【正文】 加，而當(dāng)坡比較小，如 1： 2 時，即使不進(jìn)行植被防護(hù)，邊坡也基本穩(wěn)定。 但是植被防護(hù)的作用也有其局限性，由于植物根系的一般較淺，只能防止坡面沖蝕和表面溜塌，在邊坡本身不穩(wěn)定或存在集中水流的情況下，仍可能發(fā)生塌滑和水毀現(xiàn)象。 植被種類的選擇 草種的選擇，應(yīng)考慮防護(hù)的目的、氣候、土質(zhì)、施工季節(jié)等因素。固化時間越長，改良土的強(qiáng)度也越高但一般超過大約 7 d 時，其強(qiáng)度增加很小。采用土工格柵分層攤鋪錨固，回填非膨脹土或膨脹土壓實(shí)形成足夠厚度的柔性擋墻，再輔以坡頂?shù)姆忾]、墻背及基底的排水處理可發(fā)揮這些功效： （ 1）土工格柵與填土之間的摩擦力和咬合力以及格柵的層間聯(lián)結(jié)、反包可提供足夠的抗 剪強(qiáng)度，使加筋土體構(gòu)成一個整體來抵抗邊坡的作用； （ 2）柔性擋墻允許邊坡土體產(chǎn)生一定的變形可釋放開挖邊坡的大部分應(yīng)力和膨脹力，“以柔克剛”； （ 3）坡率為 1： 、厚度大于 、高度大于三分之二坡高以上的的柔性墻體 能覆蓋新近開挖邊坡的主要坡面，其足夠的自重可以抵抗土壓力的作用； （ 4）足 夠的墻體厚度可隔絕和防止風(fēng)化作用對坡體膨脹土的影響（大于有效活動層深度），阻止裂隙進(jìn)一步發(fā)展和淺表層滑坍。 抗滑樁 若邊坡已經(jīng)滑動，采用多級抗滑擋墻無法阻止，或因施工困難，如挖基很深，邊挖邊塌，并有更大滑動趨勢，可考慮改用抗滑樁防治。必須先對松散的坡體進(jìn)行處理，消除膨脹性能較強(qiáng)的土，回填好土或用 6％～ 8％石灰改性土，逐層壓實(shí)且壓實(shí)度不得小于90%。片石護(hù)坡對膨脹土路基邊坡產(chǎn)生溜塌等變形有一定的控制效應(yīng)。 坡面防護(hù) 膨脹土邊坡因開挖而產(chǎn)生的施工擾動效應(yīng)特別明顯，挖方使原來處于穩(wěn)定的膨脹土裸露在邊坡表面。 （ 3）膨脹土的裂隙性是影響膨脹土邊坡穩(wěn)定的主要和直接原因，且受含水量影響顯著。 以往的實(shí)踐表明，采用單一的指標(biāo)很難準(zhǔn)確判 別膨脹土與非膨脹土。 (3) 粒度組成 粒度成分是反映膨脹土物質(zhì)組 成的基本特性指標(biāo)，土中小于 mm 的粘粒與小于 mm 膠粒成分的含量愈高，一般表明蒙脫石成分較多，分散性較好，比表面積大，親水性 強(qiáng)，膨脹性愈大。標(biāo)準(zhǔn)吸濕含水量與比面積、陽離子交換量、蒙脫石含量之間存在近 似線性的關(guān)系 [9,10]。根據(jù)塑性圖聯(lián)合使用塑性指數(shù)與液限來判別膨脹 土，不僅能反映直接影響脹縮性能的物質(zhì)組成成分，而且能在一定程度上反映控制形成脹縮性能的濃差滲透吸附結(jié)合水的發(fā)育程度。 但是以上研究中測得的 層間相互作用力只有幾千帕 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于宏觀試驗(yàn)中的幾百千帕甚至幾兆帕 ,具體原因還不得而知 ,而且以上試驗(yàn)結(jié)果一般都是在 5nm 甚至更大間距時符合雙電層理論 ,從試驗(yàn)中不容易出現(xiàn) ,所以以上試驗(yàn)研究結(jié)果不能作為本文探討長程膨脹機(jī)理的對象 。 Sposito 通過研究認(rèn)為晶層表面的 陽 離 子 有 三 種 存 在 形 式 ， 分 別 是 innersphere surface plex, outersphere surface plax 以及擴(kuò)散離子。如果晶層間離子為 Na+,當(dāng)電解質(zhì)濃度為 ,底面間距從19A。 Komine 采用恒體積法對壓實(shí)膨潤土的一維膨脹試驗(yàn)研究表明 ,最大變形和和最大膨脹力與初始含水量幾乎無關(guān) ,而是隨初始干密度的增大而增大 。 采用此方法要求容器的剛度要足夠大 ,以防產(chǎn)生應(yīng)變 ， 此法比較符合工程實(shí)際 ,因?yàn)榻ㄖ锊蝗菰S地基發(fā)生變形條件下 ,建筑物所受膨脹力 ,即為恒體積法測得的膨脹力 。在此定義中增加了建筑物穩(wěn)定性的內(nèi)容，廖世文，認(rèn)為膨脹土的重要特征并不只表現(xiàn)在脹縮現(xiàn)象方面 ,而且脹縮性也不完全決定于礦物成分 ,還取決于礦物的結(jié)構(gòu)類型 ,另外還應(yīng)考慮脹縮效應(yīng)引起土的強(qiáng)度衰減 ,所以定義為 :膨脹土主要是由強(qiáng)親水性粘土礦物成分一蒙脫石和伊利石組成的 ,具有膨脹結(jié)構(gòu) ,以及多裂隙性 !強(qiáng)脹縮性和強(qiáng)度衰減性的高塑性粘性土 。因其較大的往復(fù)脹縮性 ,也稱脹縮土；有的裂 隙很發(fā)育 ,被稱為裂土。對它的認(rèn)識和處理涉及到一系列的理論與工程技術(shù)問題 ,多年來一直是困惑著人們的難點(diǎn)。 1 膨脹土 的定義 和識別 膨脹土 的定義 關(guān)于膨脹土的含義在 1969 年第二次國際膨脹土 研究會議期間有過討論 ,結(jié)論是膨脹土是一種由于它的礦物成分對于它的環(huán)境變化 ,特別是對于濕度狀態(tài)的變化非常敏感的土“其反應(yīng)是發(fā)生膨脹與收縮 ,并產(chǎn)生膨脹壓力 ” 。 當(dāng)膨脹土自由膨脹完成后 ,施以使體積恢復(fù)到原來體積所需的壓力即為膨脹力 從其過程上看 ,并對照土的固結(jié)試驗(yàn)方法 ,可以說這是一種固結(jié)試驗(yàn) 固結(jié)和膨脹恰恰是相反的兩個過程 這種方法測得的膨脹壓力克服了試件擾動的效應(yīng) ,故測量結(jié)果偏大 ,是不完善的 。 （ 1） 物理性質(zhì)指標(biāo)的影響 陳孚華對美國洛基山區(qū)各種類型的膨脹土做過幾千次膨脹試 驗(yàn) ,結(jié)果表明膨脹壓力受初始含水量 、 飽和度以及試樣厚度的影響不大 ,而是隨初始干密度的增大而增大 。 Norrish 較早對蒙脫石的膨脹進(jìn)行了研究 ,發(fā)現(xiàn)當(dāng)干燥的蒙脫石顆粒浸于電解質(zhì)溶液中時 ,隨著電解質(zhì)溶液濃度的降低 ,顆粒晶層間距變大 ,但間距的變化并不是連續(xù)的 ,而是呈階段性 ,如圖 (a)所示說明此時的膨脹并不是連續(xù)的 ,由于晶層間產(chǎn)生離散的水分子層而呈現(xiàn)出階段性。而對于另外一些粘土里和另外幾種陽離子，表面水合更重要。 研 究了電解質(zhì)濃度 和 pH 值對云母層間相互作用力的影響 ,結(jié)果顯示隨著電解質(zhì)濃度的增大以及 pH 值的減小相互作用力降低 此后 ,Ducker 用更為精密的原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscope,AFM)測得了層間力和間距之間的關(guān)系曲線 ,并用 DLvo 理論模型擬合了晶層間距大于 5nm 之后的試驗(yàn)結(jié)果 。因此，推薦用直接指標(biāo)，即最大線縮率 、 最大體縮率 、 最大膨脹率 等作為分類指 標(biāo)，并提出了相應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。 (8)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（ JTGD302022）》分 類 [13]。因此，采用界限含水量特 征值，作為膨脹土的判別指 標(biāo)是可行的。 用直接指標(biāo)法進(jìn)行分類雖然比較直觀，但是試驗(yàn)方 法比 較復(fù)雜，并且要求試驗(yàn)人員具有較深的專業(yè)知 識和較高的實(shí)驗(yàn)技能。膨脹土邊坡風(fēng)化層厚度計(jì)算應(yīng)根據(jù)大氣 影響深度等而定。一般將滲溝按主溝和支溝布置成地下水排水網(wǎng)系，將滑體內(nèi)的地下水由支溝引入主溝后，排出滑坡體外。骨架的作用在于支撐和分割坡面，消除坡面較大范圍內(nèi)的相互漸變牽引的影響，骨架的寬度及其間距，可視坡面土性調(diào)整，常用的骨架寬度為 ，間距 2～ 3m。墻后應(yīng)填砂礫料，砂礫厚度大于 50cm，目的在于調(diào)整、緩沖墻后膨脹力及其引起的應(yīng)變量。挖方邊坡變形量大且危害也較大的是邊坡底部和頂部的變形，頂部因路塹開挖，土體松馳，變形加劇，多形成張拉裂隙，進(jìn)水后自重增加，土體膨脹導(dǎo)致滑坍。若允許膨脹土的線膨脹量達(dá) %，其膨脹力可比無膨脹時最大的膨脹力降低 25%左右。當(dāng)含量很小時（ 1％， 2％），固 化時間對土的膨脹率的影響可忽略不計(jì)。種草防護(hù)法是直接在邊坡上撒播草籽，經(jīng)澆水、保濕使之成活。植被還能緩和雨滴的沖擊，減少徑流量和流速，根系能夠束縛土壤顆粒，使土壤不易流失。這樣，不僅膨脹土的不良性質(zhì)被改變，增加了穩(wěn)定性，而且植被能防止沖刷，進(jìn)一步提高防護(hù)效果。 （ 2）在邊坡表面覆蓋種植土 膨脹土土質(zhì)差 ，不管是挖方還是填方植物生長都很困難，短時間內(nèi)難以形成自然植被。 當(dāng) ESR 改性劑噴灑在土體上，通過滲透達(dá)到一定深度將該深度的膨脹土改性，還可以通過土體本身含水量經(jīng)土體毛細(xì)孔隙到達(dá)一定深度。因此，石灰穩(wěn)定為兩個階段：第一階段包括粘土表面陽離子交換與凝聚過程；第二階段是從粘上礦物晶格分離二氧化硅和少量的氧化鋁。它是目前最常用的處治方法。外墻直立，內(nèi)墻坡率 1 ∶ 0 .25～ 1 ∶ ，墻身高 ～ ，頂面寬不宜小于 1m，墻后應(yīng)留 1～ 2m的平臺，松散土體應(yīng)摻 5％～8％石灰后分層夯實(shí)且壓實(shí)度不得小于90％，并做好泄水孔和反濾層，以利排水。 （ 1）坡腳墻：用在坡腳，起穩(wěn)定坡腳土體的作用。工程實(shí)踐證明，水泥土的變形和強(qiáng)度、耐久性、抗干濕循環(huán)、抗?jié)B性、抗沖耐磨性等都達(dá)到工程要求。截水溝道數(shù)和深度，應(yīng)視上游坡面匯水面積大小和邊坡坡頂上方是否有地表水體等而定。由于膨脹土性質(zhì)的復(fù)雜性，在利用表 1 進(jìn)行膨 脹土判別分類時，易出現(xiàn)同一試樣不同指標(biāo)屬于不同等級的情況，當(dāng)出現(xiàn)此情況時，以 3 個及 3 個以上判別指標(biāo)所屬等級判定膨脹 土膨脹潛勢等級。 (6) 礦物成分 不同類型、不同含量及其組合 而成的膨脹土也必然在物理化學(xué)、物理力學(xué)和物化力學(xué)性質(zhì)方面，反映出明顯的差異。沒有一個單一指標(biāo)能充分表述作為工程環(huán)境或工程結(jié)構(gòu)體一部分的膨脹土的復(fù)雜性態(tài)；多指標(biāo)判別往往易出現(xiàn)同一個土樣不同的指標(biāo)屬于不同的等級，而難于歸類的問題。 (6) 南非威廉姆斯（ Williams）分類標(biāo)準(zhǔn) [2]。由于自由膨脹率測試過程中人為因素干擾較多，例如陽高樣的 1～ 2 181。而 Na+的水合能不足以克服晶層四面體片中電荷產(chǎn)生的引力 ,所以鈉基蛙石中 Na+很少位于晶層中間處 ,而是基本位于表面形成 innerSphere plex 正是 Na+和Li 十在晶層間存在位置或形式的不同對晶層的膨脹有決定性影響 ,因?yàn)樵趬A金屬離子中只有鏗離子能夠 使蛙石產(chǎn)生膨脹 ， 而鏗離子不同于其他離子的重要特征就是其水合以后位于晶層中間處 ,而其他離子由于不能水合只能吸附于表面 ,從而不能促使晶層膨脹 ,這也說明離子水合是導(dǎo)致晶層膨脹的主要原因研究了晶層電荷位置對晶層膨脹的影響 ,表面電荷密度 脫石和 Drayton 蒙脫石 ,由于Drayton 蒙脫石中的電荷基本位于四面體片中 ,導(dǎo)致膨脹性明顯弱于 Otay 蒙脫石 ,這正是由于 otay 蒙脫石的晶層電荷大部分位于八面體片中 ,對陽離子的吸附性較小 ,不足以阻止 Na+的水合 ,因此比 Drayton 蒙脫石更容易膨脹 。奧爾芬認(rèn)為水合膨脹階段一般形成四層水，干燥狀態(tài)下陽離子吸附于晶層表面 ,晶層間距幾乎為零，晶層的底面間距大致為 ,那么吸附 1,2,3,4 層水分子對應(yīng)的底面間距分別為 ，15,.6,A,四層水的后的水是連續(xù)的 , 此 時 的 晶 層 間 距 大 致 為 Imm。 另外 ,土體微結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在土體膨脹的各向異性 。但是 用恒體積法測膨脹力一般得到的是豎向膨脹力 ,徑向膨脹力不易測得。 與此類似 ,李生林提出了塑性圖這一判別方法 ,即在 橫坐標(biāo)為液限WL， 縱坐標(biāo)為塑性指數(shù) Ip的坐標(biāo)系中 ,如果土的物理性質(zhì)指標(biāo)滿足 WL≥ 40%及 Ip≥ (WL一 20%)時 ,便可將其判別為膨脹土 。前者將造成重大工程事故， 后者將造成工程的極大浪費(fèi)，同樣都會造成巨大的 損失。 大量工程建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，把膨脹土 誤認(rèn)為普通的非膨脹土，實(shí)際上等于給工程建筑物 埋下禍根，事后成為引發(fā)建筑 物嚴(yán)重病害的隱患； 反之，如果把普通的非膨脹土錯劃為膨脹土，則必 將增加大量工程措施。Seed 也論證過 ,僅塑性指數(shù)一項(xiàng)就能作為多數(shù)粘土膨脹特性的初步標(biāo)志 :陳孚華進(jìn)而將粘土的膨脹潛勢和塑性指數(shù)之間建立了如表 所示的關(guān)系 。由于恒體積法較符合工程實(shí)際 ,且簡便 ,試驗(yàn)時間短 ,因此此方法是普遍被采用的方法。 李生林認(rèn)為集聚體之間的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征對膨脹土的物理力學(xué)性質(zhì)有顯著影響 ,蜂窩狀和骨架狀結(jié)構(gòu)類型的膨脹土不具 膨脹性 ,而基質(zhì)狀 、 紊流狀 、 層流等 6 種結(jié)構(gòu)膨脹土均有膨脹性性。水合作用是由于靜電力使水分子以偶極子的形式圍繞離子或晶層表面形成定向排列的水分子層。 因?yàn)橥苁械碾姾纱蟛糠治挥谒拿骟w片中 ,這樣就會對層間陽離子產(chǎn)生較大的靜電引力 ,使其不易水合而脫離晶層表面 然而 Li+的水合能較 Na+大 ,所以就相對容易水合并從 晶層表面脫離 ,從而擴(kuò)散至晶層中間處成為擴(kuò)散離子 。國家標(biāo)準(zhǔn)“膨脹土地 區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范”（ GBJ11287）提出了按膨脹土的 工程地質(zhì)特征進(jìn)行初判，再按自 由膨脹率大小劃分膨脹土的膨脹潛勢方法。有些學(xué)者提出采用多個指標(biāo)，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)和灰色理論以及專家系統(tǒng)進(jìn)行膨脹土脹縮等級判別。 由于影響膨脹潛勢的因素較多且復(fù)雜 因素 之間也存在一定的相關(guān)關(guān)系，對此缺乏透徹的研究，使膨脹土分類較為復(fù)雜，目前尚難統(tǒng)一。 (5) 比表面積和陽離子交換量 比表面積和陽 離子交換量與膨脹土中蒙脫石粘