度也愈大,而对应的最佳含水量愈小;膨胀土的CBR值随其含水率的变化规律类似于击实曲线,但CBR峰值含水率大于最佳含水率,为深入认识膨胀土的工程特性提供了帮助。因此,利用弱膨胀土填筑路堤时,不仅要考虑经过击实后的土的性质,而且还要考虑在填方建成、条件改变后土的性能;膨胀土路堤填筑除考虑压实度与CBR值要求外,尚需考虑胀缩总率的影响。最后,推荐了弱膨胀土路堤结构型式,并提出了弱膨胀土用于路堤填筑的控制标准。     

红层泥岩三轴膨胀力的试验研究

针对现有规范中红层泥岩膨胀力测试结果偏小问题,自主研制了膨胀性岩石三轴膨胀力测试装置。采用先放试样后加约束的方式克服了岩石与容器壁有释放变形空隙的局限性,解决了膨胀力测试结果偏小的问题。通过膨胀土和红层泥岩三轴膨胀力的测试研究,检验了三轴膨胀力测试装置的合理性和有效性,初步总结了红层泥岩三轴膨胀力的变化规律。研究结果表明:三轴膨胀力测试装置及其测试方法能够克服传统固结仪试验方法的局限性,具有较好的实用性,可以适用于膨胀土和膨胀岩三轴膨胀力的测试;红层泥岩三轴膨胀力多数是在MPa的量级,传统固结仪测试的膨胀力多数是kPa量级,更新了现有红层泥岩膨胀力较小的认识;通过对试验结果的分析和膨胀后试样的观察,发现红层泥岩的膨胀机制与膨胀土的膨胀机制是不同的;红层泥岩主要是新鲜岩石表层吸水膨胀、泥化崩解,泥化层剥蚀后,新鲜面再次吸水膨胀、泥化崩解,这是一个逐层循环膨胀的过程。     

离子土壤固化剂改性膨胀土的试验研究

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer,简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究,通过不同配比的自由膨胀率试验结果,结合施工成本,得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明,改性土线缩率减小,膨胀性指标降低,抗剪强度增大,土体由亲水性变成憎水性,且能达到较好的水稳定性,即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为,通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用,打开土粒与水分子之间的“电化键”,降低土颗粒表面吸附水膜厚度,包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱,从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。     

合肥膨胀土标准吸湿含水率的特征

标准吸湿含水率是《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）推荐的三项膨胀土判别指标之一,以合（肥）－六（安）－叶（集）高速公路为工程背景,探讨了该指标在合肥膨胀土判别与分类中的适用性以及与其他指标如液限、塑性指数、自由膨胀率和小于0.002 mm胶粒含量的相关性问题。研究发现：标准吸湿含水率能反映膨胀土膨胀潜势的差别,但规范推荐的判别标准不适用于合肥膨胀土的判别。标准吸湿含水率与液限等其他判别指标具有一定的相关性,相关系数的平方达0.468～0.663,说明标准吸湿含水率能够反映膨胀土的本质属性,可以作为判别指标。