白 鹏 张 梦（成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610000）

对成都粘土变形的影响因素探讨

白 鹏 张 梦
（成都市勘察测绘研究院，四川 成都 610000）

成都粘土具有很强的胀缩性，这种膨胀性粘土因自身显著的胀缩特性给建设工程带来了极大的影响，可直接导致全球性的地质灾害。由于其这种灾难性影响，全球各国对膨胀土的存在十分头疼，美国称之为 “隐藏的危害”，日本称之为“难对付的土”，“问题多的土”。我国素有“逢暂必滑，无堤不塌”之说，因此本文针对成成都粘土胀缩性进行研究，旨在对降低工程建设的危害性有一定的借鉴。

成都粘土；膨胀；收缩

成都粘土由于具有很明显的膨胀性，所以对于成都各项工程建设都有着巨大的影响，造成这种影响的根源依然还在该类粘土的吸水性和失水收缩这一特性，但是无论是其膨胀性还是收缩性，都会给当地的工程建设带来严重破坏，这也是由于该类粘土的膨胀和收缩导致的，成都粘土的膨胀和收缩是非常规律的，具有一定的规律性，目前成都的相关工程设计都非常重视粘土的膨胀机理，对于收缩机理的注重不高，这样会导致重大隐患的产生。因此，笔者试图从成都粘土的膨胀性和收缩性两个方面，通过双管齐下的研究，来弥补目前只考虑膨胀性的设计不足，以此来降低成都工程建设的损失率。

1 天然含水率与50（kPa）下膨胀率的对应关系

1.1 影响的机理分析

在一定压力下的膨胀率δep定义为：在不同的压力下，处于侧限条件下的原状土样在浸水后，其单位体积的膨胀量（以百分数表示），δep按下式计算：

其中hw—在侧限条件下土样浸水在压力为膨胀稳定后的高度；

h0—试验开始是土样的原始高度。

影响膨胀变形的因素有：

矿物成分：

膨胀土主要由蒙脱石、伊利石等亲水矿物组成，这些矿物具有既易吸水又易失水的强烈活动性。

微观结构：

膨胀土的膨胀变形很大程度上取决于这些矿物在空间分布上的结构特征，成都粘土的微观结构为积聚体与积聚体彼此面与面接触形成的分散结构，这种结构具有很大的吸水膨胀和失水收缩的特性。

土的密度和含水量：

土的膨胀表现于土的体积变化。在同样的天然含水量条件下浸水，天然孔隙比愈小，土的膨胀愈大，其收缩变小，反之，孔隙比愈大，收缩愈大。因此，在一定条件下，土的天然孔隙比是影响胀缩变形的一个重要因素。

土的结构强度：

结构强度愈大，土的膨胀收缩变形愈大。土的结构受到破坏后，土的胀缩性随之增强。

因此看见，天然含水率对土的膨胀变形起着很大的作用，随着天然含水率的增大，土的密度减小，孔隙比增大，所以在一定压力条件下的膨胀变形就会减小。但是，随着天然含水率的增大土体结构和强度受到破坏，膨胀变形反而会增大，这样势必会出现两种不同的影响机制互相作用的结果。

1.2 试验结果分析

从天然含水率与50（kPa）下膨胀率δ的关系曲线图（如图1）可以看出试验点的分散性（R=0.279），这与他们之间的多种影响因素共同作用的分析是一致的，并且天然含水率在18%～28%之间时，天然含水率对膨胀变形的影响比较大，表现为随着天然含水率的增大，膨胀变形减小。但是随着天然含水率的进一步增大这种影响趋势急剧减小，可见天然含水率增大到一定程度（本次试验为28%），天然含水率对土的结构强度的控制就会占主要作用。而且天然含水率达到33%以后这种影响就会起决定性的控制作用，表现为随着天然含水率的增大，土的胀缩性随之增强。

因此，图中曲线走向的趋势反映的规律与（1）中的机理分析的结论符合的相当好。

2 天然含水率与膨胀力的对应关系

2.1 影响的机理分析

膨胀力只土样的体积不变，由于浸水产生的最大内应力，它等于为了阻止土的膨胀而施加于土上的最小压力，计算公式如下

pe=W/A×10；

pe——膨胀力（kPa）；

W——施加在式样上的总平衡荷载（N）；

A——试样面积（cm2）。

从膨胀的机理分析来看，成都粘土之所以膨胀，是因为有以下几点原因：

蒙脱石、伊利石等亲水矿物的吸水性；

成都粘土的微观结构为积聚体与积聚体彼此面与面接触形成的分散结构，这种结构有很大的吸水膨胀性；

成都粘土吸水后孔隙变小，那么膨胀越大膨胀力也就越大，其中天然含水率是主导因素，因为它决定孔隙的变化和粘粒之间的水膜的厚度，因此天然含水率对膨胀的影响表现的会很明显，且有随天然含水率的增大膨胀力减小。

2.2 试验结果分析

从他们的影响对应关系曲线（如图2）可以看出他们之间存在的比较离散的对应关系（R=0.2462），但是这种随天然含水率的增大膨胀力减小的趋势还是比较明显的。这似乎与（1）机理分析的结论不是很吻合，那么我们再按每10个数据求一次平均值做他们之间的对应关系曲线图中我们便可以清楚地看出随天然含水率的增大膨胀力减小的规律。

2.3 统计成果及结论

那么我们究竟任何面对这两种结论呢，从数理统计相关性分析（见表1）得知相关系数R=0.23这与图1的结论R=0.246是相符合的，再从他们的机理分析看，影响膨胀力的原因很多，虽然都与含水量有直接的关系，

但是这几种影响因素一起作用，其过程和结论是比较复杂的。因此我们只能简单的得出他们之间的规律性结论，具体影响情况还有待于进一步研究。

3 天然含水率与自由膨胀率的对应关系

3.1 影响的机理分析

自由膨胀率指研磨成粉末的干燥土样（结构内没有约束力），浸泡与水中，经充分吸水膨胀后的体积与原干燥体积的百分比。

δef=VW-V0/100

VW=充分吸水膨胀后的体积，10ml

V0=原干燥体积，ml

由自由膨胀率的定义和计算过程来看，天然含水率对自由膨胀率的确定没有直接的关系，因为在测定自由膨胀率是要风干土样，并且用水浸泡，这样很大程度上有人为的因素，所以天然含水率不会影响自由膨胀率的变化。

3.2 试验结果分析

从他们的对应关系曲线（如图3）来看，试验数据点特别离散，根本看不出有线性变化的趋势，再由二者的数理统计相关性分析，可知R=0.2158，也说明他们二者之间不存在线性关系，而且从图中表现的随天然含水率的增大自由膨胀率也增大的规律也不是很明显。

4 天然含水率与收缩系数的对应关系

4.1 影响的机理分析

收缩系数λs：绘制收缩曲线如图4-8所示。原状土在直线收缩阶段含水量每降低1%时，所答应的竖向线缩率的改变即为收缩系数

λs：

λs=Δλs/Δω

其中Δλs在直线段中与含水量减少

值Δω相对应的线缩率增加值。

表1　含水率与膨胀力Pe （kPa）的拟和直线回归分析计算表

（2） 试验结果分析

由公式可知收缩系数λs应该是一个不变的数，从天然含水率与收缩系数的关系曲线我们也可以看出这种关系即：天然含水率在18%～29%之间的线段几乎近水平发展，而且在这个含水率段中的试验点约占总试验点的90%以上。但是随着含水量的进一步增大，收缩系数开始减小。现对于出现这种情况的原因本文试做分析如下：

成都粘土的天然含水率一般不高，天然含水率超过29%的试验数据不够，所以在这段中数据的随即性比较大。

天然含水率的大范围变化会改变土体的性质，如水膜的增厚、孔隙的变化、土体结构的改变等。

4.2 统计成果及结论

随着天然含水率的增大收缩系数变化不大，收缩系数对天然含水率的变化不敏感。

5 结论

通过笔者对成都粘土的膨胀性和收缩性的实验研究，对成都粘土变形的影响因素主要有以下几种：

（1）天然含水率与50（kPa）下膨胀率δ的对应关系：

天然含水率增大δep减小含，水率达到33%后随着含水率的增大δep随着增大，含水率小于33%时不太敏感，含水率达到33%后不敏感。

（2）天然含水率与膨胀力的对应关系：

随天然含水率的增大膨胀力减小，不太敏感。

（3）天然含水率与自由膨胀率的对应关系：

随天然含水率的增大自由膨胀率也增大，不敏感。

（4）天然含水率与收缩系数的对应关系：

天然含水率不会影响收缩系数的变化，不敏感。

[1]廖世文.膨胀土与铁路工程[M].北京：中国铁道出版社，1984.

[2]余颂，陈善雄，许锡昌，余飞.膨胀土的自由膨胀比试验研究[J].岩石力学与工程学报，2006.

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