发布时间 : 星期日 文章中国膨胀土的分布及其研究现状综述 - 图文更新完毕开始阅读09ff0440777f5acfa1c7aa00b52acfc789eb9fa6
表2.5 我国部分地区膨胀土的粒度成分
3.2 膨胀土的结构特征 3.2.1 膨胀土的微结构特征
对膨胀土微结构的研究有助于我们更加深入理解和认识膨胀土的力学性质及胀缩理论。膨胀土的微结构是指在一定地质环境和条件下，土粒和粒团的排列方式，微孔隙与微裂隙的大小、形状、数量及其空间分布与充填情况，接触与连接方式等所构成的微结构特征。膨胀土中片状粘土矿物彼此叠聚在一块，构成膨胀土中活动性的基本结构单元，这些叠聚体彼此集聚组合成粘土基质。少量的碎屑矿物成棱角状或次棱角状颗粒，悬浮在粘土基质中。
现阶段对膨胀土微结构的研究，大多还只是在结构的形态特征描述方面，对于结构之间的联结性质的研究有待加强，尤其是对于结构特征与土的物理力学性质之间的关系的研究为
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数不多。
随着 20 世纪 60 年代末期 X－射线衍射(XRD)、扫描电镜〔SEM 〕、透射电镜(TEM )等测试技术的发展以及数字化图像处理技术的应用，人们对土的微观结构的认识更加深入[7]。 在膨胀土中的粘土矿物颗粒，大多彼此以面-面的方式叠聚在一起，如图3.1所示[1]。
图3.1 膨胀土中粘土矿物颗粒的排列
这种粘土矿物聚集体定向排列的特点与母岩即粘土页岩矿物的高定向是一致的，这种定 向分布的微结构特性，决定它的力学性质和膨胀性的各向异性，其构成了膨胀土的吸水膨胀和失水收缩的最有利结构特征。对于高速公路路基来说通过碾压重塑破坏微结构的定向性是十分重要的。
在膨胀土微结构的研究中，廖世文、李生林、施斌等研究发现膨胀土的胀缩性、强度特性以及变形特性，很大程度上取决于膨胀土的结构特征，并用微结构解析了膨胀土的膨胀机理；谭罗荣提出了一个评价试样定向度的公式；袁俊平（2003）提出了可以采用显示裂隙图像的灰度熵作为裂隙发育程度的度量指标；施斌（1996）使用DIPIX图像处理系统对郧县击实膨胀土的定向排列结构以及310国道路基土掺石灰前后的微结构形貌进行了定量处理。 3.2.2 土体结构
自然界分布的膨胀土，往往不是均质单一的理想土层，很多是多个性质差异比较大的土层组成的复合体，单个土层也存在节理裂隙、地下水等，这些土层和节理、层理等不连续面构成了自然界的膨胀土复合土体。这些不连续面试影响膨胀土工程性质的最直接原因（卢再
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华）。
膨胀土体的宏观特征研究中，主要包括土层的裂隙、节理发育程度及其组合关系，各土层之间彼此接触关系及其层面的性质和产状，土体中间软弱夹层的性质及其空间分布规律，膨胀土层与非膨胀土层之间的接触关系，风化程度及其风化带的界面特性，土体膨胀与收缩变形及其变形时层间的关系，土体的节理与构造发育程度及其特征。这些土体结构构成了膨胀土的不连续界面，破坏了土体的完整性，对工程的安全和稳定带来隐患。比如，膨胀土中的裂隙效应，常使土体产生应力集中，岩裂隙面或裂隙组合界面发生土体溜塌或滑坡；膨胀土边坡由于不同性质多土层组成时，在不同土层之间形成层面，尤其是含有软弱夹层和临空面时，常对滑坡破坏有决定性的影响。如图3.2，图3.3.
图3.2 膨胀土节理发育 图3.3 滑坡
在膨胀土宏观结构研究方面，易顺民结合分形几何和裂隙结构，探讨了膨胀土裂隙研究的定量化模式（易顺民）；袁俊平从统计分析的角度对裂隙的特征和影响做了初步的定量研究，提出选用裂隙图像的灰度熵作为裂隙的定量指标，建立了膨胀土裂隙的概化模型并应用于膨胀土边坡稳定性研究中（袁俊平）。
4 膨胀土的判别与分类
由于膨胀土的复杂性，其判别与分类是一个目前还没有很好解决的复杂问题。工程建设中，把膨胀土误判成非膨胀土，给工程安全带来严重的隐患；将普通土当成膨胀土进行设计和施工，将造成工程的巨大浪费；此外，若对膨胀土的等级估计不足，也同样将对工程造成不利的影响。因此，开展膨胀土判别与分类方法研究具有重大的意义，以便为工程的设计与施工提供合理的参数和科学依据。 4.1 膨胀土的判别标准
目前，国内外膨胀土分类的方法很多，不同的研究者提出了不同的标准，所选择的指标和标准也不一。研究膨胀土的判别方法主要在两方面进行探讨，一是指标的选择，二是判别方法的选择。我国普遍采用试验测试指标判别法，包括单指标判别法、双指标判别法、多指标判别法和作图法四类，其中具有代表性的分类方法分述如下
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（1）规范判别分类法[8]
国家标准“膨胀土地区建筑技术规范”(GBJl 12-87)提出了按膨胀土的工程地质特征进行初判，再按自由膨胀率大小划分膨胀土的膨胀潜势方法。该判别标准由于测试方法和测试人员的差异，结果存在较大差别，因而对该指标的可靠性及能在多大程度上反映膨胀土的本质等方面，一直存在着争议[9]。有专家认为，测试方法使颗粒间结合力丧失，而使膨胀得到了较充分的发挥，其结果并不能代表土体的真正膨胀潜势。
（2）最大胀缩性指标分类法[10]
柯尊敬[11]教授主张按最大胀缩性指标进行分类，他认为：一个适合的胀缩性评价指标必须全面反映土的粒度组成和矿物成分，以及宏观与微观结构特征的影响，同时能消除上的温度和密度状态的影响，即不随上湿度和密度状态的变化而变化，而且还要适应胀缩上各向异性的特点。因此，推荐用直接指标，即最大线缩率?'sv，最大体缩率?'v，最大膨胀率?'cp等作为分类指标，并提出了相应的分类标准。
（3）塑性图判别与分类法[12]
塑性图系由A.卡萨格兰首先提出，后来李生林教授作了深入的研究，它是以塑性指数为纵轴，以液限为横轴的直角坐标。根据塑性图联合使用塑性指数与液限来判别膨胀土，不仅能反映直接影响胀缩性能的物质组成成分，而且能在一定程度上反映控制形成胀缩件能的浓差
渗透吸附结合水的发育程度。塑性土判别法如图4.1所示。
图4.1 塑性图判别法
（4）多指标综合判别分类法[13-14]
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