膨脹土膨脹性試驗研究畢業(yè)設計

1、<p>　　西 南 交 通 大 學</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　龍?zhí)端屡蛎浲僚蛎浶匝芯?lt;/p><p>　　年 級 2009級</p><p>　　姓 名 柳佳武</p><p>　　學 號

2、 20090605</p><p>　　專 業(yè) 地質(zhì)工程</p><p>　　指導老師 郭永春副教授</p><p>　　二零一三 年 六 月</p><p><b>　　第1章 緒論4</b></p><p>　　1.1膨脹土的特性及分布特點

3、4</p><p>　　1.2膨脹土問題研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3 問題的提出、目的和意義7</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容8</p><p>　　第2章 試樣的基礎實驗和制備10</p><p>　　2.1取樣區(qū)地質(zhì)背景10</p><p>　　2.1.1

4、地形地貌10</p><p>　　2.1.2地層巖性10</p><p>　　2.1.3地質(zhì)構造11</p><p>　　2.1.4氣象水文條件12</p><p>　　2.2試樣基礎實驗13</p><p>　　2.2.1原狀土物理性質(zhì)實驗13</p><p>　　2.2.2界限含

5、水率實驗14</p><p>　　2.2.3 自由膨脹率實驗16</p><p>　　2.2.4 擊實實驗17</p><p>　　2.3本章小結18</p><p>　　第3章 初始含水率對膨脹土膨脹性影響的實驗研究20</p><p>　　3.1初始含水率對膨脹率的影響規(guī)律20</p>&

6、lt;p>　　3.1.1實驗說明及試樣制備20</p><p>　　3.1.2實驗步驟20</p><p>　　3.1.3實驗數(shù)據(jù)21</p><p>　　3.1.4 結論分析30</p><p>　　3.2初始含水率對膨脹力的影響規(guī)律31</p><p>　　3.2.1實驗說明31</p>

7、;<p>　　3.2.2實驗步驟32</p><p>　　3.2.3實驗數(shù)據(jù)32</p><p>　　3.2.4結論分析38</p><p>　　3.3本章小結39</p><p>　　第4章 吸水過程對膨脹土膨脹性影響的實驗研究40</p><p>　　4.1膨脹土吸水過程膨脹率隨著吸水率的變

8、化規(guī)律40</p><p>　　4.1.1實驗說明40</p><p>　　4.1.2實驗步驟40</p><p>　　4.1.3實驗數(shù)據(jù)41</p><p>　　4.1.4實驗結論42</p><p>　　4.2膨脹土吸水過程膨脹力隨著吸水率的變化規(guī)律42</p><p>　　4.

9、2.1實驗說明42</p><p>　　4.2.2實驗步驟42</p><p>　　4.2.3實驗數(shù)據(jù)43</p><p>　　4.2.4實驗結論46</p><p>　　4.3本章小結46</p><p>　　第5章 軸向應力對膨脹土膨脹性影響的實驗研究48</p><p>　　5

10、.1相對膨脹率實驗研究48</p><p>　　5.1.1實驗說明48</p><p>　　5.1.2實驗步驟48</p><p>　　5.1.3實驗數(shù)據(jù)49</p><p>　　5.1.4實驗結論50</p><p>　　5.2膨脹率實驗研究52</p><p>　　5.1.1實驗

11、說明52</p><p>　　5.2.2實驗步驟52</p><p>　　5.2.3實驗數(shù)據(jù)52</p><p>　　5.2.4實驗結論55</p><p>　　5.3本章小結58</p><p><b>　　結論59</b></p><p><b>

12、　　參考文獻61</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1膨脹土的特性及分布特點</p><p>　　膨脹土是一種非飽和的、結構不穩(wěn)定的區(qū)域性特殊土，其粘粒成分主要由強 親水性礦物蒙脫石、伊利石組成，具有顯著的濕脹干縮和反復濕脹干縮性質(zhì)，濕 度變化時有較大體積變化，變形受約束時產(chǎn)生較大內(nèi)

13、應力，并具有多裂隙性、超 固結性及強度衰減性等特殊性質(zhì)。世界范圍內(nèi)對于膨脹土的定義不一，我國在國家標準《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GBJ112-87)(以下簡稱《膨脹土規(guī)范》)中對膨脹土作如下定義[1]:土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特征的粘性土。</p><p>　　根據(jù)工程地質(zhì)特征及土的自由膨脹率等指標綜合分析，膨脹土一般具有以下 特征:(1)裂隙發(fā)育，常有光滑面與擦

14、痕，有的裂隙中充填灰白色、灰綠色粘土， 在自然條件下下呈硬塑狀態(tài);(2)多出露于二級或二級以上階地、山前丘陵和盆 地邊緣，地形平緩，無明顯自然陡坎;(3)常見淺層滑坡、地裂、新開挖槽壁易 發(fā)生坍塌等;(4)建筑物裂縫隨氣候變化而張開或閉合;(5)自由膨脹率大于或 等于40。具備這些條件的土一般即可判定為膨脹土[5].</p><p>　　膨脹土在世界范圍內(nèi)分布非常廣泛，迄今己經(jīng)發(fā)現(xiàn)在世界上六大洲的40多個國家都有

15、不同程度的膨脹土分布[2、3]。我國是世界上膨脹土分布最廣、面積最大的國家之一，在我國膨脹土主要分布于華中、華南和西南地區(qū)，區(qū)域人口超過三億。在廣西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山東、陜西、江蘇、貴州和廣東等20多個省、自治區(qū)、直轄市膨脹土均有不同范圍的分布，總面積在10萬以上，其中以湖北、河南、云南、廣西的一些地區(qū)最為發(fā)育[4]。我國二十幾個省區(qū)的資料，膨脹土多分布在二級及二級以上的河谷階地、山前、盆地邊緣和丘陵地帶，在山地表

16、現(xiàn)為低丘緩坡，在平原地帶表現(xiàn)為地面龜裂、溝槽、無直立邊坡。也有個別分布在一級階地上，呈龍崗一丘陵與淺而寬的溝谷，地形坡度平緩，無明顯的自然陡坡，具有典型的壟崗式地貌。在流水作用下的水溝水渠，常易崩塌、滑動而淤塞[4]膨脹土以沉積建造環(huán)境和母巖風化改造作用作為分類依據(jù)，其成因可概括為五種類型[5]，即湖相沉積膨脹土、河流相沉積膨脹土(沖積膨脹土、洪積膨脹土、冰水沉積膨脹土)、殘坡積膨脹土、海相沉積膨脹土、火山灰沉積膨脹土。不同類型的膨脹土

17、由于來源母巖不同，成土環(huán)境各異，因此往往具有</p><p>　　1.2膨脹土問題研究現(xiàn)狀</p><p>　　過去人們對于膨脹土的了解和認識較少，由于其在天然狀態(tài)下具有較好的工程性質(zhì)，土體堅硬，強度較高，變形較小，往往認為其是一種很好的天然地基土。雖然有許多膨脹地基土上的建筑物，尤其是輕型建筑物發(fā)生了不同程度的開裂等問題，但這些建筑物損壞的原因往往被歸咎于施工質(zhì)量問題或基礎的不均勻沉降，

18、而沒有考慮到膨脹土浸水膨脹、失水收縮特性對上部結構的影響。</p><p>　　1938年，美國開墾局在奧勒岡州歐維希的一座鋼制虹吸管基礎工程中首次認識到了膨脹土問題的存在[3]。自那時起，工程技術人員開始認識到，建筑物的損壞除了由于沉降造成的以外，有時還會存在其它原因。此后，隨著地上板結構的日益廣泛使用，由膨脹土造成的建筑物物損壞進一步增多。隨后的幾十年中，又有近二十個國家和地區(qū)提出了有關膨脹土問題造成危害的報

19、告，膨脹土對工程建設的危害開始引起全世界范圍內(nèi)的廣泛關注，其中以加拿大、澳大利亞、南非、以色列、印度、中國及美國等國尤為突出。</p><p>　　自二十世紀四十年代起，膨脹土問匙邇釉引起世界池圍內(nèi)竿木界和土程界廣泛重視，在上世紀六十年代之后，成為世界性的重要研究課題[2,3] 。 1965年，首屆世界膨脹土學術會議在美國召開，之后每4年一屆[8、9l。除此以外，國際工程地質(zhì)大會、國際土力學及基礎工程大會等許多

20、巖土工程方面的國際會議都將膨脹土工程問題列為其重要的議題。英國、前蘇聯(lián)、美國、日本和羅馬尼亞等國都先后組織專家學者，對膨脹土的工程性質(zhì)進行專門研究，并制定有關規(guī)范，充分反映了世界各國對膨脹土工程問題的高度重視及采取的科學態(tài)度。</p><p>　　我國關于膨脹土的研究工作開展至今，已在其各個方面取得了很多有價值的研究成果，主要包括以下研究方向:(1)膨脹土的礦物成分與其膨脹性的關系研究;(2)膨脹土的非飽和特性與

21、計算模型研究;(3)膨脹土的脹縮性、超固結性、裂隙性以及強度衰減性研究;(4)降水入滲對土坡穩(wěn)定性的影響研究等。在有關膨脹土的諸多特性研究中，其強度特征和變形特性作為指導相關工程設計、施工的關鍵性因素，更是長期受到學術界和工程界的廣泛重視，一直是膨脹土研究工作的重點所在[10]。</p><p>　　在膨脹土的強度特性研究方面，專家學者們從不同角度出發(fā)作了大量的工作，并已取得了很多在理論上和工程上都具有意義的成果

22、。</p><p>　　繆林昌等通過對寧夏膨脹土進行的常規(guī)等速直剪試驗，研究了其含水量對于峰值穩(wěn)定強度的影響，并總結出了膨脹土的含水量、粘聚力和內(nèi)摩擦角之間的關系方程[11];通過對不同干密度、吸力的非飽和重塑膨脹土進行三軸剪切試驗，研究分析其應力應變硬化和軟化和體變剪縮剪脹特性與土樣內(nèi)部的孔隙孔徑大小及孔隙連通性的相關性，研究表明，低密度試樣內(nèi)部孔隙孔徑較大且連通性較好，應力一應變曲線表現(xiàn)為硬化，體變呈剪縮性，

23、當土樣密度增大后逐步由硬化一剪縮向軟化一剪脹轉(zhuǎn)化[12]。</p><p>　　龔壁衛(wèi)等對非飽和擊實膨脹土的總應力強度進行探討，對不同起始含水量和不同起始密度的擊實膨脹土運用非飽和的固結快剪方法，進行了抗剪強度的試驗研究，研究了非飽和膨脹土在總應力狀態(tài)下的抗剪強度特性。認為總應力強度隨著干密度的增大和含水量的減少而變大，含水量的變化對于內(nèi)摩擦角影響較小，而對于凝聚力影響較大[13]。</p><

24、;p>　　溫國炫等認為膨脹土的粘聚力與含水比之間有較為明顯的關系，而與含水量、干容重、孔隙比等的直接關系不明顯，膨脹土的內(nèi)摩擦角與含水量、干容重及孔隙比之間均有一定的關系，其中孔隙比的關系較為密切[14]。</p><p>　　孔令偉等對湖北襄荊高速公路膨脹土的膨脹潛勢等級、含水量與干密度對其加州承載比(CBR)值的影響規(guī)律進行了系統(tǒng)研究，獲得不同含水量范圍內(nèi)膨脹土CBR值和干密度與壓實度的經(jīng)驗相關公式，發(fā)

25、現(xiàn)膨脹土的CBR值隨其膨脹潛勢等級、含水量、壓實功變化的規(guī)律，CBR峰值對應的含水量大于最佳含水量，其差值隨擊實功的減小而減小[15]。</p><p>　　丁振洲等根據(jù)對膨脹土增濕試驗的研究，得出:前期增濕會引起較大的膨力，在達到一定程度后出現(xiàn)拐點，以后膨脹力的增加趨于緩慢且近于線性;換算膨脹力與初始含水率成非線性負相關關系。同時探討了極限膨脹力影響因素，試驗表明，不同含水率制備的相同干密度的土樣的極限膨脹力隨

26、初始含水率的增大而減小[16]。</p><p>　　韓華強、陳生水利用常規(guī)直剪儀、三軸儀以及輕便固結儀，分別對非飽和膨脹土的強度和變形特性以及干濕循環(huán)對強度和變形的影響進行了一系列的試驗研究，以飽和度、干濕循環(huán)次數(shù)為變量，分別探求了外力約束對膨脹土強度的影響，不同飽和度膨脹土的總應力強度特性，干濕循環(huán)對非飽和膨脹土總應力強度的影響，飽和度與壓縮模量以及孔隙比的關系，干濕循環(huán)對飽和膨脹土有效應力強度指標的影響，廣

27、義吸力與飽和度的關系，并建議了一組計算非飽和膨脹土變形及強度特性的經(jīng)驗公式[17]。</p><p>　　膨脹土研究中的另一個重點問題是膨脹土的變形特性，尤其是含水量、壓力等方面因素對于膨脹土的變形特性的影響，由于既具有重要的理論意義，又和工程實踐密切相關，更是引起了專家學者們的廣泛重視，一直是膨脹土研究的重要內(nèi)容，前人在此方面也已做了大量工作，并取得了許多有意義的成果。</p><p>

28、　　劉祖德、王園對擊實膨脹土進行三向浸水變形研究，討論了在三向應力狀態(tài)下初始含水量對土樣變形的影響，但沒有考慮初始干密度和壓力水平對變形特性的影響[18]。</p><p>　　沈珠江等應用非飽和土簡化固結理論，用數(shù)值計算方法模擬了膨脹土渠道邊坡在降水過程中孔隙壓力變化和變形的發(fā)展過程，并且得到了得到在定性上和實際人工降雨試驗觀測一致的結果，但試驗過程與天然降水情況有出入，且實驗和計算的變形僅限于彈性范圍內(nèi)[19

29、]。</p><p>　　李振等通過用壓縮儀對不同起始密度及含水率的膨脹土進行分級和一次性浸水試驗，得到了浸水路徑、初始含水率、初始干密度、壓力和加壓方式對膨脹土變形影響的定性規(guī)律，但對于幾種因素共同作用時的相互影響未加以考慮[20]。</p><p>　　丁振洲等通過試驗方法研究了不同程度增濕對膨脹土變形的影響，證明無荷及有荷膨脹率均與增濕程度有關，且呈近似線性正相關關系，并給出了膨脹土

30、增濕變形的一般性建議公式，但試驗全部選取重塑膨脹土樣進行，沒有考慮到原狀土與重塑土的差異性[21]。</p><p>　　1.3 問題的提出、目的和意義</p><p>　　膨脹土在天然狀態(tài)下常處于較堅硬狀態(tài)，對氣候和水文因素有較強的敏感性，這種敏感性對工程建筑物會產(chǎn)生嚴重的危害。膨脹土脹縮引起建筑物的破壞常常具有多次反復性和長期潛在的危險性，給人類造成災害。美國工程界稱膨脹土為隱藏的災害

31、”，“晴天一把刀，雨天一團糟”及“天晴張大嘴，雨后吐黃水”都是對膨脹土的真實寫照[22]。膨脹土的這種顯著脹縮特性使膨脹土地區(qū)的房屋建筑、鐵路、公路、機場、水利工程等經(jīng)常遭受巨大的破壞。修筑在典型膨脹土分布區(qū)的鐵路、公路膨脹土路基常常是“逢塹必滑，有堤必坍”，而且這種破壞作用常具有多次反復性和長期潛在危害性。因此，有人稱它為“工程中的癌癥”。它給世界各國造成了巨大的經(jīng)濟損失。</p><p>　　據(jù)Jones和H

32、oltz(1973)報導，僅在美國，“每年由于土的脹縮對房屋，道路和管線所造成的損害達23億美元，比水災，臺風，龍卷風和地震所造成的損害加在一起還多一倍以上。”1980年，Krohn和Slosson估計，由于膨脹土對建筑物造成的危害，美國每年需要消費70億美元。世界大多數(shù)國家都有膨脹土問題，如美國，澳大利亞，阿根廷，緬甸，中國，古巴，埃賽俄比亞，加納，英國，印度，伊朗，以色列，肯尼亞，墨西哥，摩洛哥，南非，西班牙，土耳其和委內(nèi)瑞拉等國都

33、報導過他們遇到的膨脹土問題。據(jù)統(tǒng)計每年膨脹土給全球帶來的經(jīng)濟損失估計達15億美元以上[6]。</p><p>　　綜上所述，膨脹土問題是全球性的共同課題，其分布之廣，災害的損失，是今人觸目驚心的。對膨脹土的研究是必需的，也是必要的。</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　通過上述對重塑膨脹土的研究工作的總結，可以發(fā)現(xiàn)，膨脹土問題是巖土工

34、程的“癌癥”。其造成的損失巨大，處理的難度極高，費用極大。由于地區(qū)的差異，膨脹土形成過程的不一，其性質(zhì)也變化不一。在找出其共性的基礎上，仍有許多“個性”問題需要研究。不同類型的工程設施，膨脹上對其影響方式也不同，基于目前的研究現(xiàn)狀和工程實際需要，本文從龍?zhí)端聲r代新城段膨脹土的試驗研究出發(fā)，主要做以下兩個方面的研究工作:</p><p>　　(1)膨脹土的基本物理性質(zhì)</p><p>　　通

35、過室內(nèi)常規(guī)試驗得出龍?zhí)端聲r代新城段膨脹土的基本物理性質(zhì)指標，如土粒比重、液限、塑限、塑性指數(shù)、自由膨脹率等，通過這些基本物理性質(zhì)對膨脹土的工程特性作出初步判別，為下一步的研究工作提供前提和條件。</p><p>　　(2)重塑膨脹土的不同因素對其膨脹性的影響</p><p>　　膨脹土吸水體積產(chǎn)生劇烈膨脹，這是膨脹土最本質(zhì)的特性之一。從微觀上講，膨脹土吸水膨脹主要是由于水分子在膨脹土親水礦

36、物顆粒周圍以及疊聚體周圍產(chǎn)生具有一定排列方向的結合水膜，結合水膜加厚，使土顆粒距離增加，導致土體膨脹。然而，實際工程建設中，我們不可能準確地確定膨脹土體中水膜厚度的變化情況。但是我們可以在宏觀方向上，從影響膨脹土工程膨脹變形的外部因素發(fā)，對膨脹土的膨脹變形進行有關測試，進行定量分析，總結膨脹變形規(guī)律，指導工程實踐?；谶@一目的，我們對龍?zhí)端屡蛎浲吝M行了大量的室內(nèi)試驗，分別討論初始含水率、吸水率、軸向應力對膨脹土膨脹性的影響。尋找膨脹土膨

37、脹變形特性，為今后膨脹土地區(qū)的工程建設提供合理的參數(shù)。</p><p>　　第2章 試樣的基礎實驗和制備</p><p>　　2.1取樣區(qū)地質(zhì)背景</p><p><b>　　2.1.1地形地貌</b></p><p>　　擬建場地位于成都市成華區(qū)鶴林村，總體呈西高東低，孔口標高為499.88m～511.92m，最大高差

38、為12.04m。地貌單元屬成都平原Ⅲ級階地。</p><p><b>　　2.1.2地層巖性</b></p><p>　　據(jù)鉆探揭露，場區(qū)上覆地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系湖積層（Q4l）、第四系中更新統(tǒng)冰水沉積層(Q2fgl)組成，下伏基巖由白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）泥巖組成。各層特征由上向下描述如下：</p><p>

39、　?。?-1）雜填土（Q4ml）：雜色，結構松散，以磚塊、混凝土等建筑垃圾和生活垃圾為主，上部可見大量植物根系。層厚1.00m～8.20m，回填年限約為5年。</p><p>　?。?-2）素填土（Q4ml）：黃褐色、黑褐色、紅褐色，稍濕，結構松散；以人工回填粘性土為主，局部地段為人工回填泥巖。表層含大量植物根莖，部分地段含少量磚瓦碎屑，層厚0.80m～8.10m。</p><p>　?。?/p>

40、2）淤泥質(zhì)粘土（Q4l）：褐灰～深褐～灰黑色，濕，土質(zhì)較均，稍有光滑，干強度和韌性低，具臭味，含少量植物殘體，為上層滯水長期淤塞存儲侵染所致，僅局部地段有分布，土質(zhì)變化大，上層滯水積水地段成流塑狀（2#鉆孔、55#鉆孔、30#鉆孔），其它地段成可塑～軟塑～硬塑狀，層厚0.50m～6.00m。</p><p>　　（3-1）粘土（Q2fgl）：褐色～褐黃色、濕，硬塑。包含少量豆狀鐵錳結核，網(wǎng)狀裂隙較發(fā)育，偶見陡傾角

41、裂隙發(fā)育，隙面光滑，并充填灰白色高嶺土，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高。該層土在場地內(nèi)普遍分布，厚度3.00m～13.30m。</p><p>　　（3-2）含卵石粘土（Q2fgl）：灰色～褐色、濕，粘土呈可塑狀，卵石粒徑2～20cm，卵石含量約20%～40%，卵石與粘土成半膠結狀態(tài)，偶見充填灰白色高嶺土；部分卵石呈風化碎塊狀，僅部分鉆孔有揭露，厚度0.50m～2.90m。</p><p

42、>　?。?）泥巖(K2g):紫紅色～紅褐色，泥質(zhì)結構，厚層狀構造，成份主要為粘土礦物，分布連續(xù)，各鉆孔均有揭露，根據(jù)其風化程度可為三個亞層：</p><p>　　全風化層（4-1）：紫紅色、紅褐色；巖芯呈土狀，遇水軟化，手捏成泥，偶見灰白色泥質(zhì)團塊，層厚1.00m～8.50m。</p><p>　　強風化層（4-2）：紫紅色、紅褐色，裂隙較發(fā)育；巖芯多呈碎塊狀，短柱狀，偶見灰白色泥質(zhì)

43、團塊；風化裂隙發(fā)育，隙面見黑色侵染物充填，巖體破碎，遇水軟化，手捏即碎，層厚2.00m～8.20m。</p><p>　　中等風化層（4-3）：紫紅色～紅褐色，泥質(zhì)結構，厚層狀構造。巖體較完整，偶見陡傾角裂隙發(fā)育，隙面見黑色侵染物充填。巖芯多呈長柱狀，巖芯一般長10cm～30cm，最大揭露深度7.50m。</p><p><b>　　2.1.3地質(zhì)構造</b><

44、/p><p>　　成都地區(qū)大地構造體系的西部為華夏系龍門山構造帶；其東部是新華夏系龍泉山構造帶；處于兩構造單元間的成都平原北起安縣、南至名山、西抵龍門山脈、東達龍泉山，慣稱成都坳陷。</p><p>　　龍門山滑脫逆沖推復構造帶：經(jīng)青川、都江堰至二郎山，綿亙達500余km，寬25～40km。這是一個經(jīng)歷了多次強烈變動的、規(guī)模巨大的、結構異常復雜的北東向構造帶。</p><p

45、>　　龍泉山褶斷帶：展布于中江、龍泉驛、仁壽一帶，長約200km，寬15km左右。為一系列壓扭性的逆（掩）斷層組成，呈北東走向，構造形態(tài)狹而長，現(xiàn)今時期斷裂活動標志少。</p><p>　　成都坳陷與成都平原分布的范圍基本一致。呈北東35°方向展布，是一西陡東緩受“喜山期”兩側斷裂對沖形成的構造盆地?！跋采竭\動”以來一直處于相對沉降，堆積了厚度不等的第四系（Q）松散地層，不整合于下覆白堊系（K）地

46、層之上?；鶐r內(nèi)發(fā)育有蒲江~新津、磨盤山等斷裂，構造線均沿北東方向延展。蒲江~新津斷裂南起蒲江，北過新津隱伏于第四系地層之下，深約5.5km，以北趨于消失，沿此斷裂帶的蒲江曾于1734年發(fā)生過5級地震。磨盤山斷裂位于成都市區(qū)以北，自新都經(jīng)磨盤山進入成都市區(qū)一環(huán)路北三段附近。從區(qū)域構造背景和地震活動性分析，磨盤山斷層通過地區(qū)屬不穩(wěn)定的微活動區(qū)；沿此斷裂帶的新都曾于1971年發(fā)生過3.4級地震。</p><p>　　成

47、都地區(qū)在大地構造體系上位于華夏系龍門山隆起褶皺帶和新華夏系龍泉山褶斷帶之間。該體系于印支運動早期以具雛形，印支晚期則已基本定形，進入喜山期只在此基礎上進一步加劇其發(fā)展。</p><p>　　老第三紀，青藏高原的上升，龍門山和龍泉山隨著隆起，但地面高差不大。進入新第三紀差異運動不明顯。早更新世，龍門山急劇抬升，龍泉山隨著抬升，平原西側坳陷形成，粗碎屑之卵礫石堆積其間。早更新世晚期至中更新世早期龍門山、龍泉山繼續(xù)抬升

48、，整個平原則普遍下沉。中更新世晚期，新構造運動變得劇烈而復雜起來。龍門山、龍泉山加速抬升過程中，原有的一些主干斷裂繼續(xù)加強活動，成都坳陷解體，東部邊緣構造帶和西部邊緣構造帶上升，局部成為臺地，中央坳陷和邊緣構造帶的部分地段繼續(xù)沉降，接受上更新統(tǒng)沉積。最終形成了成都地區(qū)現(xiàn)今的構造輪廓和地貌景觀。</p><p>　　總體來說，成都地區(qū)所處地殼為一穩(wěn)定核塊，東側距龍泉山褶斷帶約20km，西側距龍門山褶斷帶約50km，

49、區(qū)內(nèi)斷裂構造和地震活動較微弱，自晚更新世至今，活動性大為減弱，趨于穩(wěn)定，即或存在發(fā)生5.5級地震的地質(zhì)構造背景，其基本烈度也不會超過7度。區(qū)域地質(zhì)構造格局奠定了本區(qū)地形地貌的基本形態(tài)，同時也是確定本區(qū)抗震設防烈度為7度的主要依據(jù)。</p><p>　　2.1.4氣象水文條件</p><p><b>　　氣象</b></p><p>　　成都地區(qū)

50、位于亞熱帶暖濕季風氣候區(qū)，終年溫暖潮濕，四季分明，氣候特征為春旱、夏熱、秋雨、冬干，日照少，無霜期長，降雨集中在6～9月，降雨量約占全年的74.2%。</p><p>　　據(jù)成都氣象臺的觀測資料，成都市區(qū)的氣候特征如下：</p><p>　　(1)氣溫：多年平均氣溫值16.2℃，極端高溫值為37.3℃，極端低溫值為-5.9℃；</p><p>　　(2)降水量：多年

51、平均值為947.00mm，日最大值為195.20mm；蒸發(fā)量：多年平均值為1020.50mm；相對濕度：多年平均值為82%；多年平均日照時間：1228.30h；</p><p>　　(3)風向、風速：多年平均風速值為1.35m/s，最大風速為14.8m/s；最多風向為NNE，出現(xiàn)頻率為11%。</p><p><b>　　水文</b></p><p

52、>　　根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料和本次勘察揭露，場地地下水類型為上層滯水和基巖裂隙水。</p><p>　　上層滯水，主要分布在場地填土層中，其動態(tài)特征受氣候影響很大，地下水面隨局部隔水層的起伏而變化，主要補給源為大氣降水，具水位埋深不一、無統(tǒng)一地下水位、水量小、易疏干的特性。本次勘察期間時值平水期，各鉆孔中測得的上層滯水的水位差異較大，埋深為1.80～7.60m，標高496.48～504.44m，無統(tǒng)一地下水位

53、。賦存于基巖層中的基巖裂隙水。該地下水一般埋藏在強風化泥巖及中等風化泥巖層內(nèi)。主要受鄰區(qū)地下水側向補給，各地段富水性不一，無統(tǒng)一地下水位。水量主要受裂隙發(fā)育程度、連通性及隙面充填特征等因素的控制。</p><p><b>　　2.2試樣基礎實驗</b></p><p>　　按照《土工試驗指導手冊》，試樣基礎試驗主要包括原狀土物理性質(zhì)試驗（天然含水率、天然密度、干密度）

54、、界限含水率試驗、自由膨脹率試驗等。</p><p>　　2.2.1原狀土物理性質(zhì)實驗</p><p>　　1.原狀土的天然含水率實驗采用烘干法。實驗結果如表2-1</p><p>　　表2-1 天然含水率實驗成果</p><p>　　可見，紅色粘土的天然汗水量為18.41%，黃色粘土天然含水量23.57%。</p><p

55、>　　2.天然密度試驗采用環(huán)刀法，通過對拍得的6個環(huán)刀土樣進行密度試驗，結果如表2-2</p><p>　　表 2-2 天然密度試驗</p><p>　　試驗中，密度試驗取值分布在平均值附近，故紅色原狀樣天然密度取值ρ=2.03/cm3,原狀樣干密度取值ρd=1.63g/cm3。故黃色原狀樣天然密度取值ρ=2.02g/cm3,原狀樣干密度取值ρd=1.63g/cm3。</p&

56、gt;<p>　　2.2.2界限含水率實驗</p><p>　　土從泥濘到堅硬經(jīng)歷了幾個不同的物理狀態(tài)。含水量很大時土就成為泥漿，是一種粘滯流動的液體，成為流動狀態(tài)；含水量逐漸減少時，粘滯流動的特點漸漸消失而出現(xiàn)塑性。當含水量繼續(xù)減少時，則發(fā)現(xiàn)土的可塑性逐漸消失，從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)。當含水量很小時，土的體積不再隨含水量的減少而減小了，這中狀態(tài)稱為固體狀態(tài)。從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)的分界點稱為界

57、限含水率。土的界限含水量是反映土顆粒與水之間相互作用的靈敏指標之一，在一定程度上反映。界限含水量與土的顆粒組成、粘土礦物成分、陽離子交換性能、土的分散度和比表面積、以及水溶液的性質(zhì)等都有著十分密切的關系。界限含水量對于粘性土的分類和工程性質(zhì)的評價具有重要意義。土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量稱為液限(WL，也稱塑性上限含水量或流限)，土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限(WP，也稱塑性下限含水量)。一般來說，由于膨脹土是具有高

58、塑性的粘性土，液限越高，則土的膨脹潛勢就越大。</p><p>　　本文采用錐式液限儀測定膨脹土試樣的液限，其塑限采用搓條法進行測定。 土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，即液限和塑限的差值(省去百分號)稱為塑性指數(shù)(IP):</p><p>　　IP= WL一WP （2-1）</p><p>　　塑性指數(shù)越大，土處于

59、可塑狀態(tài)的含水量范圍越大，土的塑性就越強。一般來說，土的顆粒越細，且細顆粒(粘粒)含量越高，則其比表面和可能的結合水含量就越高，塑性指數(shù)也隨之增大。因此，塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘土特征的各種重要因素，在工程上常按對粘性土進行分類?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》(GBJ7-89)中規(guī)定，粘性土按照其塑性指數(shù)值不同可劃分為粘土、粉質(zhì)粘土和粉土三類。</p><p>　　表2-3 粘性土按塑性指數(shù)分類</p

60、><p><b>　　實驗結果如表2-4</b></p><p>　　表2-4 界限含水率實驗</p><p>　　注:確定IP時，液限以76克圓錐儀沉入土樣中深度10mm為準。</p><p>　　由表2-4可知，黃色膨脹土和紅色膨脹土塑性指數(shù)IP分別為23和22，大于17，故黃色膨脹土和紅色膨脹土按塑性指數(shù)分類屬于粘

61、土，具有較強的塑性。粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比稱為液性指數(shù)IL</p><p>　　IL= = （2-2）</p><p>　　液性指數(shù)可以用來表示粘性土所處的軟硬狀態(tài)，液性指數(shù)值越大，則土質(zhì)越軟，液性指數(shù)值越大，則土質(zhì)越硬?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》(GBJ7一89)中規(guī)定，粘性土按照其

62、液性指數(shù)值不同可劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種軟硬狀態(tài) </p><p>　　表2-5 粘性土軟硬狀態(tài)的劃分</p><p>　　由實驗結果可知，此紅色膨脹土液性指數(shù)為-0.14，故該膨脹土處于堅硬狀態(tài)。黃色膨脹土液性指數(shù)為0.13，處于硬塑狀態(tài)。</p><p>　　2.2.3 自由膨脹率實驗</p>

63、<p>　　膨脹土的自由膨脹率(δef)是指將膨脹土樣經(jīng)過粉碎風干后，一定體積的松散土粒浸泡于水中，在沒有任何限制條件下經(jīng)充分吸水膨脹后產(chǎn)生自由膨脹，體積增大，試樣膨脹穩(wěn)定后所增加的體積與初始體積的百分比。研究表明:自由膨脹率能夠較好的反映土中的粘土礦物成分、顆粒組成、化學成分和交換陽離子性質(zhì)等基本特征。土中的蒙脫石礦物越多，小于0.002的粘粒在土中所占分量較多，且吸附有較為活潑的鉀、鈉等陽離子時，土體內(nèi)部積蓄的膨脹潛勢則越

64、強，自由膨脹率就越大，土體所表現(xiàn)出的脹縮性就越強。調(diào)查表明；自由膨脹率較小的膨脹土其膨脹潛勢較弱，其上建筑物損壞程度較輕微；自由膨脹率高的土其膨脹潛勢較強，其上建筑物損壞程度較嚴重。</p><p>　　試驗步驟，本試驗按照《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》（GBJ112-87）操作。</p><p>　　1用四分對角法取代表性風干土約 碾細全部過0.05mm篩 ；</p><

65、p>　　2將過篩的試樣拌勻 在100℃~105℃下烘至恒重 在干燥器內(nèi)冷卻至溫；</p><p>　　3將無頸漏斗放在支架上 漏斗下口對準量土杯中心并保持距離；</p><p>　　4用取土匙取適量試樣倒入漏斗中，要求兩次稱量的差值不得大于0.1g；</p><p>　　5、在量筒內(nèi)注入30ml純水并加入5ml濃度為5%的純氯化鈉溶液，將試樣倒入量筒內(nèi)，用攪拌

66、器攪拌懸液，上近液面，下至筒底，上下攪拌各10次，用純水清洗攪拌器及量筒壁，使懸液達50ml。</p><p>　　6讀數(shù)，直至兩次讀數(shù)差值不大于0.2ml，可認為膨脹穩(wěn)定。</p><p>　　7重復上述步驟，做第二組試驗</p><p>　　自由膨脹率按照下式進行計算:</p><p>　　δef = ×100%

67、 （2-3）</p><p>　　式中:Vo一試樣原有的體積(即量土杯的體積)，10mL;</p><p>　　Vw__膨脹穩(wěn)定后測得的量筒內(nèi)試樣的體積，mL</p><p>　　根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》（GBJ112-87），膨脹土的膨脹潛勢，可按下表2-6分類。</p><p>　　表2-

68、6 膨脹土的膨脹勢分類</p><p><b>　　試驗結果見表2-7</b></p><p>　　表2-7 自由膨脹類試驗</p><p>　　紅色膨脹土和黃色膨脹土自由膨脹率為分別為53%和50%，膨脹潛勢屬于弱膨脹土。</p><p>　　2.2.4 擊實實驗</p><p>　　擊實試驗是

69、測定試樣在標準擊實功作用下含水率與干密度之間的關系，從而確定該試樣的最優(yōu)含水率和最大干密度。</p><p><b>　　實驗數(shù)據(jù)如表2-8</b></p><p>　　表2-8擊實試驗結果</p><p>　　紅色粘土干密度和含水率變化如圖2-1</p><p>　　圖2-1紅色土干密度含水率變化曲線</p>

70、;<p>　　由圖2-1可以知道紅色膨脹土最大干密度為1.73g/cm3, ，最優(yōu)含水率18.2%。</p><p>　　黃色粘土干密度和含水率變化如圖2-2</p><p>　　圖2-2黃色土干密度含水率曲線</p><p>　　由圖2-2可以知道黃色膨脹土最大干密度為1.62g/cm3, ，最優(yōu)含水率為21%。</p><p&g

71、t;<b>　　2.3本章小結</b></p><p>　　本章描述了龍?zhí)端聲r代新城段膨脹土路段的地形、地貌、水文、氣候等特征，并通過室內(nèi)土工試驗，得到黃色粘土、紅色粘土的物理指標。</p><p>　　1 原狀土的基本物理性指標如下表2-9，2-10；</p><p>　　表2-9 黃色粘土物理指標</p><p>　

72、　表2-10紅色粘土物理指標</p><p>　　2該膨脹土按塑性指數(shù)分類屬于粘土，具有較強的塑性，其中黃色粘土在天然含水量下處于硬塑狀態(tài)，紅色粘土處于堅硬狀態(tài)。</p><p>　　3黃色膨脹土和紅色膨脹土的自由膨脹率分別為50%和53%，屬于弱膨脹土。</p><p>　　4紅色膨脹土最大干密度為1.73g/cm3, ，最優(yōu)含水率為18.2%；黃色膨脹土最大干密

73、度為1.62g/cm3，最優(yōu)含水率為21%。</p><p>　　第3章 初始含水率對膨脹土膨脹性影響的實驗研究</p><p>　　3.1初始含水率對膨脹率的影響規(guī)律</p><p>　　3.1.1實驗說明及試樣制備</p><p>　　膨脹土的側限膨脹率主要受軸向荷載、初始含水率與初始干密度的影響，初始含水率是指土中水的質(zhì)量與土體顆粒質(zhì)量

74、的比值，常以百分率表示。對于膨脹土而言，膨脹收縮均與含水率相關。由于受氣候條件地質(zhì)環(huán)境或工程環(huán)境的影響，土體水分常有變化，試驗中控制土樣的干密度一定，采用無荷載膨脹率試驗方法，使對膨脹土側限膨脹率的影響因素只有初始含水率一個。</p><p>　　在本次實驗過程中，對于紅色膨脹土和黃色膨脹土試樣，試樣的干密度制定為1.5g/cm3。預設含水率都為16%，19%，22%，25%，28%五組，每個含水率坐兩組平行實驗

75、，總計有20組實驗。</p><p><b>　　試樣的制作過程：</b></p><p>　　1將從龍?zhí)端氯淼脑瓲钔習窀?，用木碾碾碎，過2mm篩。</p><p>　　2 將得到的土樣置于105度左右烘箱中烘干8小時。</p><p>　　3 稱取烘干后的土1000g，按所要配置的預設含水率計算要加入的水量。<

76、/p><p>　　4將土均勻鋪在不透水的容器內(nèi)，向土中均勻加入水，同時不斷攪拌讓它們充分接觸，直到完全均勻。</p><p>　　5將得到的土裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤濕24小時。</p><p>　　即得到所需的紅色和黃色含水率分別為16%, 19%, 22%, 25%，28%的試驗土樣。</p><p><b>　　3.1.2實驗步驟&

77、lt;/b></p><p><b>　　1.儀器設備</b></p><p><b>　　(1)儀器：固結儀</b></p><p>　　(2)環(huán)刀:內(nèi)徑61.8mm，高20mm;</p><p>　　(3)天平：量程500g,分度值0.01g;</p><p>　　

78、(4)其他：吸水球，切土刀等。</p><p><b>　　2實驗操作</b></p><p>　　1在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林,切取原狀土試樣或所需狀態(tài)的擊實試樣,修平兩端稱刀和土的總質(zhì)量,準確至0.1g，并測定試驗前的含水率密度及計算孔隙比。</p><p>　　2將烘干冷卻的透水板埋置于切削下的余土內(nèi)1h取出刷盡后放入儀器中。將環(huán)刀套上接環(huán)

79、鈍口端用壓環(huán)固定在底座上，使試樣底面與透水板頂面密貼。然后一起放入水盒中將有孔活塞板輕輕放在試樣的頂面，對準活塞中心安裝百分表并記下初讀數(shù)。</p><p>　　3在水盒中注入純水，使水自下而上注入試樣，并保持試樣低于水面5mm，注水后，每隔兩小時測記百分表讀數(shù)一次，直至兩次讀數(shù)不超過0.01mm。</p><p>　　4實驗完畢后，吸取容器中的水，從環(huán)刀內(nèi)推出試樣，陳其質(zhì)量，并烘干稱其干

80、質(zhì)量，計算膨脹后含水率。</p><p>　　3實驗結果按下式計算：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　VH-一時間t的無荷載膨脹率%計算至0.1%</p><p>　　Rt一時間t時的百分表讀數(shù)mm</p><p>　　R0一試驗開始時百分表讀數(shù)mm</p

81、><p>　　H0一試驗原始高度mm</p><p><b>　　3.1.3實驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　原始實驗數(shù)據(jù)如表3-1~3-10</p><p>　　表3-1黃色粘土預設含水率16%</p><p>　　表3-2黃色粘土預設含水率19%</p><p>　　表

82、3-3黃色粘土預設含水率22%</p><p>　　表3-4黃色粘土預設含水率25%</p><p>　　表3-5黃色粘土預設含水率28%</p><p>　　表3-6紅色粘土預設含水率16%</p><p>　　表3-7紅色粘土預設含水率19%</p><p>　　表3-8紅色粘土預設含水率22%</p>

83、<p>　　表3-9紅色粘土預設含水率25%</p><p>　　表3-10紅色粘土預設含水率28%</p><p>　　3.1.4 結論分析</p><p>　　根據(jù)3.1.3中的數(shù)據(jù)進行計算處理整理得到黃色膨脹土和紅色膨脹土初設含水率與膨脹率的關系如表3-11和3-12 圖3-1.3-2。</p><p>　　表3-11黃

84、色膨脹土初始含水率與膨脹率關系</p><p>　　圖3-1 黃色粘土不同初始含水率與膨脹率關系</p><p>　　表3-12紅色膨脹土初始含水率與膨脹率關系</p><p>　　圖3-2紅色粘土不同初始含水率與膨脹率關系</p><p>　　由圖3-1和圖3-2可以看出黃色膨脹土和紅色膨脹土的膨脹率隨初始含水率的增加而減少，即初始含水率越

85、低，吸水量越大，相對的膨脹變形量也就越大。對圖樣進行膨脹率與初始含水率的回歸分析，黃色膨脹土線性相關系數(shù)R2>0.99,紅色膨脹土線性相關系數(shù)R2>0.98,可見線性相關顯著。由此可見在相同初始干密度條件下，建立膨脹率與初始含水率的關系為</p><p><b>　　δ=a1-b1ω0</b></p><p>　　式中，ω0 為初始含水率 ；a1和b1 為

86、常數(shù)，反映膨脹土變形特征，其中b1前是負號，表明初始含水率越高膨脹率越低。</p><p>　　對于黃色膨脹土a1=35.42，b1=1.02；</p><p>　　對于紅色膨脹土a1=27.74，b1=0.74</p><p>　　3.2初始含水率對膨脹力的影響規(guī)律</p><p><b>　　3.2.1實驗說明</b>

87、;</p><p>　　膨脹土的膨脹力是指膨脹土體在吸水膨脹過程中，伴隨體積增大而產(chǎn)生的內(nèi)應力，在生產(chǎn)中常用一定體積的原狀結構或擊實膨脹土試樣，在浸水的同時采用加荷平衡法，以測定試樣至膨脹穩(wěn)定時單位面積所承受的最大壓力。</p><p>　　對于不同初始含水率的試樣，保證其干密度一致，則試樣的內(nèi)部結構等受到影響而不同，影響試樣的吸水過程，從而影響試樣的膨脹力。</p><

88、;p>　　本實驗中黃色膨脹土和紅色膨脹土的預設含水率都是16%，19%，22%，25%，28%五種，每種土每個含水率做兩組實驗，試樣干密度全部為1.5g/cm3。</p><p>　　儀器使用固結儀，采用加荷平衡法進行實驗，施加荷載采用加載石英砂。</p><p><b>　　3.2.2實驗步驟</b></p><p>　　試驗操作應該下

89、列步驟進行</p><p>　　1 在固結容器內(nèi)放入護環(huán)透水板濾紙，將帶有環(huán)刀的試樣裝入護環(huán)內(nèi)，在試樣上再放入濾紙透水板加壓蓋板，置于加壓框架下對準加壓框架的中心安裝百分表或位移傳感器。并施加1kPa的預壓,使試樣和儀器上下各部件緊密接觸,安裝百分表并調(diào)整到零位,測記初讀數(shù)后卸去預壓力。</p><p>　　2自下而上向容器內(nèi)注入純水，并保持水面高出試樣頂面5mm。</p>

90、<p>　　3當百分表開始順時針方向轉(zhuǎn)動時表明試樣開始膨脹，應立即施加適當?shù)钠胶夂奢d使百分表指針重新回到初讀數(shù)。</p><p>　　4當所施加的荷載足以使儀器產(chǎn)生變形時在施加下一級平衡荷載時，百分表指針不僅應回到原位還應逆時鐘轉(zhuǎn)動一個相當于該荷載下儀器變形量的數(shù)值。</p><p>　　5試樣在某級荷載下間隔2h百分表讀數(shù)不再變化表示試樣在該荷載下已達到穩(wěn)定。</p>

91、;<p>　　6試驗結束后吸去容器內(nèi)的水，取出試樣并稱其質(zhì)量及測定試驗后的含水率，密度，計算孔隙比。</p><p>　　試驗結果應按下式計算</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　Pp一膨脹力kPa計算至1kPa</p><p>　　W一施加在式樣上的總平衡荷載</p&

92、gt;<p><b>　　A一試樣面積cm2</b></p><p><b>　　R一固結儀的杠桿比</b></p><p><b>　　3.2.3實驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　實驗數(shù)據(jù)如表3-13~3-22</p><p>　　表3-13黃色粘土預設含水

93、率16%</p><p>　　表3-14黃色粘土預設含水率19%</p><p>　　表3-15預設含水率22%</p><p>　　表3-16黃色粘土預設含水率25%</p><p>　　表3-17黃色粘土預設含水率28%</p><p>　　表3-18紅色粘土預設含水率16%</p><p>

94、;　　表3-19紅色粘土預設含水率19%</p><p>　　表3-20紅色粘土預設含水率22%</p><p>　　表3-21紅色粘土預設含水率25%</p><p>　　表3-22紅色粘土預設含水率28%</p><p><b>　　3.2.4結論分析</b></p><p>　　根據(jù)3.2.

95、3中的數(shù)據(jù)進行計算處理整理得到黃色膨脹土和紅色膨脹土初設含水率與膨脹率的關系如表3-23,3-24 圖3-3，3-4。</p><p>　　表3-23黃色粘土粘土不同含水率膨脹力大小</p><p>　　圖3-3黃色粘土不同初始含水率與膨脹力關系</p><p>　　由圖3-3可見黃色膨脹土的含水率對膨脹力的影響較大，膨脹土的膨脹力隨著初設含水率的增加而減小，在15

96、%到22%含水率之間，膨脹力減小速度較慢，超過22%，膨脹力隨著含水率的增加快速下降。</p><p>　　表3-24紅色粘土含水率與膨脹率大小</p><p>　　圖3-4 紅色粘土不同初始含水率與膨脹力關系</p><p>　　由圖3-4可見紅色膨脹土的膨脹力受初始含水率的影響較大，試樣的膨脹率隨著含水率的增加而減小。在初始含水率較小時，在16%到22%區(qū)間內(nèi)，

97、試樣膨脹力減小速度較快，當初始含水率較大時，大于22%，膨脹力減小幅度減緩。</p><p><b>　　3.3本章小結</b></p><p>　　本章通過對大量黃色膨脹土和紅色膨脹土試樣進行無荷載膨脹率實驗和膨脹力實驗，考慮初始含水率這個因素對膨脹土的膨脹率和膨脹力的影響，進行了研究，得出以下結論：</p><p>　　(1)黃色膨脹土和紅

98、色膨脹土的膨脹率隨初始含水率的增加而減少，對圖樣進行膨脹率與初始含水率的回歸分析，發(fā)現(xiàn)兩種圖樣線性相關顯著。由此可見在相同初始干密度條件下，建立膨脹率與初始含水率的關系為</p><p>　　δ=a1-b1ω0 （3-4）</p><p>　　式中，ω0 為初始含水率 ；a1和b1 為常數(shù)，反映膨脹土變形特征，其中b1前是負號，表明初始含水率越高膨脹率越低。&

99、lt;/p><p>　　對于黃色膨脹土a1=35.42，b1=1.02；</p><p>　　對于紅色膨脹土a1=27.74，b1=0.74</p><p>　　(2) 黃色膨脹土和紅色膨脹土的含水率對膨脹力的影響較大，膨脹土的膨脹力隨著初設含水率的增加而減小，對于黃色土，在15%到22%含水率之間，膨脹力減小速度較慢，超過22%，膨脹力隨著含水率的增加快速下降。對于紅

100、色土，在初始含水率較小時，在16%到22%區(qū)間內(nèi)，試樣膨脹力減小速度較快，當初始含水率較大時，大于22%，膨脹力減小幅度減緩。</p><p>　　第4章 吸水過程對膨脹土膨脹性影響的實驗研究</p><p>　　4.1膨脹土吸水過程膨脹率隨著吸水率的變化規(guī)律</p><p><b>　　4.1.1實驗說明</b></p><

101、;p>　　膨脹土具有顯著的吸水膨脹,失水收縮的特性。膨脹土由于吸水使土中含水量增加而引起體積的膨脹。從膨脹土的變形機理上講，膨脹土的膨脹變形實則是粘土礦物，尤其是蒙脫石等親水性礦物對極性水分子的親和作用。這種親和作用致使自由水浸入礦物顆粒間形成結合水，膨脹則是土顆粒在結合水墨的作用下產(chǎn)生體積增大的過程，可見含水量變化是評價膨脹土膨脹率的一個重要標識。</p><p>　　在本次實驗中，考慮吸水過程對膨脹土膨

102、脹率的影響，采用吸水率這個指標來研究這個問題。吸水率指膨脹土的當前含水率和初始含水率的差值。</p><p>　　在本次實驗過程中，采用自行設計的裝置模擬膨脹土的吸水過程，裝置如圖。將鐵杯和容器用橡膠導管連接并置于同一高度，其中鐵杯置于電子稱上，通過電子稱數(shù)字的變化計量杯中水質(zhì)量的變化。在容器中加入均勻打孔的鐵板，接著依次放入濾紙，試樣，均勻打孔塑料板，然后讓百分表剛好接觸到塑料板正中位置。通過百分表的變化得出試

103、樣的膨脹量。實驗開始時從鐵杯中加入55g左右的水，使水能通過橡膠導管進入容器，讓土樣吸水。同時記錄百分表和電子稱讀數(shù)，直到百分表數(shù)字兩次讀數(shù)為0.01mm。</p><p>　　對于紅色膨脹土和黃色膨脹土試樣，試樣的干密度制定都為1.5g/cm3。預設含水率都為16%，19%，22%，25%，28%五組。</p><p>　　4.1.2實驗步驟</p><p>　

104、　1將鐵杯置于電子稱上。將容器擺放在和電子稱同一高度的位置上。</p><p>　　2在容器中中依次加入鐵板，濾紙，試樣，塑料板。</p><p>　　3調(diào)整百分表，使百分表接觸到塑料板的中心，對百分表進行調(diào)零。</p><p>　　4向鐵杯中加入水，同時用相機記錄百分表和電子稱讀數(shù)，知道百分表兩次讀數(shù)不超過0.01mm。</p><p>　

105、　5試驗結束后測試樣的含水率。</p><p><b>　　4.1.3實驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表4-1 黃色粘土22%預設含水率吸水率與膨脹率原始數(shù)據(jù)</p><p><b>　　4.1.4實驗結論</b></p><p>　　對4.1.3的數(shù)據(jù)進行計算，處理，得出膨脹土膨脹率隨吸水率

106、的變化如圖4-1</p><p>　　圖4-1 黃色粘土22%預設含水率吸水率與膨脹率關系圖</p><p>　　從圖4-1中可以看出，膨脹土的膨脹率隨著吸水率的增大而增大，在吸水率小于2.5%時，吸水率變化較快，但膨脹率增加教慢；當吸水率大于2.5%的時候，吸水率增加較慢，但膨脹率增加變快。這個變化過程反應了，吸水一開始，由于親水礦物對極性水分子的強烈吸引作用，自由水大量進入土體內(nèi)部的各

107、種結構的空隙，填充空隙并在電場力的作用下按一定取向排列，在粘土礦物顆粒的周圍形成表面結合水，由于結合水膜增厚擠開土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導致土體膨脹。</p><p>　　4.2膨脹土吸水過程膨脹力隨著吸水率的變化規(guī)律</p><p><b>　　4.2.1實驗說明</b></p><p>　　膨脹上浸水產(chǎn)生膨脹變形.當膨脹變形受

108、到約束時.必然產(chǎn)生較人的膨脹力。為進一步了解膨脹土的膨脹力發(fā)展規(guī)律. 在本次實驗中，考慮吸水過程對膨脹土膨脹力的影響，采用吸水率這個指標來研究這個問題。在本實驗中使用自行設計的裝置模擬自然狀態(tài)膨脹土的吸水過程，采用土壓力盒作為測試試樣膨脹土膨脹力的標識。</p><p>　　本實驗中黃色膨脹土和紅色膨脹土的預設含水率都是16%，19%，22%，25%，28%五種，試樣干密度全部為1.5g/cm3。</p&g

109、t;<p><b>　　4.2.2實驗步驟</b></p><p>　　1將鐵杯置于電子稱上。將容器擺放在和電子稱同一高度的位置上。</p><p>　　2在容器中中依次加入鐵板，濾紙，試樣，將土壓力盒擺放在試樣的正中位置，并固定，擰好容器上蓋，是壓力盒和試樣剛好接觸。</p><p>　　3接好壓力盒的各個導線，調(diào)試裝置。<

110、;/p><p>　　4向鐵杯中加入水，同時用軟件記錄百分表和電子稱讀數(shù)，直到百分表兩次讀數(shù)不超過0.01mm。</p><p>　　5試驗結束后測試樣的含水率。</p><p><b>　　4.2.3實驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表4-2黃色粘土22%預設含水率吸水率與膨脹力關系原始數(shù)據(jù)</p><

111、;p><b>　　4.2.4實驗結論</b></p><p>　　對4.2.3的數(shù)據(jù)進行整理，得出22%預設含水率黃色粘土膨脹力隨著吸水率的變化如圖4-2</p><p>　　圖4-2 黃色粘土225預設含水率吸水率與膨脹力關系</p><p>　　由圖可以看出黃色膨脹土的膨脹力隨著吸水率的增大而增大。當吸水率小于0.07時，膨脹力變化很

112、小，當吸水率處于[0.07,0.11]區(qū)間時，膨脹力隨著吸水的率的變化呈線性增長，當吸水率大于0.11時，膨脹力快速增長。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，是自由水進入土體需要一定的過程，同時形成結合水膜的過程也需要一定德爾時間。</p><p><b>　　4.3本章小結</b></p><p>　　本章通過考慮吸水過程這個因素對膨脹土的膨脹率和膨脹力的影響，進行了自主實驗研究，

113、得出以下結論：</p><p>　　吸水一開始，由于親水礦物對極性水分子的強烈吸引作用，自由水大量進入土體內(nèi)部的各種結構的空隙，填充空隙并在電場力的作用下按一定取向排列，在粘土礦物顆粒的周圍形成表面結合水，由于結合水膜增厚擠開土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導致土體膨脹。因此吸水率對膨脹率的的影響為膨脹土的膨脹率隨著吸水率的增大而增大，在吸水率小于2.5%時，吸水率變化較快，但膨脹率增加教慢；當吸水率大于2