邯邢地区膨胀土自由膨胀率估测方法研究

2017-03-01郄国增翟新典

河北水利 2017年2期

□郄国增翟新典

邯邢地区膨胀土自由膨胀率估测方法研究

□郄国增翟新典

从膨胀土的颜色、皂脂程度、裂隙特征、粘胶粒含量4个方面，对膨胀土自由膨胀率的估测方法进行系统研究，通过眼观、手摸、识别和简单计算，综合估测出膨胀土的自由膨胀率数值。该方法简单易懂，操作方便，判断结果准确合理，适用于河北邯邢地区膨胀土工程建设，在工程实践中具有实用价值和推广意义。

自由膨胀率；估测法；粘胶粒含量

自由膨胀率是判断膨胀土膨胀性的基本指标，是划分膨胀等级的重要依据。河北邯邢地区分布大量膨胀土，对工程建设具有一定的危害性；为了使广大工程技术人员能够在施工期间快速、准确估测自由膨胀率，及时判定膨胀等级，为工程设计提供地质依据，本文根据南水北调等大量野外工程实践，总结出一套简捷、快速、准确的野外估测判断方法。

1.估测法基本要素

膨胀土是一种胀缩性特殊土，具有遇水膨胀失水收缩的特性。膨胀土一般由粗颗粒、细颗粒两部分组成，其中＞0.075mm的粒组为粗颗粒，＜0.075 mm的粒组称为细颗粒。本文将细颗粒称为“基质”。首先估测判断基质的自由膨胀率数值，主要从膨胀土的颜色、皂脂程度、裂隙特征、粘胶粒含量四个要素进行分析和研判，估测完后再将粗细颗粒合并，对粗颗粒的百分权重进行折减，从而得出整个土体的自由膨胀率。

估测法是通过眼观、手摸、辨别、简单计算，综合估测土的自由膨胀率数值。估测方法尽量做到从外到内、从内到外、从现象揭示本质、从本质解释现象，估测程序尽量做到简化、直观、透彻。

1.1 颜色

膨胀土从颜色上看，主要有灰绿、棕黄、紫红三种。其中灰绿、棕黄两种颜色的土按不同比例杂合又可以细分为灰绿夹棕黄、灰绿夹少量棕黄、灰绿夹极少量棕黄、棕黄夹灰绿、棕黄夹少量灰绿、棕黄夹极少量灰绿。紫红色膨胀土一般属晚更新世N1地层，多具弱膨胀性。因风化不完全，河北邯邢地区膨胀土主要含石英、长石浅色碎屑颗粒，部分含绿泥石、方解石，使得土体颜色变浅，或浅灰绿、或灰白，在颜色上不再另划一类，统归为灰绿色。

1.2 皂脂程度

膨胀土具有独特的类似新鲜肥皂、石膏、石蜡的滑腻质感、蜡质光泽及脂肪的油腻感，膨胀土有其他土类不具有的特殊质感和光泽，将膨胀土的这种质感和光泽称为皂脂。皂脂程度可通过目测和手摸感觉。皂脂程度越高，自由膨胀率越大；反之越小。皂脂程度是判断自由膨胀率大小的重要因素，需仔细研判。

将表层以下结构完整的新鲜土块皂脂程度分为强、中、弱、无四个等级：皂脂强：油腻感、蜡脂感强、蜡光面亮、密实，一般自由膨胀率＞75；皂脂中等：油腻感弱、蜡脂感、断面晦涩、密实、有蜡光面但光亮差，一般自由膨胀率40～80；皂脂弱：无油腻感、稍显蜡脂感、稍干显松散、可见蜡光面、但粗糙晦涩,一般自由膨胀率30～65；无皂脂：无蜡脂感、无蜡光面、断口粗糙，一般自由膨胀率＜30。

1.3 裂隙

膨胀土不论在电子显微镜观察下的微观、用肉眼可视最细小的细观、或者宏观上，均具明显的裂隙性特征。微观结构中的孔隙、裂隙对强膨胀岩体中宏观结构面有着控制性影响。

细观裂隙是由于土体受内外应力作用，潮湿土形成长约0.5～5mm的光滑平面，一般1～3mm，也可发展为不大于30mm的长大细观裂隙，风干土因凝聚力增加会形成凹凸形态的不规则裂面，掰断土面总体表现为麻面。裂面呈闭合尖灭状，在不受外力的情况下各向均匀杂布，每个裂面有自己清晰的发育边界，细观裂隙密度及其裂面光亮程度与膨胀性成正比。

土体内若有长大细观裂隙自由膨胀率将会降低。长大细观裂隙的形成是因裂隙密度低，内外应力作用力集中容易发育长大且裂面光亮度降低。

宏观裂隙是膨胀土的明显特征之一，对建筑物的危害较大，避免产生或消除宏观裂隙是研究膨胀土的目的之一。根据宏观裂隙可以快速地估测自由膨胀率的大致范围。若土体内有粗糙晦涩的裂隙面发育，其自由膨胀率一般＜65；若土体内裂隙面丰富又光亮且细观裂隙发育，自由膨胀率一般＞75。

1.4 粘胶粒含量

引起土体胀缩的主要是胶粒＜0.002mm、粘粒0.005～0.002mm成分，粉粒0.05～0.005mm略有影响，一般认为砂粒0.075～0.05mm在土体中主要起骨架作用，不参与胀缩过程，粘胶粒含量是胀缩的必要条件。粘粒含量愈高，比表面积越大，吸水能力愈强，胀缩变形就大。

粘粒、胶粒含量需要手摸辨别：将土块蘸水揉碎捏匀成糊膏状，在拇、食指间捻抹拉合，一般砂粒有颗粒磨阻感无粘着感，粉粒细腻无粘着感，粘粒滑腻有粘着感，胶粒滑腻且粘着力大，据此可估测土的颗粒组成。粘胶粒含量高膨胀性大，反之膨胀性小。强膨胀土粘胶粒含量一般＞50；中等膨胀土一般＞35；弱膨胀土一般＞15。

2.基质自由膨胀率估测过程

一是初判是否为膨胀土。具有下列特征可判定是膨胀土：灰绿—棕黄—棕红色土体、蜡光面、潮湿土体皂脂、有因风化-胀缩-边坡-内外应力作用形成的宏观裂隙。

二是按照以上4要素估测基质的自由膨胀率。将潮湿土块沿宏观裂隙面垂直方向掰断，显示新鲜清晰的断口，仔细观测土的颜色、皂脂程度、裂隙、粘胶粒含量。强膨胀土——油腻感强、蜡脂感强、土体分布有大小不等的细密细观裂隙、各向杂布、土体表面及内部均富存裂面且光亮、土质细腻、粘胶粒一般＞50%可低至35%、不发育长大细观裂隙、灰绿色为主、棕黄少量，自由膨胀率≥90；中等膨胀土——油腻感、蜡脂中等—强、细观裂隙面丰富又光亮、各向杂布、可见细观长大裂隙、土质细腻、粘胶粒＞35%可低至20%、灰绿或棕黄色，65≤自由膨胀率＜90；弱膨胀土——有蜡脂感，无油腻感、土体散布有细观裂隙、裂面有光泽、有长大细观裂隙、粘胶粒＞15%可低至10% 、灰绿棕黄紫红色均有，40≤自由膨胀率＜65；无膨胀性土——稍显皂脂感、无细观裂隙、只有裂面粗糙暗淡的长大细观裂隙，棕黄色居多，30＜自由膨胀率＜40；一般黄土——无皂脂、无细观裂隙、或有裂面粗糙暗淡的竖向宏观裂隙，自由膨胀率＜30。

三是进行加权累计。对由不同基质或由不同颗粒组成的膨胀土，应分别判定其自由膨胀率值，然后按各自权重值进行累计，最终计算出该膨胀土的整体自由膨胀率值。