【文章內容簡介】 性指數(shù)為縱軸，以液限為橫軸的直角坐標。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合水的發(fā)育程度。 (4) 多指標綜合判別分類法 [1]。根據(jù)粘粒含量、 液限與線脹縮率，以及比表面積與離子交換進行分類。這些指標對土的膨脹性和強度特性都有重要影 響，特別是比表面積能反映土體的主要粘土礦物，比表面積增大，顆粒表面自由能亦增加，顆粒與介 質溶液之間作用更強，使顆粒間水化膜厚度增大 ,從而降低了土體強度。 (5) 多指標數(shù)學式判別與分類法 [3～ 8]。采用數(shù)學方法進行主因子分析與逐步回歸分析，提出了綜合 指標數(shù)學式來進行判別與分類，有多元線性函數(shù)判別法、 4 因子判別函數(shù)式、多變量數(shù)學統(tǒng)計法。有些學者提出采用多個指標，應用模糊數(shù)學和灰色理論以及專家系統(tǒng)進行膨脹土脹縮等級判別。 (6) 南非威廉姆斯（ Williams）分類標準 [2]。南 非威廉姆斯（ Williams）提出聯(lián)合使用塑性指數(shù)及小于 2 181。m 顆粒的成分含量作圖對膨脹土進行判別分類，分為極高、高、中等、低等 4 級。 (7) 風干含水量法 [9]。譚羅榮教授提出了風干含 水量判別法，建立一種 新的 wf ～ wL 膨脹土判別分類圖。該方法離散性較大，實際應用中不易控制。 (8)《公路路基設計規(guī)范（ JTGD302022）》分 類 [13]。初步提出了按標準吸濕含水量和塑性指數(shù)進行判別和分類的方法。標準吸濕含水量是在標準溫 度（通常為 25 ℃）和標準相對濕度（通常為 60 %）下，膨脹土試樣恒重后的含水量。標準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 似線性的關系 [9,10]。標準吸濕含水量是近年剛提出的一項指標，它與比表面積、陽離子交換量、蒙脫石含量之間的相關的關系僅進行了室內 人工配制土 樣試驗和小范圍的適用性驗證，缺乏大范圍的適用性驗證，其作為膨脹土判別與分類的指標的適用性亟待探討，其分級標準更需進行廣泛的試驗驗證工作。 (9) 《 鐵 路 工 程 特 殊 巖 土 勘 察 規(guī) 程(TB100352022)》分類法 [14]。鐵道部 2022 年制定的行業(yè)標準 規(guī)定膨脹土的判別分為初判和詳判。初判時，現(xiàn)場地貌、土的顏色、結構、土質以及自然地質現(xiàn)象符合膨脹土 的 現(xiàn)場宏觀 特 征，且自 由 膨脹率 Fs ≥ 40 %，液限≥ 40 %時，應判定為膨脹土。詳判時，采用自由膨脹率、蒙脫石含量與陽離子交換量 3 項 指標來判定。 由于影響膨脹潛勢的因素較多且復雜 因素 之間也存在一定的相關關系，對此缺乏透徹的研究，使膨脹土分類較為復雜，目前尚難統(tǒng)一。沒有一個單一指標能充分表述作為工程環(huán)境或工程結構體一部分的膨脹土的復雜性態(tài)；多指標判別往往易出現(xiàn)同一個土樣不同的指標屬于不同的等級，而難于歸類的問題。 膨脹土脹縮機理的指標分析 為了選擇合理的判別指標，首先必須研究反映 膨脹土基本性質的各指標間的相互關系，以及這些 指標的組合規(guī)律，應著重考慮脹縮機理，選擇表征 膨脹土特性的獨立指標和采用數(shù)學手段對各指標作 相關分析，選出 相關性最大的特征指標，并建立函 數(shù)，這樣就能比較理想地實現(xiàn)膨脹土的判別目的。 (1) 界限含水量 土的界限含水量是反映土粒與水相互作用的靈敏指標之一，在一定程度上反映 了土的親水性能。它與土的顆粒組成、粘土礦物成 分、陽離子交換性能、土的分散度和比表面積、以及水溶液的性質等有著十分密切的關系。對于工程具有較大實際意義的界限含水量，通常有液限、塑 限、縮限等 3 種定量指標。一般說來，膨脹土是具有高塑性與高收縮性的粘土，液限越高縮限越低，則土的膨脹潛勢就越大。因此，采用界限含水量特 征值，作為膨脹土的判別指 標是可行的。 (2) 脹縮總率 脹縮總率能反映膨脹土粘土礦物成分和結構特征，在一定條件下，它是膨脹土比 較穩(wěn)定的屬性指標，同時也是具有工程實用價值的重要指標。因此，也可作為膨脹土的判別指標。 (3) 粒度組成 粒度成分是反映膨脹土物質組 成的基本特性指標，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，膨脹性愈大。所以以土中粘粒含量作為判別指標，也可以區(qū)分膨脹土與非膨脹土。 (4) 自由膨脹率 自由膨 脹率是反映土的膨脹 特性的最直接量度指標之一。不同粘土礦物成分的土粒具有不同的親水性能，其膨脹性也有顯著差異。研究表明，當膨脹土的結構相似時，土中粘土礦物 成分蒙脫石含量愈多，自由膨脹率愈大，若高嶺石含量愈多，自由膨脹率愈小。因此采用自由膨脹率作為膨脹土的判別指標，一般能獲得比較好的結果。 (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土礦物成分的含量有密切關系，從某種意義來講，通過對土中粘土顆 粒的比表面積和陽離子交換量的測定，可以大致了解膨脹土中蒙脫石粘土礦物成分的近似含 量。 (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、物理力學和物化力學性質方面，反映出明顯的差異。蒙脫石由二層硅氧四面體中間夾著一層氧八面體組成的二八面體 構造，晶格之間的氧層相連 接，具有極弱的鍵和良好的解理，使極性水分子 容易進入單位晶層之間 形成水膜，產(chǎn)生晶格擴張膨脹，當膨脹土蒙脫石含 量達到 5 %時，即可對土的脹縮性和抗剪強度產(chǎn)生明顯的影響，若膨脹土蒙脫石含量超過 20 %時，則土的脹縮性和抗剪強度基本上全由蒙脫石控制。 (7) 標準吸濕含水量 標準吸濕含水量是 在 標準溫度（通常為 25 ℃）和標準相對濕度下（通常為 60 %），膨脹土試樣恒重后的含水量。標準吸濕含水量與比表面積、陽離子交換量、蒙脫石含量 之間存在線性相關關系。 反映膨脹土基本性質的指標還有膨脹力、最大線縮（體縮、膨脹）率、抗剪強度等。 五指標膨脹土判別與分類方法 種分類法，一類是直接指標法，即用 膨脹量、收縮量的大小或礦物成分的多少作為分類 標準；另一類是間接指標法，即用液限、塑限、塑 性指數(shù)、自由膨脹率、粘粒含量等作為分類標準。 用直接指標法進行分類雖然比較直觀，但是試驗方 法比 較復雜，并且要求試驗人員具有較深的專業(yè)知 識和較高的實驗技能。用間接指標法進行分類不那 么直觀，但試驗方法簡單易行，同時具有一定的科 學性，它不象直接指標 (如膨脹量、收縮量 )除與土 的性質有關外還與土的初始含水量等因素有關。因 此，在工程建設中膨脹土宜采用間接指標法進行分 類。 以往的實踐表明，采用單一的指標很難準確判 別膨脹土與非膨脹土。如單一采用界限含水量特征 值作為膨脹土的判別指標有其局限性，因為界限含 水量是所有粘土的共性指標，另外，它只是反映土 的膨脹性的間接指標；而自由膨脹率只是土 粒膨脹 特性的量度指標，卻不能反映土體的結構性。因此 膨脹土的判別應綜合各類指標而進行。宜以反映膨 脹土基本特性的粒度成分、自由膨脹率、脹縮總率、 液限、塑限、塑性指數(shù)等試驗指標和膨脹土的宏觀 結構特征，以及粘土礦物成分等作為判別方法。 對國內外 11 種膨脹土判別與分類方法的評判 指標綜合統(tǒng)計分析表明：液限、塑性指數(shù)、自由膨 脹率、小于 mm 顆粒含量、脹縮總率等 5 個指標被采用的次數(shù)最多，可見，這 5 個指標作為膨脹土判別指標具有普通性和較高的可靠性。 依托襄 — 荊高速公路膨脹土工程，綜合 以上判別與分類方法，并考慮公路工程施工周期長、受氣候影響很大的特點，特別是考慮了膨脹土的壓實性 狀和強度（ CBR）特征，提出了一種新的含 5 項指標的膨脹土判別與分類方法，詳見表 1。表中各判別指標界限值主要參考塑性圖判別與分類法、《膨 脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范 (GBJ11287)》、《 公路 路基 設計 規(guī)范（ JTJ01395）》 [15]綜合確定。由于膨脹土性質的復雜性，在利用表 1 進行膨 脹土判別分類時，易出現(xiàn)同一試樣不同指標屬于不同等級的情況，當出現(xiàn)此情況時，以 3 個及 3 個以上判別指標所屬等級判定膨脹 土膨脹潛勢等級。 表 膨脹土膨脹潛勢等級判定標準 Table The suggested classification scheme of swelling potential of soils 指標 膨脹潛勢等級 弱膨脹土 中膨脹土 強膨脹土 液限 /% 4050 5070 70 塑性指數(shù) 1825 2535 35 自由膨脹率 4065 6590 90 mm 顆粒含量 /% 35 3550 50 脹縮總率 /% 4 膨脹土的治理措施 膨脹土邊坡常見的防護與治理措施 膨脹土的脹縮性、多裂隙性及風化特性是引起膨脹土邊坡失穩(wěn)的內在因素，而氣候作用、雨水滲透與蒸發(fā)則是促使膨脹土邊坡失穩(wěn)的外在因素。邊坡開挖或路堤填筑后，土體在風化營力作用下，很快就會產(chǎn)生破裂、剝落和泥化等，使土體結構破壞、強度降低，從而引起路基邊坡失穩(wěn)。 （ 1）路基排水對路基邊坡穩(wěn)定性有顯著的影響。對膨脹土邊坡影響更為重要，必須做好全面和系統(tǒng)的排水工作。 （ 2）防風化對邊坡穩(wěn)定性有重要意義。膨脹土邊坡風化層厚度計算應根據(jù)大氣 影響深度等而定。 中膨脹土邊坡失穩(wěn)主要以淺 平面滑動模式為主。一般來說，中膨脹土邊坡只要不出現(xiàn)淺層滑動，其邊坡將是穩(wěn)定的。 （ 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。 （ 4）膨脹土邊坡設置擋土墻可有效增加邊坡的支襯作用。 （ 5）即使是穩(wěn)定的坡率，還必須配合適當?shù)钠旅娣雷o，方能達到預期的效果。從環(huán)境和經(jīng)濟的角度，坡面防護宜采用圬工防護與生物防護相結的方案綜合治理。膨脹土邊坡防護與治理根據(jù)其功能可分為排水防護、坡面防護和支擋防護 3 類，通常是三者結合，綜合防治。 膨脹土邊坡常見的防護與治 理措施 排水包括地表排水與地下排水，地表排水以防滲和攔截滑體以外地表水，及時旁引為原則；地下排水以盡快匯集，及時疏導引出為原則。 （ 1）截水溝：是坡面排水網(wǎng)系的第一道防線，必須有效可靠。截水溝道數(shù)和深度，應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。 （ 2）排水溝：排水溝應設在坡腳外側，在排水溝與坡腳之間必須設置一定寬度的水溝平臺，以防止坡腳沖蝕和浸水膨脹變形。 （ 3）邊溝：凡是膨脹土邊坡均必需設置邊溝，以排除坡面和路面水流，由于膨脹土邊坡變形與路基變形的特殊性，要求邊溝設置必須適應膨脹土路基 要求。一是邊溝位置應設置在坡腳外側；二是邊溝一般要比普通土質路基邊溝斷面要加大加深。 （ 4）支撐滲溝：支撐滲溝整治膨脹土滑坡，用于疏導滑坡體內地下水，效果顯著，是一種使用較普遍的排水措施。支撐滲溝一方面疏導地下水，同時又對邊坡土體起到支撐作用，以增加其穩(wěn)定性，一般常同抗滑擋墻聯(lián)合使用。一般將滲溝按主溝和支溝布置成地下水排水網(wǎng)系，將滑體內的地下水由支溝引入主溝后，排出滑坡體外。支撐滲溝施工必須跳槽開挖，嚴禁相鄰兩溝并列開挖。滲溝的寬度 ，中對中間距 10m，兩支撐滲溝之間采用 50cm 厚干砌片石并設直徑100mmPVC 有孔排水管，支撐滲溝砌筑好后及時做好溝間的坡面防護。 坡面防護 膨脹土邊坡因開挖而產(chǎn)生的施工擾動效應特別明顯，挖方使原來處于穩(wěn)定的膨脹土裸露在邊坡表面。由于坡面表土處于自然裸露狀態(tài)而易風化、浸水，因此，對膨脹土坡面的防護加固顯得特別重要，坡面防護的類型很多，主要應根據(jù)邊坡膨脹土類別及風化程度等特性合理選擇。 （ 1）生物防護 生物防護不但造價低，而且可以凈化空氣，也恢復了因修建公路而破壞了的原地表植被，既綠化了路表，又保持了生態(tài)平衡。工程實踐證明生物防護不僅是個綠化美觀的問題，重要的是 可以通過植被，儲蓄和蒸發(fā)水分，調節(jié)坡中土的濕度，減少和降低干濕循環(huán)作用效應，從而增加坡面的防沖刷、防變形能力。通過對膨脹土邊坡植被的觀察，也可以判定其邊坡是否達到了穩(wěn)定狀態(tài)。生物防護是膨脹土路基邊坡綜合防治中的最重要一環(huán)。 （ 2）水泥土護坡防護 水泥土是用無