南水北调中线河北段膨胀土特性试验研究

鞠向阳 1 朱亚飞 1 潘圣卿 1

1 、南水北调中线干线建设管理局河北分局 河北 石家庄 050035

摘 要：本文根据南水北调中线总干渠河北段膨胀土的物理性质和力学特性的试验成果，对膨胀土进行改良试验研究。

关键词：膨胀土 改良试验

1. 引言

南水北调中线总干渠河北段膨胀土区段总计45.53km，包括强膨胀土、中膨胀土和弱膨胀土，主要分布在磁县、邯郸、沙河、永年、邢台、临城、高邑元氏境内。

由于膨胀土具有湿胀干缩性、崩解性、多裂隙性，所以是影响水利工程、道路及建筑物的一种特殊土质，在实际的工程中有着极大的破坏作用。为了防止膨胀土对渠道开挖，填筑工程及渠道运营造成危害，针对膨胀土的物理性质和力学特性，为改变其不良工程特性，在工程中常常通过掺入一定比例的结合料，从而改变膨胀土的特性。

2. 膨胀土的物理性质

膨胀土主要是由强亲水性的黏土矿物组成，其中伊利石、蒙脱石等黏土矿物使膨胀土具有失水收缩，吸水膨胀的特性。膨胀土吸水产生体积膨胀是由膨胀土中水分子在黏土矿物颗粒周围形成具有一定排列方向的水膜引起的，是自由水渗入矿物颗粒间转化为结合水，随着结合水膜的厚度增加，使土粒间的净距离增加，从而导致土体的膨胀。

在判定某一土样是否为膨胀土时，室内试验一般以自由膨胀率的大小来判别。在GBJ112《膨胀土地区建筑技术规范》中规定自由膨胀率大于或者等于40%的土，应判定为膨胀土。

表2-1 膨胀土的膨胀潜势分类

表2-2膨胀土的物理性质指标

3. 膨胀土的力学特性

膨胀土的强度特性通过剪切试验进行确定。为更好的模拟现场土的应力状态，一般通过三轴试验获得试样的强度或者变形参数。

表4-1 控制含水率的非饱和三轴试验结果

从非饱和土三轴强度方面分析膨胀土的力学特性，得出的具体结论如下：

（1）在净围压一定的情况下，土体的抗剪强度随着含水量的增加而减小。

（2）在膨胀土为非饱和状态过程中，土体的抗剪强度明显增加。含水量越小，水分子对土颗粒的胶结力越大，所以抗剪强度随之增强。

（3）总粘聚力与总内摩擦角均随含水量变大呈线性下降，但总粘聚力的下降幅度大，而总内摩擦角的下降幅度较小。

4. 水泥改性土的试验成果

   1. 水泥改性土的自由膨胀率

从下图可以看出，随着水泥掺量的增加，自由膨胀率越低。当水泥掺量小于6%时，随掺量的增加，自由膨胀率变化较大；水泥掺量大于6%时，随掺量的增加，自由膨胀率变化较小。

1. 2. 水泥改性土的有荷膨胀率

从下图可以看出，掺水泥后的有荷膨胀率明显降低，尤其在低压力作用下的膨胀率降低幅度更加显著。在荷载施加的初期，外加荷载对膨胀量的抑制作用十分显著，随着龄期的增加，水泥改性土的膨胀率变小。

5. 结语

1. 膨胀土的自由膨胀率随着液限及塑性指数的增大而增大。

2. 随水泥掺量的增加，胀缩特性明显降低，但掺量达到一定程度后，掺量的增加对胀缩特性的抑制效果不明显，这个结论可用于水泥最佳掺量的确定。

3. 膨胀土的膨胀性与土的原始含水量有较大的关系，其膨胀变形与作用在土上的外在荷载的大小密切相关。

参考文献：

［1］黄斌、聂琼等《膨胀土水泥改性试验研究》长江科学院院报.2009年11月