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膨脹岩土是指岩土體中含有大量的親水性粘土礦物成分,在環境濕度變化時有較大的體積變化,變形受約束時產生較大內應力的岩土。

1 膨脹岩土 -概述

膨脹岩土是一種特殊土,它是在地質作用下形成的一種主要由親水性強的粘土礦物組成的多裂隙並具有顯著膨脹性的地質體。由於其在土體中雜亂分佈的裂隙及反覆脹縮變形造成強度衰減的特性,所以常常給人類的工程建築帶來嚴重破壞,造成許多地質災害。   

2 膨脹岩土 -成因與分佈

成因
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膨脹土的粘粒成分主要由強親水性礦物蒙脫石和伊利石組成。在自然條件下,多呈硬塑或堅硬狀態,顏色為黃、紅、灰白色,裂隙發育,常見光滑面和擦痕。其吸水膨脹、失水收縮並且反覆變形的性質,以及土體中雜亂分佈的裂隙,對路基、輕型建築、機場、岸坡及堤壩等都有嚴重的破壞作用。   

分佈

膨脹土在世界範圍內廣泛分佈,據統計,其實際分佈範圍已遍及六大洲約奶多個國家和地區。美國一半的國土面積分佈有膨脹土,處理膨脹土危害費用高於震害數倍。世界上典型膨脹土的成因類型大致可歸納為殘積、沖積、湖積、洪積、坡積及混合相,個別地區還有冰水成因,其中的殘積、沖積、湖積成因分佈較普遍。

3 膨脹岩土 -分類

膨脹岩土場地,按地形地貌條件可分為平坦場地和坡地場地。符合下列條件之一者應劃為平坦場地:   

(1)地形坡度小於5°,且同一建築物範圍內局部高差不超過1m;   

(2)地形坡度大於5°小於14°,與坡肩水平距離大於10m的坡頂地帶。   

不符合以上條件的應劃為坡地場地。

4 膨脹岩土 -地質特徵

地貌特徵
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多分佈在二級及二級以上的階地、山前丘陵和盆地邊緣,地形坡度平緩,無明顯的自然陡坎。在流水作用下的水溝水渠,常易崩塌、滑動而淤塞。

結構特徵

膨脹岩土干時堅硬,遇水軟化,在自然條件下多呈堅硬、硬塑狀態,結構緻密,自由膨脹率一般大於40%,呈棱形土塊者常具有脹縮性,棱形土塊越小,脹縮性越強。土內分佈有裂隙,裂縫發育,方向不規則,常有光滑面和擦痕,裂縫中常充填灰白、灰綠色粘土。膨脹岩土多為細膩的膠體顆粒組成,斷口光滑,土內常包含鈣質結核和鐵錳結核,呈零星分佈,有時也富集成層。

地表特徵

分佈在溝谷頭部、庫岸和路塹邊坡上的膨脹土常易出現淺層滑坡,新開挖的路塹、邊坡、基槽,旱季常出現剝落,雨季則出現表面滑塌。膨脹土分佈地區還有一個特點,即在旱季常出現地裂,長可達數十米至近百米,深數米,雨季閉合。

5 膨脹岩土 -社會評價

(1)美國工程界稱膨脹土是「隱藏的災害」。

(2)日本工程界稱膨脹土是「難對付的土」、「問題多的土」。

(3)中國膨脹土造成的災害更是觸目驚心,中國由於膨脹土地基致害的建築面積達1000萬m2以上,公路工程中因膨脹土發生的邊坡失穩、路基變形、路面破壞、構造物開裂、倒塌等公路病害造成的經濟損失也是十分巨大的。

因此,研究膨脹土的工程性質,切實做好其工程勘察、設計與施工是確保工程建設質量的關鍵,忽視其中任何一個環節都將給工程帶來隱患。

6 膨脹岩土 -研究重點

對膨脹土的研究,始於20世紀50年代,重點是兩個方面:

(1)對建造在膨脹土地基上的建築物、構築物的變形和破壞事故進行分析,提出地基加固處理和建築物修復的措施;

(2)對膨脹土的成分、結構和工程性質進行研究,以探討膨脹土的變形機理。

7 膨脹岩土 -研究成果

國際會議

自1956年第一屆國際膨脹土會議以來,已召開了七屆膨脹土國際會議。中國鐵路部門在上世紀60-70年代的鐵路建設中,不斷遭遇路塹、路堤的滑塌,特別是焦(作)枝(江)鐵路更是病害不斷。為此70年代后,在全國範圍內開展了有組織、有計劃的膨脹土研究工作。召開了兩次全國性膨脹土地基設計專題研究學術會議,1990年在成都召開了全國首屆膨脹土科學研討會,出版了論文集。

成果著作

(1)李生林等根據大量研究成果,出版了《中國膨脹土工程地質研究》一書,高國瑞在《近代土質學》一書中也對膨脹土的微結構進行了研究。

(2)劉特洪則主要根據南水北調中線工程的研究與實踐,出版了專著《工程建築中的膨脹土問題》。建設部1987年發布了國家標準《膨脹土地區建築技術規範》(GBJ 112--87)。

(3)交通部出版的《公路路基設計規範》、《公路路基施工技術規程》及《路基》設計手冊等,對膨脹土也作出了相應的規定。

當前國際上主要將膨脹土的研究納入非飽和土的研究範疇。重點研究其作為非飽和土的各種特性,如吸力、土一水特徵關係、滲透性、體積與強度變化及氣候環境的影響等。

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