膨脹土工程特性與路基處理技術(shù)鄭萬鐵路湖北段路基工程施工培訓(xùn)會(huì)陳善雄中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所2017年7月提綱1概述2膨脹土危害3物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征4膨脹土的判別與分類5壓實(shí)膨脹土的工程特性6膨脹土滲透特性7膨脹土改性8膨脹土路基處治技術(shù)9路堤填筑施工工藝10施工期降雨對(duì)膨脹土路堤填筑質(zhì)量影響11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)13膨脹巖特性14結(jié)語1概述1.1膨脹土定義膨脹土是顆粒高分散、成分以粘土礦物為主、對(duì)環(huán)境的濕熱變化敏感的高塑性粘土。主要特征如下：粒度組成中粘粒(<2μm)含量大于30%；

粘土礦物成分中，伊利石-蒙脫石等強(qiáng)親水性礦物占主導(dǎo)地位；土體濕度增高時(shí)，體積膨脹并形成膨脹壓力；土體干燥失水時(shí)，體積收縮并形成收縮裂縫；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；屬液限大于40%的高塑性土；屬超固結(jié)性粘土。眾所周知，一般粘性土均具有一定的膨脹和收縮變形，但其量不大，對(duì)工程沒有太大的影響；而膨脹土的膨脹—收縮—再膨脹的周期性變形特性非常顯著，且其量值較大，常給工程帶來危害，因此，工程上將其從一般粘性土中區(qū)別出來，作為特殊土對(duì)待災(zāi)害土1概述1.2膨脹土分布膨脹土在我國分布很廣，云南、廣西、貴州、河北、河南、湖北等地均有分布，山西、陜西、安徽、四川、山東等省也有不同程度的分布。膨脹土的工程地質(zhì)分類按膨脹土的成因及特征分為三個(gè)基本類型：湖相沉積及其風(fēng)化層，粘土礦物成分以蒙脫石為主，土的脹縮性極為顯著沖積、沖洪積、坡積物類型，主要分布在河流階地上，粘土礦物以水云母為主，土的脹縮性也很顯著碳酸鹽類巖石的殘積、坡積及洪積的紅粘土，液限高，但自由膨脹率小于40%，因而常被誤判為非膨脹土。1概述1.4膨脹土的基本屬性脹縮性膨脹土吸水后體積膨脹，使其上的建筑物隆起，如果膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；膨脹土失水體積收縮，造成土體開裂；擊實(shí)膨脹土的膨脹性比原狀膨脹土大，密實(shí)越高，膨脹性也越大。多裂隙性膨脹土中的裂隙，主要可分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土層分割成具有一定幾何形狀的塊體，從而破壞了土體的完整性，同時(shí)，為水分入滲開啟了方便之門超固結(jié)性膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然孔隙比小，密實(shí)度大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高膨脹土的三性1概述崩解性膨脹土浸水后體積膨脹，發(fā)生崩解。強(qiáng)膨脹土浸水后幾分鐘即完全崩解；弱膨脹土則崩解緩慢且不完全。風(fēng)化特性膨脹土受氣候因素影響很敏感，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞作用。開挖后，在風(fēng)化作用下，土體很快會(huì)產(chǎn)生破裂、剝落，從而造成土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。受大氣風(fēng)化作用影響的深度各地不完全一樣，云南、四川、廣西地區(qū)約至地表下3~5m，其他地區(qū)則在地表下2m左右。強(qiáng)度衰減性膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有峰值強(qiáng)度極高而殘余強(qiáng)度極低的特性。在風(fēng)化帶以內(nèi)，濕脹干縮效應(yīng)顯著，經(jīng)過多次濕脹干縮循環(huán)以后，特別是粘聚力C大幅度下降，而內(nèi)摩擦角φ變化不大，一般反復(fù)循環(huán)2～3次以后趨于穩(wěn)定。1概述1概述1.5影響膨脹土脹縮特性的主要因素內(nèi)在機(jī)制礦物成分。膨脹土含大量的蒙脫石、伊利石等親水性粘土礦物，它們比表面積大，有強(qiáng)烈的活動(dòng)性，既易吸水又易失水。微觀結(jié)構(gòu)。礦物成分在空間的聯(lián)結(jié)狀態(tài)也影響膨脹土的脹縮性質(zhì)。掃描電鏡分析表明，面-面連接的分散結(jié)構(gòu)是膨脹土的一種普遍的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)比團(tuán)粒結(jié)構(gòu)具有更大的吸水膨脹和失水吸縮的能力。外部因素水的作用。水分的遷移是控制土脹、縮特性的關(guān)鍵外在因素。因?yàn)橹挥型林写嬖谥赡墚a(chǎn)生水分遷移的梯度和進(jìn)行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。1.6蒙脫石晶體縮脹機(jī)理膨脹土的縮脹性基本由蒙脫石礦物決定，蒙脫石晶格擴(kuò)張的原因有以下幾個(gè)方面：層間陽離子水化能力強(qiáng)，易吸取水分子進(jìn)入層間使層間擴(kuò)張；蒙脫石具有強(qiáng)大的水化能力，將極性水分子吸引進(jìn)晶體的層間使晶體膨脹；晶體自身水化能力較強(qiáng)，水沿連接較弱的節(jié)理面水化使晶體膨脹。1概述膨脹土公路病害路面病害－波浪變形、路面開裂、濺漿冒泥路塹病害－剝落、沖蝕、泥流；溜塌；坍塌；滑坡路堤病害－沉陷；坍肩；縱裂；溜塌；坍塌；滑坡路面開裂邊坡表層坍塌

沉陷

塌肩

2膨脹土危害病害特征共性表現(xiàn)為：路面縱裂、破碎石灰穩(wěn)定土底基層破損路肩外傾、塌陷邊坡由淺層滑移逐步發(fā)展為深層牽引式滑移矮擋墻外鼓膨脹土溝渠病害渠道膨脹土邊坡滑坡，造成渠道的淤塞312國道六葉段_淠河總干渠滑坡312國道六葉段_淠河總干渠滑坡2膨脹土危害膨脹土房屋建筑病害膨脹土變形造成房屋開裂2膨脹土危害2膨脹土危害鐵路路基病害基床翻漿冒泥（南昆鐵路百色盆地）2膨脹土危害鐵路路基病害蘭新高速鐵路在站前、站后施工基本結(jié)束后，對(duì)部分無柞軌道進(jìn)行靜態(tài)精調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)350m范圍內(nèi)軌頂面高程異常，沿線路方向呈拱形上拱，最高點(diǎn)里程斷面實(shí)測軌頂高程較設(shè)計(jì)軌頂高程已高出42.4mm，且呈持續(xù)上拱趨勢。下臥泥質(zhì)粉砂巖，夾有薄層泥巖，泥質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)軟弱，具有膨脹性。路基的拱起與該處泥巖的遇水膨脹性和斷裂破碎后造成泥巖浸水厚度增加之間有密切的關(guān)系。膨脹土路基病害產(chǎn)生的原因沿線膨脹土土質(zhì)鑒別的力度不夠膨脹土處置方案不合理膨脹土處置深度不夠路基壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)不合理施工方法不合理、維護(hù)不及時(shí)膨脹性巖土性質(zhì)具有強(qiáng)烈的不確定性，針對(duì)具體工程，應(yīng)開展有針對(duì)性的試驗(yàn)，然后提出切實(shí)可行的處置方案，才能保證工程建設(shè)的成功。2膨脹土危害膨脹土的礦物成分是由黏土礦物和碎屑礦物組成，黏土礦物主要是蒙脫石、伊利石、高嶺石等；碎屑礦物大多是粗顆粒的組成物質(zhì)，大部分為石英、長石、方解石、綠泥石等。黏土礦物成分與膨脹土的物理、化學(xué)、力學(xué)及脹縮性之間有密切的關(guān)系，主要是細(xì)顆粒的物質(zhì)組成，當(dāng)以蒙脫石為主時(shí)，結(jié)構(gòu)單元是兩層二氧化二鋁和一層三氧化二鋁組成，層間聯(lián)結(jié)很弱，水分子可以滲入層間，生成水夾層，產(chǎn)生晶內(nèi)膨脹；蒙脫石含有較多的鈉、鈣陽離子，由于陽離子的吸附作用，還產(chǎn)生粒間膨脹。伊利石的晶格與蒙脫石相似，但晶格之間結(jié)合的不是水，而是正價(jià)鉀離子，因而伊利石的晶架結(jié)構(gòu)比較牢固，浸水后產(chǎn)生粒間膨脹，比蒙脫石的晶內(nèi)膨脹弱的多。高嶺石礦物晶架聯(lián)結(jié)牢固，一般很少有交換能力的陽離子，浸水膨脹性很弱3物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征

膨脹土的物質(zhì)組成膨脹土中，普遍存在蒙脫石、伊利石、高嶺石等黏土礦物。這些礦物顆粒大多為鱗片狀或扁平狀，彼此相互集聚形成疊聚體，構(gòu)成膨脹土中活動(dòng)性的基本結(jié)構(gòu)單元在膨脹土中黏土礦物顆粒大多以面-面的方式彼此疊聚形成長扁平形的微疊聚體，正是這種疊聚體構(gòu)成了膨脹土吸水膨脹與失水收縮的結(jié)構(gòu)特征膨脹土中這些微疊聚體相互連結(jié)和排列的方式，存在著各種不同的取向(圖1、圖2），因而影響著膨脹土的脹縮變形程度在膨脹土中微疊聚體彼此連結(jié)后形成的定向程度差異較大，有的顯示高度的定向性，各疊聚體相互連成平層狀結(jié)構(gòu)(圖3），有的部分定向性(圖4），各疊聚體緊密相連形似一環(huán)扣一環(huán)的鏈球狀、蜂窩狀、網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)(圖5），也有的疊聚體是無序的，顯現(xiàn)出黏土基質(zhì)絮狀、絲狀結(jié)構(gòu)(圖6）3物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征膨脹土的結(jié)構(gòu)特征3物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)特征膨脹土的結(jié)構(gòu)特征4膨脹土的判別與分類膨脹土的判別與分類是膨脹土研究的首要問題尚無一種普遍適用的膨脹土的判別與分類方法，開展膨脹土的判別與分類方法研究具有意義。膨脹土判別的目的是為了正確區(qū)分膨脹土與非膨脹土，以便將膨脹土與其它土類區(qū)別開來。膨脹土分類的工程意義確定工程處理措施預(yù)測可能出現(xiàn)的問題膨脹土的鑒定特征（野外怎樣識(shí)別膨脹土）《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，凡具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率

ef≥40%的土應(yīng)判定為膨脹土。

裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土。在自然條件下呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)；多出露于二級(jí)或二級(jí)以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。4膨脹土的判別與分類4膨脹土的判別與分類膨脹土的膨脹潛勢--《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》分類法膨脹率

ef

/（％）膨脹潛勢

破壞程度

40≤

ef

＜65弱

輕

微

65≤

ef

＜90中

中

等

ef

≥90強(qiáng)

嚴(yán)

重

《鐵路工程地質(zhì)膨脹土勘測規(guī)則(TB10042-1995)》分類法4膨脹土的判別與分類初判現(xiàn)場地貌、土的顏色、結(jié)構(gòu)、土質(zhì)以及自然地質(zhì)現(xiàn)象符合膨脹土的現(xiàn)場宏觀特征，且自由膨脹率

，液限

時(shí)，應(yīng)判定為膨脹土。詳判時(shí)，采用自由膨脹率、蒙脫石含量與陽離子交換量三項(xiàng)指標(biāo)來判定，詳見表2.1。當(dāng)符合其中兩項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)判定為膨脹土。

《鐵路工程地質(zhì)膨脹土勘測規(guī)則(TB10042-1995)》分類4膨脹土的判別與分類《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD30-2004)》分類法4膨脹土的判別與分類4膨脹土的判別與分類

襄荊高速公路采用的膨脹土分類方法提出了以液限、塑性指數(shù)、自由膨脹率、＜0.005mm顆粒含量、脹縮總率等五個(gè)指標(biāo)作為膨脹土的判別指標(biāo)，建立了一種新的膨脹土判別與分類方法5壓實(shí)膨脹土的工程特性膨脹土的壓實(shí)性狀（以襄荊膨脹土為例）擊實(shí)膨脹土的最佳含水量和最大干密度隨擊實(shí)功、膨脹土種類變化而變化同一種膨脹土，壓實(shí)功愈高，土的最大干密度也愈大，而對(duì)應(yīng)的最佳含水量愈小；不同種類的膨脹土，上述指標(biāo)存在明顯差異，相同擊實(shí)功條件下的弱膨脹土最大干密度較中膨脹土高，而對(duì)應(yīng)的弱膨脹土最佳含水量較中膨脹土低。

5壓實(shí)膨脹土的工程特性

膨脹特性5壓實(shí)膨脹土的工程特性膨脹土脹縮特性--膨脹力擊實(shí)弱膨脹土膨脹力與干密度關(guān)系曲線

擊實(shí)中膨脹土膨脹力與干密度關(guān)系曲線擊實(shí)膨脹土的膨脹力同時(shí)受到起始含水量和干密度的控制，膨脹力隨起始含水量的增大而減少，隨干密度的增大而增大。5壓實(shí)膨脹土的工程特性

擊實(shí)膨脹土的膨脹特性，主要取決于土質(zhì)、含水量與干密度。

同類土擊實(shí)后的含水量愈大，膨脹量愈??；控制含水量一定時(shí)，膨脹率隨干密度的改變而變化；含水量對(duì)膨脹量的影響比干密度顯著；在相近含水量條件下中膨脹土的膨脹量明顯高于弱膨脹土的膨脹量。因此，要想控制路基填方段不致產(chǎn)生過大的膨脹變形，必須同時(shí)兼顧填筑含水量與干密度兩個(gè)條件，從膨脹土的膨脹特性角度看，只有當(dāng)填筑含水量控制在較最佳含水量稍大，干密度較最大干密度稍低的條件下，填筑膨脹土的膨脹和孔隙壓力可以獲得均衡，對(duì)于填土的穩(wěn)定性比較有利。

5壓實(shí)膨脹土的工程特性收縮特性縮限是土固有的特性含水量與干密度對(duì)其無明顯影響5壓實(shí)膨脹土的工程特性體縮率隨含水量增加而增大，近似成直線關(guān)系；收縮系數(shù)隨含水量增加而增大；干密度對(duì)收縮指標(biāo)影響甚微。5壓實(shí)膨脹土的工程特性中膨脹土的縮限、收縮系數(shù)和體縮率均較弱膨脹土高，尤其是體縮率在相近含水量條件下遠(yuǎn)大于弱膨脹5壓實(shí)膨脹土的工程特性從膨脹土的收縮特性看，如膨脹土路基填筑含水量超過最佳含水量較大時(shí)，需要重點(diǎn)考慮其收縮變形。

因此，從膨脹土的收縮特性角度考慮，膨脹土路基填筑含水量又不宜超過最佳含水量過多。5壓實(shí)膨脹土的工程特性膨脹土的壓實(shí)效果與脹縮特性首先取決于土質(zhì)本身；一定土質(zhì)條件，壓實(shí)特性還取決于土的壓實(shí)含水量和壓實(shí)功；脹縮特性則取決于起始含水量和密度?！C合膨脹土的壓實(shí)性狀和脹縮特性，膨脹土路基填筑含水量宜控制在較最佳含水量稍大，干密度較最大密度略低，如此施工，方能保證填土的壓實(shí)度要求和水穩(wěn)定性。弱膨脹土的強(qiáng)度（CBR）特征不同擊實(shí)功下弱膨脹土CBR值隨含水量的變化規(guī)律類似于擊實(shí)曲線在擊實(shí)功較大時(shí)（每層擊數(shù)N=98、59、45），其CBR最大值所對(duì)應(yīng)的含水量比最佳含水量大3.0%在擊實(shí)功相對(duì)較小時(shí)（每層擊數(shù)N=36、27），CBR最大值所對(duì)應(yīng)的含水量才與最佳含水量相等在最佳含水量條件進(jìn)行壓實(shí)、壓實(shí)度超過95%的弱膨脹土CBR值僅3.0%左右在超過最佳含水量3.0%的填筑含水量（w=21.5%）進(jìn)行壓實(shí)，只要壓實(shí)功能滿足要求，其壓實(shí)度不難達(dá)到95%，CBR值能達(dá)到6.0%以上當(dāng)含水量小于最佳含水量時(shí)，雖然壓實(shí)度易滿足要求，但其CBR值均小于3.0%

含水量是滿足弱膨脹土壓實(shí)度和CBR的關(guān)鍵性因素。

→5壓實(shí)膨脹土的工程特性中膨脹土的強(qiáng)度（CBR）特征

不同擊實(shí)功下中膨脹土CBR值隨含水量的變化規(guī)律類似于擊實(shí)曲線；在擊實(shí)功較大時(shí)（每層擊數(shù)N=98、59），其CBR最大值所對(duì)應(yīng)的含水量均達(dá)到32.1%，比最佳含水量（w=21.2%）大得多，大近11%；在擊實(shí)功相對(duì)較小時(shí)（每層擊數(shù)N=36、27），CBR最大值所對(duì)應(yīng)的含水量也比最佳含水量大2.3%。對(duì)于中膨脹土而言，其CBR值均較小，一般都小于3.0%

中膨脹土無法同時(shí)滿足填筑路基壓實(shí)度和CBR值的規(guī)范要求?！?壓實(shí)膨脹土的工程特性CBR強(qiáng)度特征起始含水量對(duì)膨脹土CBR值影響顯著CBR峰值含水量大于最優(yōu)含水量，在相同的擊實(shí)功下，膨脹潛勢越強(qiáng)，CBR峰值含水量與最優(yōu)含水量的差值越大并不是擊實(shí)功越大，其CBR值就越大在現(xiàn)場碾壓過程中，應(yīng)對(duì)干密度進(jìn)行適當(dāng)控制，不能要求過高，以免出現(xiàn)“過壓實(shí)”現(xiàn)象5壓實(shí)膨脹土的工程特性含水量增加，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)大幅度下降堤身防水防風(fēng)化至關(guān)重要抗剪強(qiáng)度特性5壓實(shí)膨脹土的工程特性無側(cè)限抗壓強(qiáng)度膨脹土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在最優(yōu)含水量附近取得最大膨脹土吸水軟化明顯，飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)低于非飽水值飽和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在最優(yōu)含水量＋3％附近取得最大現(xiàn)場碾壓按最優(yōu)含水量＋3％進(jìn)行控制，可以獲得浸水強(qiáng)度的最大化5壓實(shí)膨脹土的工程特性雙環(huán)試驗(yàn)6膨脹土滲透特性圭夫儀(Guelphpermeameter)

表層滲透性量測結(jié)果

經(jīng)過大量的現(xiàn)場雙環(huán)試驗(yàn)，獲得了膨脹土地表裂隙發(fā)育區(qū)的飽和滲透系數(shù)為：ks=2.3×10-8米/秒雙環(huán)試驗(yàn)的初始入滲率比達(dá)到飽和時(shí)的穩(wěn)定入滲率要高好幾倍甚至1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。本次試驗(yàn)測得初始入滲率為：ki=1.88×10-7米/秒6膨脹土滲透特性膨脹土優(yōu)勢流大孔隙（裂隙）雖然只占整個(gè)土壤體積的小部分，但對(duì)水及溶質(zhì)在土壤中的運(yùn)移有著深刻影響。采用室內(nèi)土柱出流試驗(yàn)揭示大孔隙（裂隙）對(duì)水在土壤中運(yùn)移的影響。人工降雨試驗(yàn)裝置

土柱出流試驗(yàn)

土柱出流試驗(yàn)裝置

6膨脹土滲透特性大雨強(qiáng)一個(gè)脈沖一個(gè)脈沖小雨強(qiáng)膨脹土優(yōu)勢流6膨脹土滲透特性小雨強(qiáng)大雨強(qiáng)持續(xù)降雨持續(xù)降雨膨脹土優(yōu)勢流6膨脹土滲透特性試驗(yàn)結(jié)果：裂隙土出流時(shí)間較早，小強(qiáng)度降雨條件下15分鐘左右出現(xiàn)初始出流，大強(qiáng)度降雨條件下10分鐘左右即出現(xiàn)初始出流；而回填土由于入滲能力較小，表面很快出現(xiàn)積水，放置兩個(gè)月后才出現(xiàn)初始出流。對(duì)于含有大孔隙的土壤，出流量絕大部分發(fā)生在初始出流和拖尾之間。膨脹土優(yōu)勢流6膨脹土滲透特性采用Germann運(yùn)動(dòng)波模型對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析、擬合，模型擬和與觀測值較為一致膨脹土優(yōu)勢流6膨脹土滲透特性兩域水分交換情況裂土邊坡水分運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢流模型6膨脹土滲透特性基質(zhì)域：控制方程采用Richards方程裂隙區(qū)：運(yùn)動(dòng)波方程大孔隙域向基質(zhì)域的輻射：動(dòng)態(tài)水頭邊界條件來表示降雨過程中大孔隙水分向基質(zhì)域的運(yùn)移裂土邊坡水分運(yùn)動(dòng)優(yōu)勢流模型6膨脹土滲透特性計(jì)算模型邊坡高為6m，坡比1：2，以模型底面為基準(zhǔn)面，初始地下水位邊界左端為3m，右端為0m。6膨脹土滲透特性降雨10小時(shí)降雨30小時(shí)降雨72小時(shí)裂隙區(qū)周圍含水量在隨著時(shí)間升高，尤其是靠近表層含水量上升得更快，部分影響區(qū)域相互重疊6膨脹土滲透特性降雨72小時(shí)降雨72小時(shí)不考慮優(yōu)勢流考慮優(yōu)勢流6膨脹土滲透特性裂隙優(yōu)勢流大大增強(qiáng)了雨水對(duì)裂隙區(qū)的影響，比不考慮裂隙優(yōu)勢流含水量上升明顯。由于優(yōu)勢流的補(bǔ)給作用，裂隙區(qū)下含水量也較不考慮裂隙優(yōu)勢流上升明顯，這種影響的范圍達(dá)到裂隙區(qū)下2～3米6膨脹土滲透特性7膨脹土改性中膨脹土石灰改性石灰改性后中膨脹土的基本特性摻合比（%）液限（%）塑限（%）塑性指數(shù)自由膨脹率（%）最佳含水量（%）最大干密度(g/cm3)4.062.942.820.11815.81.645.062.342.719.61717.01.626.062.243.518.71323.51.578.061.743.118.6石灰改性后中膨脹土的顆粒組成

石灰改性穩(wěn)定土脹縮特性指標(biāo)

石灰改性穩(wěn)定土CBR試驗(yàn)結(jié)果

7膨脹土改性經(jīng)石灰改性后中膨脹土的液限基本保持不變；塑限有較大幅度增大，相應(yīng)塑性指數(shù)明顯減小；自由膨脹率也明顯減小；細(xì)粒、粘粒含量明顯減少；最佳含水量增大，最大干容重降低；隨著石灰摻合比的增大，上述指標(biāo)變化越顯著。石灰改性土相應(yīng)的CBR值均大于60%，膨脹量小于0.04%，脹縮總率小于0.7%均可達(dá)到路用要求。考慮到在路堤填筑施工過程中石灰均勻摻合較困難，建議中膨脹土石灰改性的質(zhì)量摻合比為6.0%，壓實(shí)含水量按23.5%控制。7膨脹土改性中膨脹土粉煤灰改性7膨脹土改性7膨脹土改性經(jīng)粉煤灰改性后中膨脹土的液限基本保持不變；塑限有所增大，塑性指數(shù)相應(yīng)減?。蛔杂膳蛎浡室嘟档?，脹縮總率小于0.7%；細(xì)粒、粘粒含量相應(yīng)減少；最大干容重降低；

CBR值均大于8%；可滿足路用要求；建議粉煤灰摻合量為40%，壓實(shí)含水量按19.0%控制效果最佳。7膨脹土改性→經(jīng)石灰-粉煤灰改性后，膨脹性基本消除，擊實(shí)土樣CBR值均大于100%，改性效果明顯。但考慮到該改性方案在實(shí)際施工過程中難以實(shí)施，未能做進(jìn)一步的深入研究。石灰-粉煤灰綜合改性7膨脹土改性膨脹土水泥改性7膨脹土改性膨脹土水泥改性7膨脹土改性膨脹土水泥改性7膨脹土改性膨脹土水泥改性7膨脹土改性改性土最大干密度隨水泥摻量增加呈線性增長，且最優(yōu)含水率與水泥摻量成較好的線性減小關(guān)系。飽和膨脹土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為應(yīng)變硬化型，而飽和改性土表現(xiàn)為應(yīng)變軟化，呈脆性破壞，且水泥的摻入對(duì)齡期28d后的飽和強(qiáng)度提高非常顯著，表明它能很好地抑制強(qiáng)度軟化。飽和膨脹土屬高壓縮性土，摻入6%水泥的改性土呈低壓縮性水泥改具有良好的水穩(wěn)定性8.1國內(nèi)外膨脹土路堤處治方法換填法：方法可靠，建設(shè)成本高物理化學(xué)改性：摻石灰、水泥、粉煤灰、礦渣等摻石灰處理膨脹土是最普通和有效的方法建設(shè)成本高封閉包蓋法（包邊法）通過邊對(duì)路堤進(jìn)行封閉，阻隔干濕循環(huán)作用對(duì)膨脹土路堤的影響，達(dá)到穩(wěn)定膨脹土路堤的目的，在南友、襄荊應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是施工便利、造價(jià)低、環(huán)境效益好，夾層法

采用膨脹土和砂性土夾層填筑，砂層構(gòu)成雙層排水，使粘土層底部的含水量有效降低，從而達(dá)到較高的壓實(shí)質(zhì)量和路基整體強(qiáng)度該法施工最便捷、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益好膨脹土更易通過砂性土夾層吸水而軟化，降低路基質(zhì)量。

8膨脹土路基處治技術(shù)8.2零填及挖方膨脹土路基處治方法砂礫墊層+邊溝膨脹土改性+邊溝－最常見砂礫墊層+邊溝下設(shè)置管式滲溝膨脹土改性+邊溝下設(shè)置管式滲溝防滲土工布+砂礫墊層(膨脹土改性)+邊溝下設(shè)置管式滲溝8膨脹土路基處治技術(shù)膨脹土路堤結(jié)構(gòu)型式8膨脹土路基處治技術(shù)膨脹土路堤結(jié)構(gòu)型式弱膨脹土直填路堤斷面形式中膨脹土包邊路堤形式中膨脹土全斷面改性路堤8膨脹土路基處治技術(shù)零填及挖方膨脹土路基處置技術(shù)8膨脹土路基處治技術(shù)零填及挖方膨脹土路基處置技術(shù)8膨脹土路基處治技術(shù)膨脹土路塹坡面防護(hù)方法8膨脹土路基處治技術(shù)膨脹土路塹坡面防護(hù)方法8膨脹土路基處治技術(shù)9路堤填筑施工工藝對(duì)于不改良包邊段路堤填心部分而言，其填筑壓實(shí)含水量宜按略低于其塑限含水量控制；對(duì)于對(duì)石灰改良段路堤，其填料壓實(shí)含水量按其最優(yōu)含水量±2.0%控制是可行的，且根據(jù)不同填筑部位，壓實(shí)含水量的控制范圍還可以適當(dāng)放寬，但不宜超過其最優(yōu)含水量4.0%。壓實(shí)含水量的控制對(duì)保證路堤填筑質(zhì)量至關(guān)重要路拌次數(shù)、松鋪厚度、碾壓遍數(shù)對(duì)路堤填料均勻性、粒級(jí)組成以及壓實(shí)度均有影響混合料拌和方法混合料拌和方法路拌法廠拌法路拌法，廣泛采用，可分為路拌法和集中場拌法，施工簡便，但易受天氣影響，均勻性不如廠拌法廠拌法，南水北調(diào)中線工程全面采用，效果好，受天氣影響小9路堤填筑施工工藝施工放樣準(zhǔn)備下承層整形拌和灑水?dāng)備伿一蛩嗾屋p壓備料、攤鋪土灑水悶料養(yǎng)生碾壓接縫和調(diào)頭處處理路拌法施工工序要點(diǎn)：工藝流程要牢記切莫顛倒與混淆機(jī)具配備應(yīng)齊全高速有序效果好9路堤填筑施工工藝總之，應(yīng)做到堅(jiān)實(shí)平整結(jié)構(gòu)強(qiáng)度穩(wěn)定，無顯著變形材料均勻一致表面干凈無松散顆粒干燥實(shí)，穩(wěn)，勻，潔，干9路堤填筑施工工藝成型10施工期降雨對(duì)膨脹土路堤填筑質(zhì)量影響弱降雨對(duì)膨脹土路堤填筑質(zhì)量影響雨水入滲量對(duì)碾壓層的影響很小表面覆蓋層土的含水量隨深度的增加而增加，壓實(shí)度隨深度的增加而減小表4.7.1降雨后壓實(shí)度測試結(jié)果試驗(yàn)段號(hào)日期填土類型降雨前含水量(%)覆蓋層以下取樣深度(cm)含水率(%)平均含水率(%)干密度(g/cm3)壓實(shí)度(%)平均壓實(shí)度(%)1#6.29素土17.64317.1218.171.8099.596.90818.691.7496.31518.711.7294.92#6.29素土—覆蓋層以內(nèi)1319.6021.181.6188.887.25強(qiáng)降雨對(duì)膨脹土路堤填筑質(zhì)量影響強(qiáng)降雨對(duì)路堤含水量的影響深度為表面覆蓋層以下30cm；素土在雨水入滲后，體積發(fā)生顯著膨脹，其干密度有較大程度減小；

灰土的含水量有一定程度的增長，但其壓實(shí)度變化不大。10施工期降雨對(duì)膨脹土路堤填筑質(zhì)量影響針對(duì)施工期降雨的膨脹土路基處置對(duì)策對(duì)于持續(xù)時(shí)間較短、雨量較小的降雨(<30mm)，僅對(duì)表面覆蓋層重新進(jìn)行翻曬、破碎和碾壓。對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長、雨量較大的強(qiáng)降雨(30mm～300mm)，建議對(duì)表面覆蓋層以下30cm范圍內(nèi)的碾壓土層進(jìn)行摻灰處理，以快速降低填土的含水量，并按灰土的填筑標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行翻曬、破碎和碾壓。建議對(duì)于表面覆蓋層，在填筑過程中設(shè)定一較大的橫坡，以利于雨水的消散，并嚴(yán)禁出現(xiàn)低洼的不平的坑洞。10施工期降雨對(duì)膨脹土路堤填筑質(zhì)量影響南水北調(diào)中線工程全長1400余km，膨脹土(巖)渠段

387公里，占27%弱膨脹土渠段

約170.5km弱膨脹巖渠段

約76.8km中膨脹土渠段

約103.5km中膨脹巖渠段

約58.7km強(qiáng)膨脹土渠段

約

5.69km強(qiáng)膨脹巖渠段

約34.2km雖然強(qiáng)膨脹土（巖）分布的長度少于弱、中等膨脹土(巖)，但由于其具有更強(qiáng)的膨脹潛勢，比弱、中等膨脹土（巖）更易造成渠坡失穩(wěn)，對(duì)渠道的危害更為嚴(yán)重目前，中線工程已全面開工建設(shè)，但是強(qiáng)膨脹土（巖）渠道設(shè)計(jì)基本是參考中等膨脹土的處理方法，只是適當(dāng)增加了改性土處理層的厚度，可能存在工程安全風(fēng)險(xiǎn)陶岔外環(huán)河團(tuán)城湖方城埡口穿黃工程11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理TS95-1試驗(yàn)段TS92+950~93+250，渠底強(qiáng)膨脹土，al-plQ2粘土TS13試驗(yàn)段TS13+450～13+765，渠坡強(qiáng)膨脹土，plQ1粘土TS95-2試驗(yàn)段TS94+900～95+310，渠底強(qiáng)膨脹土，al-plQ2粘土TS106試驗(yàn)段TS105+600～106+350，渠底強(qiáng)膨脹巖，N粘土巖TS216試驗(yàn)段TS215+400～216+200，渠坡強(qiáng)膨脹巖，N粘土巖ZG39試驗(yàn)段ZG39+700～40+400，渠坡強(qiáng)膨脹巖，N粘土巖強(qiáng)膨脹土強(qiáng)膨脹巖強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土現(xiàn)場試驗(yàn)C值為室內(nèi)試驗(yàn)的40%~80%，φ值為60%～90%；強(qiáng)膨脹巖現(xiàn)場試驗(yàn)C值為室內(nèi)試驗(yàn)的50%～70%，φ值為90%～100%揭示了強(qiáng)膨脹土裂隙對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響因素：(1)裂隙面占剪切面的比例；(2)裂隙面傾角；(3)裂隙面起伏差；(4)剪切方向開展室內(nèi)基本物理、力學(xué)試驗(yàn)，現(xiàn)場大剪抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，提出強(qiáng)膨脹土（巖）體物理力學(xué)參數(shù)的推薦值。強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理化學(xué)與礦物組成強(qiáng)膨脹土巖化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)表（各段平均值）試驗(yàn)段PH值HCO3-

Cl-

SO42-

Ca2+

Mg2+

K++Na+

易溶鹽總量有機(jī)質(zhì)含量燒失量SiO2

Al2O3

Fe2O3

MgOCaONa2OK2OTiO2

P2O5

MnO陽離子交換量g/kgg/kgg/kgg/kgg/kgg/kgg/kg%%%%%%%%%%%%mmol/100gTS13段6.960.4700.0590.0590.0630.0600.0630.7751.2410.8259.8816.106.531.871.130.242.410.820.060.1442.25TS95段7.080.4440.0490.0400.0480.0460.0500.6771.4010.1264.7815.115.801.241.110.090.780.840.070.0231.90TS106段6.970.3980.0540.0470.0560.0560.0470.6581.085.4368.5715.596.331.011.020.150.990.910.090.1631.03TS216段6.980.4320.0490.0450.0520.0530.0540.6851.218.1169.1412.495.261.200.800.071.730.730.140.1032.13ZG39段7.190.5020.0500.0480.0560.0520.0580.7661.7510.4461.1316.436.021.621.290.331.710.750.090.0538.04強(qiáng)膨脹土巖礦物組成統(tǒng)計(jì)表（各段平均值）試驗(yàn)段粘土礦物碎屑礦物蒙脫石伊利石綠泥石高嶺石石英長石白云石TS13段5010103540TS95段533404010TS106段450504810TS216段435414620ZG39段553223430化學(xué)成分以SiO2、Al2O3為主，粘土礦物以蒙脫石為主，碎屑礦物以石英為主相同位置試樣的化學(xué)礦物組成基本相近；不同試驗(yàn)段試樣存在一定的差異強(qiáng)膨脹巖燒失量、陽離子交換量、蒙脫石含量等指標(biāo)小于強(qiáng)膨脹土，而強(qiáng)膨脹土的石英含量略低強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理脹縮性指標(biāo)分析自由膨脹率受到沉積環(huán)境與物質(zhì)來源的影響，范圍值較大；其他脹縮性指標(biāo)也有一定的差異性。除了強(qiáng)膨脹土的縮限比強(qiáng)膨脹巖略高、收縮系數(shù)略低外，二者的其他收縮特性指標(biāo)差異不明顯。強(qiáng)膨脹巖出現(xiàn)壓縮狀態(tài)時(shí)的垂直壓力一般比強(qiáng)膨脹土大。膨脹土（巖）脹縮特性統(tǒng)計(jì)表（各段平均值）試驗(yàn)段自由膨脹率無荷載膨脹率不同起始?jí)毫ε蛎浡师膃p膨脹力收縮特性壓力（kPa）垂直側(cè)向縮限收縮系數(shù)線縮率體縮率δefδe02550100150200pepewsλsδsiδv%%%kPa%

%%TS13段850.90.6-0.2-0.6-1.0-1.3-1.56.2

10.50.3916.8319.1TS95段1074.44.20.3-0.3-0.9-1.4-2.039.140.09.20.4647.0321.8TS106段941.41.60.5-0.1-0.9-1.5-2.658.338.69.20.5387.9122.1TS216段813.53.50.2-0.2-0.4-0.7-0.936.3

8.10.4886.1518.1ZG39段902.12.10.0-0.4-0.8-1.2-1.538.535.0

強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理水理特性強(qiáng)膨脹土（巖）具中等-極微透水性，現(xiàn)場試驗(yàn)滲透系數(shù)均比室內(nèi)試驗(yàn)滲透系數(shù)大強(qiáng)膨脹土的室內(nèi)垂直滲透系數(shù)一般大于強(qiáng)膨脹巖，水平滲透系數(shù)相差不大。強(qiáng)膨脹土的現(xiàn)場試驗(yàn)滲透系數(shù)一般略大于強(qiáng)膨脹巖強(qiáng)膨脹土的孔隙比與土體垂直滲透性有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；強(qiáng)膨脹巖的裂隙發(fā)育情況對(duì)滲透性影響較大表層大氣影響帶的土（巖）體垂直滲透系數(shù)大于水平滲透系數(shù)；大氣影響帶以下關(guān)系不明顯初始含水率越小、膨脹性越強(qiáng)、裂隙越發(fā)育且張開程度越大，試樣崩解速度越快、崩解量越大試驗(yàn)段地層時(shí)代現(xiàn)場注水試驗(yàn)成果表室內(nèi)滲透試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表（平均值）高程(m)滲透系數(shù)(cm/s)滲透性分級(jí)滲透系數(shù)（cm/s）k20⊥

k20∥

TS13plQ1

1545.26E-05弱滲透性6.16E-07~5.83E-044.80E-07~1.64E-041527.81E-06微滲透性TS95-1al-plQ2

1341.46E-05~2.60E-05弱滲透性1.96E-07~6.28E-042.34E-07~9.63E-051334.17E-05弱滲透性1346.25E-05~7.29E-05弱滲透性2.43E-07~1.35E-052.45E-07~4.64E-05TS95-21331.04E-05弱滲透性TS106N1342.34E-05弱滲透性3.81E-07~8.28E-04

1332.60E-05弱滲透性TS216N1282.60E-05弱滲透性6.97E-08~1.43E-057.53E-08~3.77E-041262.08E-05弱滲透性ZG39N83.81.40E-04中等滲透性9.40E-08~8.72E-069.93E-08~5.51E-0485.83.82E-04中等滲透性強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土（巖）小裂隙極發(fā)育，大裂隙較發(fā)育，長大裂隙較為少見裂隙主要傾向2~4組，傾角以緩~中傾角為主。裂隙面一般起伏不大；裂隙充填物多為灰綠色粘土土（巖）體中裂隙以次生裂隙為主，部分為原生裂隙，構(gòu)造裂隙僅在ZG39段可見。裂隙特性強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土裂隙的張開情況大致可分三類：①快速出現(xiàn)張開；②滯后出現(xiàn)張開；③不張開；強(qiáng)膨脹巖裂隙均為快速出現(xiàn)張開。強(qiáng)膨脹土裂隙發(fā)展最快時(shí)間段為8-10天，強(qiáng)膨脹巖裂隙發(fā)展最快時(shí)間段為7天；強(qiáng)膨脹巖裂隙發(fā)展速度、張開程度比強(qiáng)膨脹土快，原因是強(qiáng)膨脹巖初始含水率較強(qiáng)膨脹土的含水率小，加之強(qiáng)膨脹巖超固結(jié)性更大，卸荷回彈比強(qiáng)膨脹土更明顯。第二天第四天第六天第八天裂隙發(fā)生發(fā)展規(guī)律分析強(qiáng)膨脹巖TS106段觀察面強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理裂隙面的抗剪強(qiáng)度低于土塊的抗剪強(qiáng)度；裂隙面的抗剪強(qiáng)度現(xiàn)場大剪試驗(yàn)一般比室內(nèi)試驗(yàn)度低，但受裂隙面的影響，可能會(huì)出現(xiàn)異常。裂隙面抗剪強(qiáng)度裂隙面抗剪強(qiáng)度推薦值裂隙面抗剪強(qiáng)度匯總表強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土（巖）體主要由片狀粘土礦物及長石、石英顆粒等組成；粘土礦物一般呈不規(guī)則排列；大部分試樣內(nèi)微孔隙、微裂隙較發(fā)育～極發(fā)育；部分試樣可見一、兩個(gè)方向的線性擦痕。強(qiáng)膨脹土長石、石英含量低于強(qiáng)膨脹巖；粘土礦物的定向排列性略高于強(qiáng)膨脹巖；微孔隙、微裂隙發(fā)育程度略低于強(qiáng)膨脹巖。不規(guī)則片狀粘土礦物定向排列粘土礦物長石或石英顆粒線性擦痕微裂隙微觀結(jié)構(gòu)特征強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土（巖）體通常在顏色、裂隙發(fā)育情況、膠結(jié)物等方面與其他土（巖）體的宏觀結(jié)構(gòu)分層明顯。某一層強(qiáng)膨脹土（巖）而言，其宏觀結(jié)構(gòu)分層不明顯。僅少數(shù)段受地下水的影響，裂隙產(chǎn)狀或部分物理力學(xué)指標(biāo)存在分帶性。強(qiáng)膨脹土（巖）宏觀分帶強(qiáng)膨脹土（巖）體內(nèi)裂隙密集帶宏觀結(jié)構(gòu)特征強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理抗剪強(qiáng)度C值、φ值均隨脹縮次數(shù)的增加而減小。第一次脹縮循環(huán)后，C值衰減15-45%，φ值衰減25%~42%；但隨后抗剪強(qiáng)度的衰減趨于穩(wěn)定，最終C值衰減28-58%，φ值衰減43%~56%。不同試驗(yàn)段強(qiáng)膨脹土（巖）試樣的衰減程度存在差異；總體上說，強(qiáng)膨脹巖比強(qiáng)膨脹土抗剪強(qiáng)度的衰減幅度小。TS13段ZG39段反復(fù)脹縮條件下抗剪強(qiáng)度衰減規(guī)律強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土（巖）剪應(yīng)力隨著含水率的增加而減??；含水率較低時(shí)，剪應(yīng)力隨含水率增加，衰減速度快，后逐漸放緩。含水率較低時(shí)，原狀樣剪應(yīng)力大于重塑樣，隨含水率的逐漸增加兩者趨于一致。強(qiáng)膨脹土原狀樣的抗剪強(qiáng)度隨含水率增加的降幅略大于強(qiáng)膨脹巖；重塑樣則相反。TS95段TS106段不同含水率下抗剪強(qiáng)度衰減規(guī)律強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理物理參數(shù)推薦值，一般采用室內(nèi)試驗(yàn)的算術(shù)平均值（剔除異常值后）壓縮系數(shù)為室內(nèi)試驗(yàn)的大值平均值~平均值抗剪強(qiáng)度參數(shù)推薦值一般先采用（室內(nèi)試驗(yàn)的小值平均值～平均值）×尺寸效應(yīng)系數(shù)進(jìn)行折減，再根據(jù)裂隙發(fā)育情況、工程經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。強(qiáng)膨脹土巖抗剪強(qiáng)度C值的尺寸效應(yīng)系數(shù)一般取0.4-0.6、φ值的尺寸效應(yīng)系數(shù)一般取0.8-0.9巖性物理性指標(biāo)推薦值力學(xué)性指標(biāo)推薦值土粒比重天然物理性指標(biāo)液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)粘粒膠粒固結(jié)試驗(yàn)土巖體天然快剪土巖飽和固結(jié)快剪含水率密度孔隙比壓縮系數(shù)壓縮模量凝聚力內(nèi)摩擦角凝聚力內(nèi)摩擦角濕干av0.1-0.2Es0.1-0.2CqφqCcqφcqGswρρdeWL17WpＩp17IL17<0.005其中<0.002MPa-1MPakPaokPaoQ1強(qiáng)膨脹土2.7529.01.901.480.87368.330.637.7-0.0543.824.30.150~0.23612.2~20.822~2815.0~18.016~2217.5~20.0Q2強(qiáng)膨脹土2.6827.01.911.510.78675.230.744.5-0.0945.925.70.183~0.3128.4~15.818~2313.0~15.014~1813.5~17.5N南陽盆地強(qiáng)膨脹巖2.7425.41.971.570.75274.328.146.3-0.0646.624.20.142~0.16812.8~19.424~3213.0~15.516~1814.0~16.5N平頂山強(qiáng)膨脹巖2.6820.12.061.720.56556.124.731.4-0.1545.1260.088~0.10415.8~18.730~4016.0~18.020~2516.0~19.0N邯邢段強(qiáng)膨脹巖2.6627.51.951.530.7467.630.836.7-0.0953.531.20.080~0.09119.6~22.830~3813.0~16.520~2414.5~16.5物理力學(xué)參數(shù)推薦值強(qiáng)膨脹土（巖）工程特性及地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土（巖）渠坡滑動(dòng)破壞和膨脹變形規(guī)律研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理探明了強(qiáng)膨脹土渠坡滑坡變形破壞特征揭示了強(qiáng)膨脹土渠坡滑動(dòng)破壞機(jī)理，即同時(shí)受強(qiáng)膨脹土（巖）夾層或強(qiáng)膨脹土及地表垂直裂隙控制的滑動(dòng)模式強(qiáng)膨脹土強(qiáng)膨脹土（巖）渠坡滑動(dòng)破壞和膨脹變形規(guī)律研究水泥改性土換填厚度（m）安全系數(shù)11.0711.51.11821.1982.51.26911強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究水泥改性土換填厚度（m）安全系數(shù)11.1401.51.18521.2822.51.332隨著渠坡水泥改性土的換填厚度增加，渠坡的安全系數(shù)相應(yīng)提高，水泥改性土換填厚度從1.5m增加至2m時(shí)，渠坡安全系數(shù)增加幅度較大，2m以后安全系數(shù)增長趨勢減緩無論土體的膨脹性如何，當(dāng)上覆荷載超過50kPa時(shí)，土體的膨脹率都會(huì)趨向一個(gè)很小的值。強(qiáng)膨脹土渠坡過水?dāng)嗝嫠喔男酝翐Q填厚度2m，已經(jīng)滿足工程要求。11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究距開口線最大距離不超過9m，坡頂開口線與截流溝之間10m范圍換填水泥改性土，封閉因卸荷和干縮形成拉裂縫，是合適的11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理提出了抗滑結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法——彈性地基梁法抗滑樁樁間土穩(wěn)定復(fù)核按照土工效應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，抗滑樁+坡面梁樁間土穩(wěn)定復(fù)核根據(jù)樁間土剪斷強(qiáng)度復(fù)核抗滑樁設(shè)計(jì)中應(yīng)復(fù)核樁長、樁間距、樁前土的穩(wěn)定強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究抗滑樁按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL191-2008)規(guī)定的圓形截面受彎構(gòu)件計(jì)算坡面梁按照《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL191-2008)規(guī)定的壓彎構(gòu)件來計(jì)算11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理僅水泥改性土換填時(shí)，完建檢修工況安全系數(shù)為0.9433水泥改性土+抗滑樁，完建檢修工況安全系數(shù)為1.203.強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究為防止坡面水土流失，并加速坡面水的疏導(dǎo)，減小降水入滲引起膨脹土含水量變化，坡面采用C20混凝土拱骨架+植草進(jìn)行防護(hù)拱骨架不僅能減小降水對(duì)膨脹土的影響，同時(shí)對(duì)坡面具有一定的支擋作用，對(duì)淺表層滑動(dòng)具有一定的預(yù)防作用拱骨架+植草防護(hù)結(jié)構(gòu)布置圖拱骨架+植草防護(hù)結(jié)構(gòu)照片11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究刻槽施工采用改裝的切割機(jī)切割水泥改性土形成坡面梁土槽，槽身切割時(shí)應(yīng)按照尺寸線切割，不應(yīng)小于尺寸線抽槽開挖小型挖掘機(jī)對(duì)切割后坡面梁槽身進(jìn)行開挖施工。抽槽開挖時(shí)不應(yīng)欠挖擺放鋼筋鋼筋籠，可采用吊裝結(jié)合人工焊接的形式放置，焊接鋼筋應(yīng)滿足規(guī)范要求，且鋼筋不應(yīng)上拱混凝土澆筑坡面梁澆筑宜一次澆筑完成，振搗密實(shí)，不應(yīng)漏振、欠振11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究坡面觀測雨淋溝防護(hù)效果明顯防護(hù)措施實(shí)施后防護(hù)措施實(shí)施前11強(qiáng)膨脹土工程特性與渠坡處理坡比1:2.75；降雨強(qiáng)度為：中雨持續(xù)24h；水泥改性土換填層濕潤深度0.15m強(qiáng)膨脹土渠道處理技術(shù)研究12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)12.1現(xiàn)場剪切試驗(yàn)路堤段石灰改良段不浸水石灰改性土：c＝69.9kPa，φ＝39.1°浸水石灰改性土：c＝48.1kPa，φ＝33.5°根據(jù)現(xiàn)場取樣測定，不浸水時(shí)石灰土的平均含水量為24.4%，平均干密度為1.55g/cm3，浸水后石灰土的平均含水量為26.6%，平均干密度為1.53g/cm3。石灰改性土浸水后，含水量增加，干密度隨之降低，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)有所下降，其中c值下降較大，從69.9kPa降到48.1kPa，下降約31%；φ值從39.1°下降到33.5°，下降約14%。

不改良石灰包邊段路芯不浸水路芯中膨脹土：c＝94.5kPa，φ＝28.0°。浸水路芯中膨脹土：c＝68.7kPa，φ＝12.2°。不浸水時(shí)中膨脹土的平均含水量為25.1%，平均干密度為1.60g/cm3，浸水時(shí)中膨脹土的含水量為27.1%，平均干密度為1.51g/cm3。中膨脹土浸水后，含水量增加，干密度隨之降低，強(qiáng)度指標(biāo)明顯下降，其中c值從94.5kPa下降到68.7kPa，約27%，φ值下降較大，從28.0°下降到12.2°，約56%。

12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)不浸水：路塹中膨脹土不浸水的抗剪強(qiáng)度：c＝37.2kPa，φ＝27.2°；殘余剪切強(qiáng)度：c＝22.8kPa，φ＝17.4°。浸水：路塹中膨脹土浸水的抗剪強(qiáng)度：c＝24.9kPa，φ＝11.3°殘余剪切強(qiáng)度c＝17.6kPa，φ＝6.6°。路塹段膨脹土在浸水前平均含水量為28.9%，平均干密度為1.51g/cm3；浸水后平均含水量為30.5%，平均干密度為1.45g/cm3。對(duì)比可見，浸水與不浸水相比，抗剪強(qiáng)度降低，其中c值從37.2kPa降到24.9kPa，降約33%，φ值從27.2°降到11.3°，降約58%；殘余強(qiáng)度也下降，其中c值從22.8kPa降到17.6kPa，降約23%，φ值下降很大，從17.4°降到6.6°，降約62%。從總體上說，浸水后的抗剪強(qiáng)度比浸水前的抗剪強(qiáng)度降低很多

路塹段12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)12.2現(xiàn)場載荷試驗(yàn)石灰改良段試驗(yàn)不浸水載荷試驗(yàn)

石灰改良段路基的承載力基本值為258kPa，變形模量為20.6MPa。石灰改良段具有良好的承載特性。12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)浸水載荷浸水后石灰改性土的承載力基本值為165kPa?；貜椖Ａ繛?6.3MPa。石灰改性土水穩(wěn)性較好。1＃點(diǎn)浸水前預(yù)先施加250kPa的荷載值，當(dāng)浸水一段時(shí)間，承載板的沉降穩(wěn)定后，再繼續(xù)分級(jí)增加荷載至破壞為止；2＃點(diǎn)當(dāng)試驗(yàn)坑充分浸水以后，按“承載板測定土基回彈模量試驗(yàn)方法（T0943-95）”進(jìn)行試驗(yàn)12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)不改良石灰包邊段

不浸水載荷

不改良石灰包邊段路基的承載力基本值為287kPa，變形模量為23.0MPa。不改良石灰包邊段路基具有良好的承載特性。12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)浸水載荷

1＃點(diǎn)浸水前預(yù)先施加150kPa的荷載值，當(dāng)浸水一段時(shí)間，承載板的沉降穩(wěn)定后，再繼續(xù)分級(jí)增加荷載至破壞為止；2＃點(diǎn)當(dāng)試驗(yàn)坑充分浸水以后，按“承載板測定土基回彈模量試驗(yàn)方法（T0943-95）”進(jìn)行試驗(yàn)

浸水后素填中膨脹土的承載力基本值為100kPa?；貜椖Ａ恐禐?1.4MPa。素填中膨脹土水穩(wěn)性較差。12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)12.3動(dòng)力觸探試驗(yàn)不浸水動(dòng)探

95、93和90區(qū)不浸水素填中膨脹土平均承載力值都不小于150kPa

→12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)浸水后93、90區(qū)的石灰改性土平均承載力值都大于200kPa。浸水后93和90區(qū)的素填中膨脹土平均承載力值都大于100kPa。

→→浸水動(dòng)探石灰改良段不改良石灰包邊段

12路堤路塹現(xiàn)場試驗(yàn)12.4結(jié)論中膨脹土經(jīng)石灰改性后，其抗剪強(qiáng)度和地基承載力和變形（回彈模量）均較高，即使在浸水條件下，其力學(xué)指標(biāo)雖有所下降，但仍保持了較高值，可滿足路基使用要求。由此可見，用石灰對(duì)中膨脹土改性是有效的，成功的。中膨脹土路堤在不浸水條件下，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、地基承載力和變形（回彈模量）都比較高，可以滿足路基使用要求；但在浸水條件下，上述指標(biāo)有明顯下降，難以滿足路基使用要求，因此必須進(jìn)行適當(dāng)處理。石灰改性段和石灰包邊段93區(qū)和