【正文】 渠，常易崩塌、滑動(dòng)而淤塞[4]膨脹土以沉積建造環(huán)境和母巖風(fēng)化改造作用作為分類依據(jù)，其成因可概括為五種類型[5]，即湖相沉積膨脹土、河流相沉積膨脹土(沖積膨脹土、洪積膨脹土、冰水沉積膨脹土)、殘坡積膨脹土、海相沉積膨脹土、火山灰沉積膨脹土。我國是世界上膨脹土分布最廣、面積最大的國家之一，在我國膨脹土主要分布于華中、華南和西南地區(qū)，區(qū)域人口超過三億。(3)常見淺層滑坡、地裂、新開挖槽壁易 發(fā)生坍塌等。膨脹土膨脹性試驗(yàn)研究畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論 4 4 5 問題的提出、目的和意義 7 論文研究的主要內(nèi)容 8第2章 試樣的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和制備 10 10 10 10 11 12 13 13 14 自由膨脹率實(shí)驗(yàn) 16 擊實(shí)實(shí)驗(yàn) 17 18第3章 初始含水率對(duì)膨脹土膨脹性影響的實(shí)驗(yàn)研究 20 20 20 20 21 結(jié)論分析 30 31 31 32 32 38 39第4章 吸水過程對(duì)膨脹土膨脹性影響的實(shí)驗(yàn)研究 40 40 40 40 41 42 42 42 42 43 46 46第5章 軸向應(yīng)力對(duì)膨脹土膨脹性影響的實(shí)驗(yàn)研究 48 48 48 48 49 50 52 52 52 52 55 58結(jié)論 59參考文獻(xiàn) 61 第1章 緒論膨脹土是一種非飽和的、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的區(qū)域性特殊土，其粘粒成分主要由強(qiáng) 親水性礦物蒙脫石、伊利石組成，具有顯著的濕脹干縮和反復(fù)濕脹干縮性質(zhì)，濕 度變化時(shí)有較大體積變化，變形受約束時(shí)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，并具有多裂隙性、超 固結(jié)性及強(qiáng)度衰減性等特殊性質(zhì)。(2)多出露于二級(jí)或二級(jí)以上階地、山前丘陵和盆 地邊緣，地形平緩，無明顯自然陡坎。具備這些條件的土一般即可判定為膨脹土[5].膨脹土在世界范圍內(nèi)分布非常廣泛，迄今己經(jīng)發(fā)現(xiàn)在世界上六大洲的40多個(gè)國家都有不同程度的膨脹土分布[3]。也有個(gè)別分布在一級(jí)階地上，呈龍崗一丘陵與淺而寬的溝谷，地形坡度平緩，無明顯的自然陡坡，具有典型的壟崗式地貌。雖然有許多膨脹地基土上的建筑物，尤其是輕型建筑物發(fā)生了不同程度的開裂等問題，但這些建筑物損壞的原因往往被歸咎于施工質(zhì)量問題或基礎(chǔ)的不均勻沉降，而沒有考慮到膨脹土浸水膨脹、失水收縮特性對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。隨后的幾十年中，又有近二十個(gè)國家和地區(qū)提出了有關(guān)膨脹土問題造成危害的報(bào)告，膨脹土對(duì)工程建設(shè)的危害開始引起全世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，其中以加拿大、澳大利亞、南非、以色列、印度、中國及美國等國尤為突出。英國、前蘇聯(lián)、美國、日本和羅馬尼亞等國都先后組織專家學(xué)者，對(duì)膨脹土的工程性質(zhì)進(jìn)行專門研究，并制定有關(guān)規(guī)范，充分反映了世界各國對(duì)膨脹土工程問題的高度重視及采取的科學(xué)態(tài)度。(4)降水入滲對(duì)土坡穩(wěn)定性的影響研究等。通過對(duì)不同干密度、吸力的非飽和重塑膨脹土進(jìn)行三軸剪切試驗(yàn)，研究分析其應(yīng)力應(yīng)變硬化和軟化和體變剪縮剪脹特性與土樣內(nèi)部的孔隙孔徑大小及孔隙連通性的相關(guān)性，研究表明，低密度試樣內(nèi)部孔隙孔徑較大且連通性較好，應(yīng)力一應(yīng)變曲線表現(xiàn)為硬化，體變呈剪縮性，當(dāng)土樣密度增大后逐步由硬化一剪縮向軟化一剪脹轉(zhuǎn)化[12]。 孔令偉等對(duì)湖北襄荊高速公路膨脹土的膨脹潛勢(shì)等級(jí)、含水量與干密度對(duì)其加州承載比(CBR)值的影響規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，獲得不同含水量范圍內(nèi)膨脹土CBR值和干密度與壓實(shí)度的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)公式，發(fā)現(xiàn)膨脹土的CBR值隨其膨脹潛勢(shì)等級(jí)、含水量、壓實(shí)功變化的規(guī)律，CBR峰值對(duì)應(yīng)的含水量大于最佳含水量，其差值隨擊實(shí)功的減小而減小[15]。 韓華強(qiáng)、陳生水利用常規(guī)直剪儀、三軸儀以及輕便固結(jié)儀，分別對(duì)非飽和膨脹土的強(qiáng)度和變形特性以及干濕循環(huán)對(duì)強(qiáng)度和變形的影響進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)研究，以飽和度、干濕循環(huán)次數(shù)為變量，分別探求了外力約束對(duì)膨脹土強(qiáng)度的影響，不同飽和度膨脹土的總應(yīng)力強(qiáng)度特性，干濕循環(huán)對(duì)非飽和膨脹土總應(yīng)力強(qiáng)度的影響，飽和度與壓縮模量以及孔隙比的關(guān)系，干濕循環(huán)對(duì)飽和膨脹土有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)的影響，廣義吸力與飽和度的關(guān)系，并建議了一組計(jì)算非飽和膨脹土變形及強(qiáng)度特性的經(jīng)驗(yàn)公式[17]。 李振等通過用壓縮儀對(duì)不同起始密度及含水率的膨脹土進(jìn)行分級(jí)和一次性浸水試驗(yàn)，得到了浸水路徑、初始含水率、初始干密度、壓力和加壓方式對(duì)膨脹土變形影響的定性規(guī)律，但對(duì)于幾種因素共同作用時(shí)的相互影響未加以考慮[20]。美國工程界稱膨脹土為隱藏的災(zāi)害”，“晴天一把刀，雨天一團(tuán)糟”及“天晴張大嘴，雨后吐黃水”都是對(duì)膨脹土的真實(shí)寫照[22]。它給世界各國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年膨脹土給全球帶來的經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)達(dá)15億美元以上[6]。其造成的損失巨大，處理的難度極高，費(fèi)用極大。(2)重塑膨脹土的不同因素對(duì)其膨脹性的影響 膨脹土吸水體積產(chǎn)生劇烈膨脹，這是膨脹土最本質(zhì)的特性之一?；谶@一目的，我們對(duì)龍?zhí)端屡蛎浲吝M(jìn)行了大量的室內(nèi)試驗(yàn)，分別討論初始含水率、吸水率、軸向應(yīng)力對(duì)膨脹土膨脹性的影響。據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)區(qū)上覆地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系湖積層（Q4l）、第四系中更新統(tǒng)冰水沉積層(Q2fgl)組成，下伏基巖由白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）泥巖組成。表層含大量植物根莖，部分地段含少量磚瓦碎屑，～。該層土在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，～。中等風(fēng)化層（43）：紫紅色～紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。龍門山滑脫逆沖推復(fù)構(gòu)造帶：經(jīng)青川、都江堰至二郎山，綿亙達(dá)500余km，寬25～40km。成都坳陷與成都平原分布的范圍基本一致?；鶐r內(nèi)發(fā)育有蒲江~新津、磨盤山等斷裂，構(gòu)造線均沿北東方向延展。成都地區(qū)在大地構(gòu)造體系上位于華夏系龍門山隆起褶皺帶和新華夏系龍泉山褶斷帶之間。早更新世，龍門山急劇抬升，龍泉山隨著抬升，平原西側(cè)坳陷形成，粗碎屑之卵礫石堆積其間。最終形成了成都地區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造輪廓和地貌景觀。據(jù)成都?xì)庀笈_(tái)的觀測(cè)資料，成都市區(qū)的氣候特征如下：(1)氣溫：℃，℃，℃；(2)降水量：，；蒸發(fā)量：；相對(duì)濕度：多年平均值為82%；多年平均日照時(shí)間：；(3)風(fēng)向、風(fēng)速：，；最多風(fēng)向?yàn)镹NE，出現(xiàn)頻率為11%。賦存于基巖層中的基巖裂隙水。按照《土工試驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)》，試樣基礎(chǔ)試驗(yàn)主要包括原狀土物理性質(zhì)試驗(yàn)（天然含水率、天然密度、干密度）、界限含水率試驗(yàn)、自由膨脹率試驗(yàn)等。故黃色原狀樣天然密度取值ρ=,原狀樣干密度取值ρd=。當(dāng)含水量很小時(shí)，土的體積不再隨含水量的減少而減小了，這中狀態(tài)稱為固體狀態(tài)。界限含水量對(duì)于粘性土的分類和工程性質(zhì)的評(píng)價(jià)具有重要意義。 土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，即液限和塑限的差值(省去百分號(hào))稱為塑性指數(shù)(IP): IP= WL一WP （21） 塑性指數(shù)越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍越大，土的塑性就越強(qiáng)。 表23 粘性土按塑性指數(shù)分類土的名稱粉土粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù)3IP≤1010IP≤17IP17實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表24表24 界限含水率實(shí)驗(yàn)土類型液限含水率塑限含水率wp塑性指數(shù)Ip黃色土23紅色土22黑色土13注:確定IP時(shí)，液限以76克圓錐儀沉入土樣中深度10mm為準(zhǔn)。處于硬塑狀態(tài)。調(diào)查表明；自由膨脹率較小的膨脹土其膨脹潛勢(shì)較弱，其上建筑物損壞程度較輕微；自由膨脹率高的土其膨脹潛勢(shì)較強(qiáng)，其上建筑物損壞程度較嚴(yán)重。7重復(fù)上述步驟，做第二組試驗(yàn)自由膨脹率按照下式進(jìn)行計(jì)算:δef =100% （23）式中:Vo一試樣原有的體積(即量土杯的體積)，10mL。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表28表28擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果紅色土預(yù)設(shè)含水率含水率干密g/cm3黃色土預(yù)設(shè)含水率實(shí)測(cè)含水率干密g/cm3紅色粘土干密度和含水率變化如圖21圖21紅色土干密度含水率變化曲線, ，%。 3黃色膨脹土和紅色膨脹土的自由膨脹率分別為50%和53%，屬于弱膨脹土。由于受氣候條件地質(zhì)環(huán)境或工程環(huán)境的影響，土體水分常有變化，試驗(yàn)中控制土樣的干密度一定，采用無荷載膨脹率試驗(yàn)方法，使對(duì)膨脹土側(cè)限膨脹率的影響因素只有初始含水率一個(gè)。2 將得到的土樣置于105度左右烘箱中烘干8小時(shí)。即得到所需的紅色和黃色含水率分別為16%, 19%, 22%, 25%，28%的試驗(yàn)土樣。2實(shí)驗(yàn)操作1在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林,切取原狀土試樣或所需狀態(tài)的擊實(shí)試樣,修平兩端稱刀和土的總質(zhì)量,，并測(cè)定試驗(yàn)前的含水率密度及計(jì)算孔隙比。3在水盒中注入純水，使水自下而上注入試樣，并保持試樣低于水面5mm，注水后，每隔兩小時(shí)測(cè)記百分表讀數(shù)一次。對(duì)圖樣進(jìn)行膨脹率與初始含水率的回歸分析，黃色膨脹土線性相關(guān)系數(shù)R2,紅色膨脹土線性相關(guān)系數(shù)R2,可見線性相關(guān)顯著。本實(shí)驗(yàn)中黃色膨脹土和紅色膨脹土的預(yù)設(shè)含水率都是16%，19%，22%，25%，28%五種，每種土每個(gè)含水率做兩組實(shí)驗(yàn)。2自下而上向容器內(nèi)注入純水，并保持水面高出試樣頂面5mm。6試驗(yàn)結(jié)束后吸去容器內(nèi)的水，取出試樣并稱其質(zhì)量及測(cè)定試驗(yàn)后的含水率，密度，計(jì)算孔隙比。在初始含水率較小時(shí)，在16%到22%區(qū)間內(nèi)，試樣膨脹力減小速度較快，當(dāng)初始含水率較大時(shí)，大于22%，膨脹力減小幅度減緩。對(duì)于紅色土，在初始含水率較小時(shí)，在16%到22%區(qū)間內(nèi)，試樣膨脹力減小速度較快，當(dāng)初始含水率較大時(shí)，大于22%，膨脹力減小幅度減緩。這種親和作用致使自由水浸入礦物顆粒間形成結(jié)合水，膨脹則是土顆粒在結(jié)合水墨的作用下產(chǎn)生體積增大的過程，可見含水量變化是評(píng)價(jià)膨脹土膨脹率的一個(gè)重要標(biāo)識(shí)。將鐵杯和容器用橡膠導(dǎo)管連接并置于同一高度，其中鐵杯置于電子稱上，通過電子稱數(shù)字的變化計(jì)量杯中水質(zhì)量的變化。同時(shí)記錄百分表和電子稱讀數(shù)。將容器擺放在和電子稱同一高度的位置上。5試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試樣的含水率。為進(jìn)一步了解膨脹土的膨脹力發(fā)展規(guī)律. 在本次實(shí)驗(yàn)中，考慮吸水過程對(duì)膨脹土膨脹力的影響，采用吸水率這個(gè)指標(biāo)來研究這個(gè)問題。將容器擺放在和電子稱同一高度的位置上。5試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試樣的含水率。本章通過考慮吸水過程這個(gè)因素對(duì)膨脹土的膨脹率和膨脹力的影響，進(jìn)行了自主實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：吸水一開始，由于親水礦物對(duì)極性水分子的強(qiáng)烈吸引作用，自由水大量進(jìn)入土體內(nèi)部的各種結(jié)構(gòu)的空隙，填充空隙并在電場(chǎng)力的作用下按一定取向排列，在粘土礦物顆粒的周圍形成表面結(jié)合水，由于結(jié)合水膜增厚擠開土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導(dǎo)致土體膨脹。第5章 軸向應(yīng)力對(duì)膨脹土膨脹性影響的實(shí)驗(yàn)研究膨脹土遇水后發(fā)生自由膨脹變形，但有上覆荷載作用時(shí)，膨脹土的變形將受到抑制。 本實(shí)驗(yàn)采取三組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，對(duì)三組固結(jié)儀進(jìn)行編號(hào)，設(shè)為A B C組，在其上進(jìn)行的試樣對(duì)應(yīng)為A B C 組實(shí)驗(yàn)，在A組上進(jìn)行參照實(shí)驗(yàn)，除去不加水，其他操作步驟與B C兩組同步一致。儀器使用固結(jié)儀，采用加荷平衡法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，施加荷載采用加載砝碼。3隨后向B C兩組固結(jié)儀的容器內(nèi)注入純水，使水自下而上進(jìn)入試樣，并保持水面高出試樣頂面約5mm。原始數(shù)據(jù)如表51~54表51黃色粘土預(yù)設(shè)含水率16%荷載kpa時(shí)間百分表讀數(shù)mm固A（標(biāo)定）固B固C0 11:00 2513:30 2516:00 5021:00 50 9:30 759:31 7511:00 7522:00 表52黃色粘土預(yù)設(shè)含水率19%載荷kpa時(shí)間讀數(shù)mm固A（標(biāo)定）固B固C 8:20 表53黃色粘土預(yù)設(shè)含水率22%載荷kpa時(shí)間讀數(shù)mm固A（標(biāo)定）固B固C011:11 2511:13 2514:44 2515:47 5015:51 5016:44 5022:00 75 9:20 表54黃色粘土預(yù)設(shè)含水率25%載荷kpa時(shí)間讀數(shù)mm固A（標(biāo)定）固B固C010:22 2510:23 2513:10 5013:11 5013:44 5018:30 7518:31 75 9:00 ,56圖51,52表55黃色粘土荷載與相對(duì)膨脹率數(shù)據(jù)第一組 含水率%荷載kpa 16 19 22 25 25 50 75 圖51黃色粘土荷載與相對(duì)膨脹率數(shù)據(jù)關(guān)系 第一組表56黃色粘土荷載與相對(duì)膨脹率數(shù)據(jù)第二組 含水率%荷載kpa 16 19 22 25 25 50 75 圖52黃色粘土荷載與相對(duì)膨脹率數(shù)據(jù)關(guān)系 第二組由圖5