膨脹土膨脹性試驗(yàn)研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　西 南 交 通 大 學(xué)</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　龍?zhí)端屡蛎浲僚蛎浶匝芯?lt;/p><p>　　年 級(jí) 2009級(jí)</p><p>　　姓 名 柳佳武</p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 20090605</p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 地質(zhì)工程</p><p>　　指導(dǎo)老師 郭永春副教授</p><p>　　二零一三 年 六 月</p><p><b>　　第1章 緒論4</b></p><p>　　1.1膨脹土的特性及分布特點(diǎn)

3、4</p><p>　　1.2膨脹土問(wèn)題研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3 問(wèn)題的提出、目的和意義7</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容8</p><p>　　第2章 試樣的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和制備10</p><p>　　2.1取樣區(qū)地質(zhì)背景10</p><p>　　2.1.1

4、地形地貌10</p><p>　　2.1.2地層巖性10</p><p>　　2.1.3地質(zhì)構(gòu)造11</p><p>　　2.1.4氣象水文條件12</p><p>　　2.2試樣基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)13</p><p>　　2.2.1原狀土物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)13</p><p>　　2.2.2界限含

5、水率實(shí)驗(yàn)14</p><p>　　2.2.3 自由膨脹率實(shí)驗(yàn)16</p><p>　　2.2.4 擊實(shí)實(shí)驗(yàn)17</p><p>　　2.3本章小結(jié)18</p><p>　　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</p><p>　　3.1初始含水率對(duì)膨脹率的影響規(guī)律20</p>&

6、lt;p>　　3.1.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明及試樣制備20</p><p>　　3.1.2實(shí)驗(yàn)步驟20</p><p>　　3.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)21</p><p>　　3.1.4 結(jié)論分析30</p><p>　　3.2初始含水率對(duì)膨脹力的影響規(guī)律31</p><p>　　3.2.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明31</p>

7、;<p>　　3.2.2實(shí)驗(yàn)步驟32</p><p>　　3.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)32</p><p>　　3.2.4結(jié)論分析38</p><p>　　3.3本章小結(jié)39</p><p>　　第4章 吸水過(guò)程對(duì)膨脹土膨脹性影響的實(shí)驗(yàn)研究40</p><p>　　4.1膨脹土吸水過(guò)程膨脹率隨著吸水率的變

8、化規(guī)律40</p><p>　　4.1.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明40</p><p>　　4.1.2實(shí)驗(yàn)步驟40</p><p>　　4.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)41</p><p>　　4.1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論42</p><p>　　4.2膨脹土吸水過(guò)程膨脹力隨著吸水率的變化規(guī)律42</p><p>　　4.

9、2.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明42</p><p>　　4.2.2實(shí)驗(yàn)步驟42</p><p>　　4.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)43</p><p>　　4.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論46</p><p>　　4.3本章小結(jié)46</p><p>　　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</p><p>　　5

10、.1相對(duì)膨脹率實(shí)驗(yàn)研究48</p><p>　　5.1.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明48</p><p>　　5.1.2實(shí)驗(yàn)步驟48</p><p>　　5.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)49</p><p>　　5.1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論50</p><p>　　5.2膨脹率實(shí)驗(yàn)研究52</p><p>　　5.1.1實(shí)驗(yàn)

11、說(shuō)明52</p><p>　　5.2.2實(shí)驗(yàn)步驟52</p><p>　　5.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)52</p><p>　　5.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論55</p><p>　　5.3本章小結(jié)58</p><p><b>　　結(jié)論59</b></p><p><b>

12、　　參考文獻(xiàn)61</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1膨脹土的特性及分布特點(diǎn)</p><p>　　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)

13、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)。世界范圍內(nèi)對(duì)于膨脹土的定義不一，我國(guó)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GBJ112-87)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《膨脹土規(guī)范》)中對(duì)膨脹土作如下定義[1]:土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特征的粘性土。</p><p>　　根據(jù)工程地質(zhì)特征及土的自由膨脹率等指標(biāo)綜合分析，膨脹土一般具有以下 特征:(1)裂隙發(fā)育，常有光滑面與擦

14、痕，有的裂隙中充填灰白色、灰綠色粘土， 在自然條件下下呈硬塑狀態(tài);(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(wú)明顯自然陡坎;(3)常見(jiàn)淺層滑坡、地裂、新開(kāi)挖槽壁易 發(fā)生坍塌等;(4)建筑物裂縫隨氣候變化而張開(kāi)或閉合;(5)自由膨脹率大于或 等于40。具備這些條件的土一般即可判定為膨脹土[5].</p><p>　　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(guó)家都有

15、不同程度的膨脹土分布[2、3]。我國(guó)是世界上膨脹土分布最廣、面積最大的國(guó)家之一，在我國(guó)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(guò)三億。在廣西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山東、陜西、江蘇、貴州和廣東等20多個(gè)省、自治區(qū)、直轄市膨脹土均有不同范圍的分布，總面積在10萬(wàn)以上，其中以湖北、河南、云南、廣西的一些地區(qū)最為發(fā)育[4]。我國(guó)二十幾個(gè)省區(qū)的資料，膨脹土多分布在二級(jí)及二級(jí)以上的河谷階地、山前、盆地邊緣和丘陵地帶，在山地表

16、現(xiàn)為低丘緩坡，在平原地帶表現(xiàn)為地面龜裂、溝槽、無(wú)直立邊坡。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(wú)明顯的自然陡坡，具有典型的壟崗式地貌。在流水作用下的水溝水渠，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(lèi)依據(jù)，其成因可概括為五種類(lèi)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。不同類(lèi)型的膨脹土

17、由于來(lái)源母巖不同，成土環(huán)境各異，因此往往具有</p><p>　　1.2膨脹土問(wèn)題研究現(xiàn)狀</p><p>　　過(guò)去人們對(duì)于膨脹土的了解和認(rèn)識(shí)較少，由于其在天然狀態(tài)下具有較好的工程性質(zhì)，土體堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，變形較小，往往認(rèn)為其是一種很好的天然地基土。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(kāi)裂等問(wèn)題，但這些建筑物損壞的原因往往被歸咎于施工質(zhì)量問(wèn)題或基礎(chǔ)的不均勻沉降，

18、而沒(méi)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。</p><p>　　1938年，美國(guó)開(kāi)墾局在奧勒岡州歐維希的一座鋼制虹吸管基礎(chǔ)工程中首次認(rèn)識(shí)到了膨脹土問(wèn)題的存在[3]。自那時(shí)起，工程技術(shù)人員開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，建筑物的損壞除了由于沉降造成的以外，有時(shí)還會(huì)存在其它原因。此后，隨著地上板結(jié)構(gòu)的日益廣泛使用，由膨脹土造成的建筑物物損壞進(jìn)一步增多。隨后的幾十年中，又有近二十個(gè)國(guó)家和地區(qū)提出了有關(guān)膨脹土問(wèn)題造成危害的報(bào)

19、告，膨脹土對(duì)工程建設(shè)的危害開(kāi)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(guó)及美國(guó)等國(guó)尤為突出。</p><p>　　自二十世紀(jì)四十年代起，膨脹土問(wèn)匙邇釉引起世界池圍內(nèi)竿木界和土程界廣泛重視，在上世紀(jì)六十年代之后，成為世界性的重要研究課題[2,3] 。 1965年，首屆世界膨脹土學(xué)術(shù)會(huì)議在美國(guó)召開(kāi)，之后每4年一屆[8、9l。除此以外，國(guó)際工程地質(zhì)大會(huì)、國(guó)際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程大會(huì)等許多

20、巖土工程方面的國(guó)際會(huì)議都將膨脹土工程問(wèn)題列為其重要的議題。英國(guó)、前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本和羅馬尼亞等國(guó)都先后組織專(zhuān)家學(xué)者，對(duì)膨脹土的工程性質(zhì)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究，并制定有關(guān)規(guī)范，充分反映了世界各國(guó)對(duì)膨脹土工程問(wèn)題的高度重視及采取的科學(xué)態(tài)度。</p><p>　　我國(guó)關(guān)于膨脹土的研究工作開(kāi)展至今，已在其各個(gè)方面取得了很多有價(jià)值的研究成果，主要包括以下研究方向:(1)膨脹土的礦物成分與其膨脹性的關(guān)系研究;(2)膨脹土的非飽和特性與

21、計(jì)算模型研究;(3)膨脹土的脹縮性、超固結(jié)性、裂隙性以及強(qiáng)度衰減性研究;(4)降水入滲對(duì)土坡穩(wěn)定性的影響研究等。在有關(guān)膨脹土的諸多特性研究中，其強(qiáng)度特征和變形特性作為指導(dǎo)相關(guān)工程設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵性因素，更是長(zhǎng)期受到學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛重視，一直是膨脹土研究工作的重點(diǎn)所在[10]。</p><p>　　在膨脹土的強(qiáng)度特性研究方面，專(zhuān)家學(xué)者們從不同角度出發(fā)作了大量的工作，并已取得了很多在理論上和工程上都具有意義的成果

22、。</p><p>　　繆林昌等通過(guò)對(duì)寧夏膨脹土進(jìn)行的常規(guī)等速直剪試驗(yàn)，研究了其含水量對(duì)于峰值穩(wěn)定強(qiáng)度的影響，并總結(jié)出了膨脹土的含水量、粘聚力和內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系方程[11];通過(guò)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，

23、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]。</p><p>　　龔壁衛(wèi)等對(duì)非飽和擊實(shí)膨脹土的總應(yīng)力強(qiáng)度進(jìn)行探討，對(duì)不同起始含水量和不同起始密度的擊實(shí)膨脹土運(yùn)用非飽和的固結(jié)快剪方法，進(jìn)行了抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)研究，研究了非飽和膨脹土在總應(yīng)力狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度特性。認(rèn)為總應(yīng)力強(qiáng)度隨著干密度的增大和含水量的減少而變大，含水量的變化對(duì)于內(nèi)摩擦角影響較小，而對(duì)于凝聚力影響較大[13]。</p><

24、;p>　　溫國(guó)炫等認(rèn)為膨脹土的粘聚力與含水比之間有較為明顯的關(guān)系，而與含水量、干容重、孔隙比等的直接關(guān)系不明顯，膨脹土的內(nèi)摩擦角與含水量、干容重及孔隙比之間均有一定的關(guān)系，其中孔隙比的關(guān)系較為密切[14]。</p><p>　　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)

25、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]。</p><p>　　丁振洲等根據(jù)對(duì)膨脹土增濕試驗(yàn)的研究，得出:前期增濕會(huì)引起較大的膨力，在達(dá)到一定程度后出現(xiàn)拐點(diǎn)，以后膨脹力的增加趨于緩慢且近于線性;換算膨脹力與初始含水率成非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。同時(shí)探討了極限膨脹力影響因素，試驗(yàn)表明，不同含水率制備的相同干密度的土樣的極限膨脹力隨

26、初始含水率的增大而減小[16]。</p><p>　　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

27、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]。</p><p>　　膨脹土研究中的另一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題是膨脹土的變形特性，尤其是含水量、壓力等方面因素對(duì)于膨脹土的變形特性的影響，由于既具有重要的理論意義，又和工程實(shí)踐密切相關(guān)，更是引起了專(zhuān)家學(xué)者們的廣泛重視，一直是膨脹土研究的重要內(nèi)容，前人在此方面也已做了大量工作，并取得了許多有意義的成果。</p><p>

28、　　劉祖德、王園對(duì)擊實(shí)膨脹土進(jìn)行三向浸水變形研究，討論了在三向應(yīng)力狀態(tài)下初始含水量對(duì)土樣變形的影響，但沒(méi)有考慮初始干密度和壓力水平對(duì)變形特性的影響[18]。</p><p>　　沈珠江等應(yīng)用非飽和土簡(jiǎn)化固結(jié)理論，用數(shù)值計(jì)算方法模擬了膨脹土渠道邊坡在降水過(guò)程中孔隙壓力變化和變形的發(fā)展過(guò)程，并且得到了得到在定性上和實(shí)際人工降雨試驗(yàn)觀測(cè)一致的結(jié)果，但試驗(yàn)過(guò)程與天然降水情況有出入，且實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的變形僅限于彈性范圍內(nèi)[19

29、]。</p><p>　　李振等通過(guò)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]。</p><p>　　丁振洲等通過(guò)試驗(yàn)方法研究了不同程度增濕對(duì)膨脹土變形的影響，證明無(wú)荷及有荷膨脹率均與增濕程度有關(guān)，且呈近似線性正相關(guān)關(guān)系，并給出了膨脹土

30、增濕變形的一般性建議公式，但試驗(yàn)全部選取重塑膨脹土樣進(jìn)行，沒(méi)有考慮到原狀土與重塑土的差異性[21]。</p><p>　　1.3 問(wèn)題的提出、目的和意義</p><p>　　膨脹土在天然狀態(tài)下常處于較堅(jiān)硬狀態(tài)，對(duì)氣候和水文因素有較強(qiáng)的敏感性，這種敏感性對(duì)工程建筑物會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。膨脹土脹縮引起建筑物的破壞常常具有多次反復(fù)性和長(zhǎng)期潛在的危險(xiǎn)性，給人類(lèi)造成災(zāi)害。美國(guó)工程界稱(chēng)膨脹土為隱藏的災(zāi)害

31、”，“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(xiě)照[22]。膨脹土的這種顯著脹縮特性使膨脹土地區(qū)的房屋建筑、鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、水利工程等經(jīng)常遭受巨大的破壞。修筑在典型膨脹土分布區(qū)的鐵路、公路膨脹土路基常常是“逢塹必滑，有堤必坍”，而且這種破壞作用常具有多次反復(fù)性和長(zhǎng)期潛在危害性。因此，有人稱(chēng)它為“工程中的癌癥”。它給世界各國(guó)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。</p><p>　　據(jù)Jones和H

32、oltz(1973)報(bào)導(dǎo)，僅在美國(guó)，“每年由于土的脹縮對(duì)房屋，道路和管線所造成的損害達(dá)23億美元，比水災(zāi)，臺(tái)風(fēng)，龍卷風(fēng)和地震所造成的損害加在一起還多一倍以上。”1980年，Krohn和Slosson估計(jì)，由于膨脹土對(duì)建筑物造成的危害，美國(guó)每年需要消費(fèi)70億美元。世界大多數(shù)國(guó)家都有膨脹土問(wèn)題，如美國(guó)，澳大利亞，阿根廷，緬甸，中國(guó)，古巴，埃賽俄比亞，加納，英國(guó)，印度，伊朗，以色列，肯尼亞，墨西哥，摩洛哥，南非，西班牙，土耳其和委內(nèi)瑞拉等國(guó)都

33、報(bào)導(dǎo)過(guò)他們遇到的膨脹土問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年膨脹土給全球帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)達(dá)15億美元以上[6]。</p><p>　　綜上所述，膨脹土問(wèn)題是全球性的共同課題，其分布之廣，災(zāi)害的損失，是今人觸目驚心的。對(duì)膨脹土的研究是必需的，也是必要的。</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　通過(guò)上述對(duì)重塑膨脹土的研究工作的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)，膨脹土問(wèn)題是巖土工

34、程的“癌癥”。其造成的損失巨大，處理的難度極高，費(fèi)用極大。由于地區(qū)的差異，膨脹土形成過(guò)程的不一，其性質(zhì)也變化不一。在找出其共性的基礎(chǔ)上，仍有許多“個(gè)性”問(wèn)題需要研究。不同類(lèi)型的工程設(shè)施，膨脹上對(duì)其影響方式也不同，基于目前的研究現(xiàn)狀和工程實(shí)際需要，本文從龍?zhí)端聲r(shí)代新城段膨脹土的試驗(yàn)研究出發(fā)，主要做以下兩個(gè)方面的研究工作:</p><p>　　(1)膨脹土的基本物理性質(zhì)</p><p>　　通

35、過(guò)室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)得出龍?zhí)端聲r(shí)代新城段膨脹土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，如土粒比重、液限、塑限、塑性指數(shù)、自由膨脹率等，通過(guò)這些基本物理性質(zhì)對(duì)膨脹土的工程特性作出初步判別，為下一步的研究工作提供前提和條件。</p><p>　　(2)重塑膨脹土的不同因素對(duì)其膨脹性的影響</p><p>　　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。從微觀上講，膨脹土吸水膨脹主要是由于水分子在膨脹土親水礦

36、物顆粒周?chē)约隘B聚體周?chē)a(chǎn)生具有一定排列方向的結(jié)合水膜，結(jié)合水膜加厚，使土顆粒距離增加，導(dǎo)致土體膨脹。然而，實(shí)際工程建設(shè)中，我們不可能準(zhǔn)確地確定膨脹土體中水膜厚度的變化情況。但是我們可以在宏觀方向上，從影響膨脹土工程膨脹變形的外部因素發(fā)，對(duì)膨脹土的膨脹變形進(jìn)行有關(guān)測(cè)試，進(jìn)行定量分析，總結(jié)膨脹變形規(guī)律，指導(dǎo)工程實(shí)踐?；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。尋找膨脹土膨

37、脹變形特性，為今后膨脹土地區(qū)的工程建設(shè)提供合理的參數(shù)。</p><p>　　第2章 試樣的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和制備</p><p>　　2.1取樣區(qū)地質(zhì)背景</p><p><b>　　2.1.1地形地貌</b></p><p>　　擬建場(chǎng)地位于成都市成華區(qū)鶴林村，總體呈西高東低，孔口標(biāo)高為499.88m～511.92m，最大高差

38、為12.04m。地貌單元屬成都平原Ⅲ級(jí)階地。</p><p><b>　　2.1.2地層巖性</b></p><p>　　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。各層特征由上向下描述如下：</p><p>

39、　?。?-1）雜填土（Q4ml）：雜色，結(jié)構(gòu)松散，以磚塊、混凝土等建筑垃圾和生活垃圾為主，上部可見(jiàn)大量植物根系。層厚1.00m～8.20m，回填年限約為5年。</p><p>　?。?-2）素填土（Q4ml）：黃褐色、黑褐色、紅褐色，稍濕，結(jié)構(gòu)松散；以人工回填粘性土為主，局部地段為人工回填泥巖。表層含大量植物根莖，部分地段含少量磚瓦碎屑，層厚0.80m～8.10m。</p><p>　　（

40、2）淤泥質(zhì)粘土（Q4l）：褐灰～深褐～灰黑色，濕，土質(zhì)較均，稍有光滑，干強(qiáng)度和韌性低，具臭味，含少量植物殘?bào)w，為上層滯水長(zhǎng)期淤塞存儲(chǔ)侵染所致，僅局部地段有分布，土質(zhì)變化大，上層滯水積水地段成流塑狀（2#鉆孔、55#鉆孔、30#鉆孔），其它地段成可塑～軟塑～硬塑狀，層厚0.50m～6.00m。</p><p>　?。?-1）粘土（Q2fgl）：褐色～褐黃色、濕，硬塑。包含少量豆?fàn)铊F錳結(jié)核，網(wǎng)狀裂隙較發(fā)育，偶見(jiàn)陡傾角

41、裂隙發(fā)育，隙面光滑，并充填灰白色高嶺土，無(wú)搖振反應(yīng)，有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高。該層土在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度3.00m～13.30m。</p><p>　　（3-2）含卵石粘土（Q2fgl）：灰色～褐色、濕，粘土呈可塑狀，卵石粒徑2～20cm，卵石含量約20%～40%，卵石與粘土成半膠結(jié)狀態(tài)，偶見(jiàn)充填灰白色高嶺土；部分卵石呈風(fēng)化碎塊狀，僅部分鉆孔有揭露，厚度0.50m～2.90m。</p><p

42、>　　（4）泥巖(K2g):紫紅色～紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，成份主要為粘土礦物，分布連續(xù)，各鉆孔均有揭露，根據(jù)其風(fēng)化程度可為三個(gè)亞層：</p><p>　　全風(fēng)化層（4-1）：紫紅色、紅褐色；巖芯呈土狀，遇水軟化，手捏成泥，偶見(jiàn)灰白色泥質(zhì)團(tuán)塊，層厚1.00m～8.50m。</p><p>　　強(qiáng)風(fēng)化層（4-2）：紫紅色、紅褐色，裂隙較發(fā)育；巖芯多呈碎塊狀，短柱狀，偶見(jiàn)灰白色泥質(zhì)

43、團(tuán)塊；風(fēng)化裂隙發(fā)育，隙面見(jiàn)黑色侵染物充填，巖體破碎，遇水軟化，手捏即碎，層厚2.00m～8.20m。</p><p>　　中等風(fēng)化層（4-3）：紫紅色～紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造。巖體較完整，偶見(jiàn)陡傾角裂隙發(fā)育，隙面見(jiàn)黑色侵染物充填。巖芯多呈長(zhǎng)柱狀，巖芯一般長(zhǎng)10cm～30cm，最大揭露深度7.50m。</p><p><b>　　2.1.3地質(zhì)構(gòu)造</b><

44、/p><p>　　成都地區(qū)大地構(gòu)造體系的西部為華夏系龍門(mén)山構(gòu)造帶；其東部是新華夏系龍泉山構(gòu)造帶；處于兩構(gòu)造單元間的成都平原北起安縣、南至名山、西抵龍門(mén)山脈、東達(dá)龍泉山，慣稱(chēng)成都坳陷。</p><p>　　龍門(mén)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。這是一個(gè)經(jīng)歷了多次強(qiáng)烈變動(dòng)的、規(guī)模巨大的、結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的北東向構(gòu)造帶。</p><p

45、>　　龍泉山褶斷帶：展布于中江、龍泉驛、仁壽一帶，長(zhǎng)約200km，寬15km左右。為一系列壓扭性的逆（掩）斷層組成，呈北東走向，構(gòu)造形態(tài)狹而長(zhǎng)，現(xiàn)今時(shí)期斷裂活動(dòng)標(biāo)志少。</p><p>　　成都坳陷與成都平原分布的范圍基本一致。呈北東35°方向展布，是一西陡東緩受“喜山期”兩側(cè)斷裂對(duì)沖形成的構(gòu)造盆地?！跋采竭\(yùn)動(dòng)”以來(lái)一直處于相對(duì)沉降，堆積了厚度不等的第四系（Q）松散地層，不整合于下覆白堊系（K）地

46、層之上。基巖內(nèi)發(fā)育有蒲江~新津、磨盤(pán)山等斷裂，構(gòu)造線均沿北東方向延展。蒲江~新津斷裂南起蒲江，北過(guò)新津隱伏于第四系地層之下，深約5.5km，以北趨于消失，沿此斷裂帶的蒲江曾于1734年發(fā)生過(guò)5級(jí)地震。磨盤(pán)山斷裂位于成都市區(qū)以北，自新都經(jīng)磨盤(pán)山進(jìn)入成都市區(qū)一環(huán)路北三段附近。從區(qū)域構(gòu)造背景和地震活動(dòng)性分析，磨盤(pán)山斷層通過(guò)地區(qū)屬不穩(wěn)定的微活動(dòng)區(qū)；沿此斷裂帶的新都曾于1971年發(fā)生過(guò)3.4級(jí)地震。</p><p>　　成

47、都地區(qū)在大地構(gòu)造體系上位于華夏系龍門(mén)山隆起褶皺帶和新華夏系龍泉山褶斷帶之間。該體系于印支運(yùn)動(dòng)早期以具雛形，印支晚期則已基本定形，進(jìn)入喜山期只在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加劇其發(fā)展。</p><p>　　老第三紀(jì)，青藏高原的上升，龍門(mén)山和龍泉山隨著隆起，但地面高差不大。進(jìn)入新第三紀(jì)差異運(yùn)動(dòng)不明顯。早更新世，龍門(mén)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。早更新世晚期至中更新世早期龍門(mén)山、龍泉山繼續(xù)抬升

48、，整個(gè)平原則普遍下沉。中更新世晚期，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)變得劇烈而復(fù)雜起來(lái)。龍門(mén)山、龍泉山加速抬升過(guò)程中，原有的一些主干斷裂繼續(xù)加強(qiáng)活動(dòng)，成都坳陷解體，東部邊緣構(gòu)造帶和西部邊緣構(gòu)造帶上升，局部成為臺(tái)地，中央坳陷和邊緣構(gòu)造帶的部分地段繼續(xù)沉降，接受上更新統(tǒng)沉積。最終形成了成都地區(qū)現(xiàn)今的構(gòu)造輪廓和地貌景觀。</p><p>　　總體來(lái)說(shuō)，成都地區(qū)所處地殼為一穩(wěn)定核塊，東側(cè)距龍泉山褶斷帶約20km，西側(cè)距龍門(mén)山褶斷帶約50km，

49、區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和地震活動(dòng)較微弱，自晚更新世至今，活動(dòng)性大為減弱，趨于穩(wěn)定，即或存在發(fā)生5.5級(jí)地震的地質(zhì)構(gòu)造背景，其基本烈度也不會(huì)超過(guò)7度。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造格局奠定了本區(qū)地形地貌的基本形態(tài)，同時(shí)也是確定本區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度的主要依據(jù)。</p><p>　　2.1.4氣象水文條件</p><p><b>　　氣象</b></p><p>　　成都地區(qū)

50、位于亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候區(qū)，終年溫暖潮濕，四季分明，氣候特征為春旱、夏熱、秋雨、冬干，日照少，無(wú)霜期長(zhǎng)，降雨集中在6～9月，降雨量約占全年的74.2%。</p><p>　　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：</p><p>　　(1)氣溫：多年平均氣溫值16.2℃，極端高溫值為37.3℃，極端低溫值為-5.9℃；</p><p>　　(2)降水量：多年

51、平均值為947.00mm，日最大值為195.20mm；蒸發(fā)量：多年平均值為1020.50mm；相對(duì)濕度：多年平均值為82%；多年平均日照時(shí)間：1228.30h；</p><p>　　(3)風(fēng)向、風(fēng)速：多年平均風(fēng)速值為1.35m/s，最大風(fēng)速為14.8m/s；最多風(fēng)向?yàn)镹NE，出現(xiàn)頻率為11%。</p><p><b>　　水文</b></p><p

52、>　　根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料和本次勘察揭露，場(chǎng)地地下水類(lèi)型為上層滯水和基巖裂隙水。</p><p>　　上層滯水，主要分布在場(chǎng)地填土層中，其動(dòng)態(tài)特征受氣候影響很大，地下水面隨局部隔水層的起伏而變化，主要補(bǔ)給源為大氣降水，具水位埋深不一、無(wú)統(tǒng)一地下水位、水量小、易疏干的特性。本次勘察期間時(shí)值平水期，各鉆孔中測(cè)得的上層滯水的水位差異較大，埋深為1.80～7.60m，標(biāo)高496.48～504.44m，無(wú)統(tǒng)一地下水位

53、。賦存于基巖層中的基巖裂隙水。該地下水一般埋藏在強(qiáng)風(fēng)化泥巖及中等風(fēng)化泥巖層內(nèi)。主要受鄰區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給，各地段富水性不一，無(wú)統(tǒng)一地下水位。水量主要受裂隙發(fā)育程度、連通性及隙面充填特征等因素的控制。</p><p><b>　　2.2試樣基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　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）

54、、界限含水率試驗(yàn)、自由膨脹率試驗(yàn)等。</p><p>　　2.2.1原狀土物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)</p><p>　　1.原狀土的天然含水率實(shí)驗(yàn)采用烘干法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2-1</p><p>　　表2-1 天然含水率實(shí)驗(yàn)成果</p><p>　　可見(jiàn)，紅色粘土的天然汗水量為18.41%，黃色粘土天然含水量23.57%。</p><p

55、>　　2.天然密度試驗(yàn)采用環(huán)刀法，通過(guò)對(duì)拍得的6個(gè)環(huán)刀土樣進(jìn)行密度試驗(yàn)，結(jié)果如表2-2</p><p>　　表 2-2 天然密度試驗(yàn)</p><p>　　試驗(yàn)中，密度試驗(yàn)取值分布在平均值附近，故紅色原狀樣天然密度取值ρ=2.03/cm3,原狀樣干密度取值ρd=1.63g/cm3。故黃色原狀樣天然密度取值ρ=2.02g/cm3,原狀樣干密度取值ρd=1.63g/cm3。</p&

56、gt;<p>　　2.2.2界限含水率實(shí)驗(yàn)</p><p>　　土從泥濘到堅(jiān)硬經(jīng)歷了幾個(gè)不同的物理狀態(tài)。含水量很大時(shí)土就成為泥漿，是一種粘滯流動(dòng)的液體，成為流動(dòng)狀態(tài)；含水量逐漸減少時(shí)，粘滯流動(dòng)的特點(diǎn)漸漸消失而出現(xiàn)塑性。當(dāng)含水量繼續(xù)減少時(shí)，則發(fā)現(xiàn)土的可塑性逐漸消失，從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)。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(chēng)為固體狀態(tài)。從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)的分界點(diǎn)稱(chēng)為界

57、限含水率。土的界限含水量是反映土顆粒與水之間相互作用的靈敏指標(biāo)之一，在一定程度上反映。界限含水量與土的顆粒組成、粘土礦物成分、陽(yáng)離子交換性能、土的分散度和比表面積、以及水溶液的性質(zhì)等都有著十分密切的關(guān)系。界限含水量對(duì)于粘性土的分類(lèi)和工程性質(zhì)的評(píng)價(jià)具有重要意義。土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量稱(chēng)為液限(WL，也稱(chēng)塑性上限含水量或流限)，土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱(chēng)為塑限(WP，也稱(chēng)塑性下限含水量)。一般來(lái)說(shuō)，由于膨脹土是具有高

58、塑性的粘性土，液限越高，則土的膨脹潛勢(shì)就越大。</p><p>　　本文采用錐式液限儀測(cè)定膨脹土試樣的液限，其塑限采用搓條法進(jìn)行測(cè)定。 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(chēng)為塑性指數(shù)(IP):</p><p>　　IP= WL一WP （2-1）</p><p>　　塑性指數(shù)越大，土處于

59、可塑狀態(tài)的含水量范圍越大，土的塑性就越強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，土的顆粒越細(xì)，且細(xì)顆粒(粘粒)含量越高，則其比表面和可能的結(jié)合水含量就越高，塑性指數(shù)也隨之增大。因此，塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘土特征的各種重要因素，在工程上常按對(duì)粘性土進(jìn)行分類(lèi)?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)中規(guī)定，粘性土按照其塑性指數(shù)值不同可劃分為粘土、粉質(zhì)粘土和粉土三類(lèi)。</p><p>　　表2-3 粘性土按塑性指數(shù)分類(lèi)</p

60、><p><b>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2-4</b></p><p>　　表2-4 界限含水率實(shí)驗(yàn)</p><p>　　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)。</p><p>　　由表2-4可知，黃色膨脹土和紅色膨脹土塑性指數(shù)IP分別為23和22，大于17，故黃色膨脹土和紅色膨脹土按塑性指數(shù)分類(lèi)屬于粘

61、土，具有較強(qiáng)的塑性。粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比稱(chēng)為液性指數(shù)IL</p><p>　　IL= = （2-2）</p><p>　　液性指數(shù)可以用來(lái)表示粘性土所處的軟硬狀態(tài)，液性指數(shù)值越大，則土質(zhì)越軟，液性指數(shù)值越大，則土質(zhì)越硬。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7一89)中規(guī)定，粘性土按照其

62、液性指數(shù)值不同可劃分為堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種軟硬狀態(tài) </p><p>　　表2-5 粘性土軟硬狀態(tài)的劃分</p><p>　　由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，此紅色膨脹土液性指數(shù)為-0.14，故該膨脹土處于堅(jiān)硬狀態(tài)。黃色膨脹土液性指數(shù)為0.13，處于硬塑狀態(tài)。</p><p>　　2.2.3 自由膨脹率實(shí)驗(yàn)</p>

63、<p>　　膨脹土的自由膨脹率(δef)是指將膨脹土樣經(jīng)過(guò)粉碎風(fēng)干后，一定體積的松散土粒浸泡于水中，在沒(méi)有任何限制條件下經(jīng)充分吸水膨脹后產(chǎn)生自由膨脹，體積增大，試樣膨脹穩(wěn)定后所增加的體積與初始體積的百分比。研究表明:自由膨脹率能夠較好的反映土中的粘土礦物成分、顆粒組成、化學(xué)成分和交換陽(yáng)離子性質(zhì)等基本特征。土中的蒙脫石礦物越多，小于0.002的粘粒在土中所占分量較多，且吸附有較為活潑的鉀、鈉等陽(yáng)離子時(shí)，土體內(nèi)部積蓄的膨脹潛勢(shì)則越

64、強(qiáng)，自由膨脹率就越大，土體所表現(xiàn)出的脹縮性就越強(qiáng)。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。</p><p>　　試驗(yàn)步驟，本試驗(yàn)按照《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GBJ112-87）操作。</p><p>　　1用四分對(duì)角法取代表性風(fēng)干土約 碾細(xì)全部過(guò)0.05mm篩 ；</p><

65、p>　　2將過(guò)篩的試樣拌勻 在100℃~105℃下烘至恒重 在干燥器內(nèi)冷卻至溫；</p><p>　　3將無(wú)頸漏斗放在支架上 漏斗下口對(duì)準(zhǔn)量土杯中心并保持距離；</p><p>　　4用取土匙取適量試樣倒入漏斗中，要求兩次稱(chēng)量的差值不得大于0.1g；</p><p>　　5、在量筒內(nèi)注入30ml純水并加入5ml濃度為5%的純氯化鈉溶液，將試樣倒入量筒內(nèi)，用攪拌

66、器攪拌懸液，上近液面，下至筒底，上下攪拌各10次，用純水清洗攪拌器及量筒壁，使懸液達(dá)50ml。</p><p>　　6讀數(shù)，直至兩次讀數(shù)差值不大于0.2ml，可認(rèn)為膨脹穩(wěn)定。</p><p>　　7重復(fù)上述步驟，做第二組試驗(yàn)</p><p>　　自由膨脹率按照下式進(jìn)行計(jì)算:</p><p>　　δef = ×100%

67、 （2-3）</p><p>　　式中:Vo一試樣原有的體積(即量土杯的體積)，10mL;</p><p>　　Vw__膨脹穩(wěn)定后測(cè)得的量筒內(nèi)試樣的體積，mL</p><p>　　根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》（GBJ112-87），膨脹土的膨脹潛勢(shì)，可按下表2-6分類(lèi)。</p><p>　　表2-

68、6 膨脹土的膨脹勢(shì)分類(lèi)</p><p><b>　　試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2-7</b></p><p>　　表2-7 自由膨脹類(lèi)試驗(yàn)</p><p>　　紅色膨脹土和黃色膨脹土自由膨脹率為分別為53%和50%，膨脹潛勢(shì)屬于弱膨脹土。</p><p>　　2.2.4 擊實(shí)實(shí)驗(yàn)</p><p>　　擊實(shí)試驗(yàn)是

69、測(cè)定試樣在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功作用下含水率與干密度之間的關(guān)系，從而確定該試樣的最優(yōu)含水率和最大干密度。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2-8</b></p><p>　　表2-8擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　紅色粘土干密度和含水率變化如圖2-1</p><p>　　圖2-1紅色土干密度含水率變化曲線</p>

70、;<p>　　由圖2-1可以知道紅色膨脹土最大干密度為1.73g/cm3, ，最優(yōu)含水率18.2%。</p><p>　　黃色粘土干密度和含水率變化如圖2-2</p><p>　　圖2-2黃色土干密度含水率曲線</p><p>　　由圖2-2可以知道黃色膨脹土最大干密度為1.62g/cm3, ，最優(yōu)含水率為21%。</p><p&g

71、t;<b>　　2.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章描述了龍?zhí)端聲r(shí)代新城段膨脹土路段的地形、地貌、水文、氣候等特征，并通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)，得到黃色粘土、紅色粘土的物理指標(biāo)。</p><p>　　1 原狀土的基本物理性指標(biāo)如下表2-9，2-10；</p><p>　　表2-9 黃色粘土物理指標(biāo)</p><p>　

72、　表2-10紅色粘土物理指標(biāo)</p><p>　　2該膨脹土按塑性指數(shù)分類(lèi)屬于粘土，具有較強(qiáng)的塑性，其中黃色粘土在天然含水量下處于硬塑狀態(tài)，紅色粘土處于堅(jiān)硬狀態(tài)。</p><p>　　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。</p><p>　　4紅色膨脹土最大干密度為1.73g/cm3, ，最優(yōu)含水率為18.2%；黃色膨脹土最大干密

73、度為1.62g/cm3，最優(yōu)含水率為21%。</p><p>　　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</p><p>　　3.1初始含水率對(duì)膨脹率的影響規(guī)律</p><p>　　3.1.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明及試樣制備</p><p>　　膨脹土的側(cè)限膨脹率主要受軸向荷載、初始含水率與初始干密度的影響，初始含水率是指土中水的質(zhì)量與土體顆粒質(zhì)量

74、的比值，常以百分率表示。對(duì)于膨脹土而言，膨脹收縮均與含水率相關(guān)。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(wú)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)。</p><p>　　在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)于紅色膨脹土和黃色膨脹土試樣，試樣的干密度制定為1.5g/cm3。預(yù)設(shè)含水率都為16%，19%，22%，25%，28%五組，每個(gè)含水率坐兩組平行實(shí)驗(yàn)

75、，總計(jì)有20組實(shí)驗(yàn)。</p><p><b>　　試樣的制作過(guò)程：</b></p><p>　　1將從龍?zhí)端氯?lái)的原狀土?xí)窀?，用木碾碾碎，過(guò)2mm篩。</p><p>　　2 將得到的土樣置于105度左右烘箱中烘干8小時(shí)。</p><p>　　3 稱(chēng)取烘干后的土1000g，按所要配置的預(yù)設(shè)含水率計(jì)算要加入的水量。<

76、/p><p>　　4將土均勻鋪在不透水的容器內(nèi)，向土中均勻加入水，同時(shí)不斷攪拌讓它們充分接觸，直到完全均勻。</p><p>　　5將得到的土裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤(rùn)濕24小時(shí)。</p><p>　　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。</p><p><b>　　3.1.2實(shí)驗(yàn)步驟&

77、lt;/b></p><p><b>　　1.儀器設(shè)備</b></p><p><b>　　(1)儀器：固結(jié)儀</b></p><p>　　(2)環(huán)刀:內(nèi)徑61.8mm，高20mm;</p><p>　　(3)天平：量程500g,分度值0.01g;</p><p>　　

78、(4)其他：吸水球，切土刀等。</p><p><b>　　2實(shí)驗(yàn)操作</b></p><p>　　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(chēng)刀和土的總質(zhì)量,準(zhǔn)確至0.1g，并測(cè)定試驗(yàn)前的含水率密度及計(jì)算孔隙比。</p><p>　　2將烘干冷卻的透水板埋置于切削下的余土內(nèi)1h取出刷盡后放入儀器中。將環(huán)刀套上接環(huán)

79、鈍口端用壓環(huán)固定在底座上，使試樣底面與透水板頂面密貼。然后一起放入水盒中將有孔活塞板輕輕放在試樣的頂面，對(duì)準(zhǔn)活塞中心安裝百分表并記下初讀數(shù)。</p><p>　　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，直至兩次讀數(shù)不超過(guò)0.01mm。</p><p>　　4實(shí)驗(yàn)完畢后，吸取容器中的水，從環(huán)刀內(nèi)推出試樣，陳其質(zhì)量，并烘干稱(chēng)其干

80、質(zhì)量，計(jì)算膨脹后含水率。</p><p>　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　VH-一時(shí)間t的無(wú)荷載膨脹率%計(jì)算至0.1%</p><p>　　Rt一時(shí)間t時(shí)的百分表讀數(shù)mm</p><p>　　R0一試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)百分表讀數(shù)mm</p

81、><p>　　H0一試驗(yàn)原始高度mm</p><p><b>　　3.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3-1~3-10</p><p>　　表3-1黃色粘土預(yù)設(shè)含水率16%</p><p>　　表3-2黃色粘土預(yù)設(shè)含水率19%</p><p>　　表

82、3-3黃色粘土預(yù)設(shè)含水率22%</p><p>　　表3-4黃色粘土預(yù)設(shè)含水率25%</p><p>　　表3-5黃色粘土預(yù)設(shè)含水率28%</p><p>　　表3-6紅色粘土預(yù)設(shè)含水率16%</p><p>　　表3-7紅色粘土預(yù)設(shè)含水率19%</p><p>　　表3-8紅色粘土預(yù)設(shè)含水率22%</p>

83、<p>　　表3-9紅色粘土預(yù)設(shè)含水率25%</p><p>　　表3-10紅色粘土預(yù)設(shè)含水率28%</p><p>　　3.1.4 結(jié)論分析</p><p>　　根據(jù)3.1.3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理整理得到黃色膨脹土和紅色膨脹土初設(shè)含水率與膨脹率的關(guān)系如表3-11和3-12 圖3-1.3-2。</p><p>　　表3-11黃

84、色膨脹土初始含水率與膨脹率關(guān)系</p><p>　　圖3-1 黃色粘土不同初始含水率與膨脹率關(guān)系</p><p>　　表3-12紅色膨脹土初始含水率與膨脹率關(guān)系</p><p>　　圖3-2紅色粘土不同初始含水率與膨脹率關(guān)系</p><p>　　由圖3-1和圖3-2可以看出黃色膨脹土和紅色膨脹土的膨脹率隨初始含水率的增加而減少，即初始含水率越

85、低，吸水量越大，相對(duì)的膨脹變形量也就越大。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>0.99,紅色膨脹土線性相關(guān)系數(shù)R2>0.98,可見(jiàn)線性相關(guān)顯著。由此可見(jiàn)在相同初始干密度條件下，建立膨脹率與初始含水率的關(guān)系為</p><p><b>　　δ=a1-b1ω0</b></p><p>　　式中，ω0 為初始含水率 ；a1和b1 為

86、常數(shù)，反映膨脹土變形特征，其中b1前是負(fù)號(hào)，表明初始含水率越高膨脹率越低。</p><p>　　對(duì)于黃色膨脹土a1=35.42，b1=1.02；</p><p>　　對(duì)于紅色膨脹土a1=27.74，b1=0.74</p><p>　　3.2初始含水率對(duì)膨脹力的影響規(guī)律</p><p><b>　　3.2.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明</b>

87、;</p><p>　　膨脹土的膨脹力是指膨脹土體在吸水膨脹過(guò)程中，伴隨體積增大而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在生產(chǎn)中常用一定體積的原狀結(jié)構(gòu)或擊實(shí)膨脹土試樣，在浸水的同時(shí)采用加荷平衡法，以測(cè)定試樣至膨脹穩(wěn)定時(shí)單位面積所承受的最大壓力。</p><p>　　對(duì)于不同初始含水率的試樣，保證其干密度一致，則試樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等受到影響而不同，影響試樣的吸水過(guò)程，從而影響試樣的膨脹力。</p><

88、;p>　　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)，試樣干密度全部為1.5g/cm3。</p><p>　　儀器使用固結(jié)儀，采用加荷平衡法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，施加荷載采用加載石英砂。</p><p><b>　　3.2.2實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　試驗(yàn)操作應(yīng)該下

89、列步驟進(jìn)行</p><p>　　1 在固結(jié)容器內(nèi)放入護(hù)環(huán)透水板濾紙，將帶有環(huán)刀的試樣裝入護(hù)環(huán)內(nèi)，在試樣上再放入濾紙透水板加壓蓋板，置于加壓框架下對(duì)準(zhǔn)加壓框架的中心安裝百分表或位移傳感器。并施加1kPa的預(yù)壓,使試樣和儀器上下各部件緊密接觸,安裝百分表并調(diào)整到零位,測(cè)記初讀數(shù)后卸去預(yù)壓力。</p><p>　　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。</p>

90、<p>　　3當(dāng)百分表開(kāi)始順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)表明試樣開(kāi)始膨脹，應(yīng)立即施加適當(dāng)?shù)钠胶夂奢d使百分表指針重新回到初讀數(shù)。</p><p>　　4當(dāng)所施加的荷載足以使儀器產(chǎn)生變形時(shí)在施加下一級(jí)平衡荷載時(shí)，百分表指針不僅應(yīng)回到原位還應(yīng)逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相當(dāng)于該荷載下儀器變形量的數(shù)值。</p><p>　　5試樣在某級(jí)荷載下間隔2h百分表讀數(shù)不再變化表示試樣在該荷載下已達(dá)到穩(wěn)定。</p>

91、;<p>　　6試驗(yàn)結(jié)束后吸去容器內(nèi)的水，取出試樣并稱(chēng)其質(zhì)量及測(cè)定試驗(yàn)后的含水率，密度，計(jì)算孔隙比。</p><p>　　試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)按下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　Pp一膨脹力kPa計(jì)算至1kPa</p><p>　　W一施加在式樣上的總平衡荷載</p&

92、gt;<p><b>　　A一試樣面積cm2</b></p><p><b>　　R一固結(jié)儀的杠桿比</b></p><p><b>　　3.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3-13~3-22</p><p>　　表3-13黃色粘土預(yù)設(shè)含水

93、率16%</p><p>　　表3-14黃色粘土預(yù)設(shè)含水率19%</p><p>　　表3-15預(yù)設(shè)含水率22%</p><p>　　表3-16黃色粘土預(yù)設(shè)含水率25%</p><p>　　表3-17黃色粘土預(yù)設(shè)含水率28%</p><p>　　表3-18紅色粘土預(yù)設(shè)含水率16%</p><p>

94、;　　表3-19紅色粘土預(yù)設(shè)含水率19%</p><p>　　表3-20紅色粘土預(yù)設(shè)含水率22%</p><p>　　表3-21紅色粘土預(yù)設(shè)含水率25%</p><p>　　表3-22紅色粘土預(yù)設(shè)含水率28%</p><p><b>　　3.2.4結(jié)論分析</b></p><p>　　根據(jù)3.2.

95、3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理整理得到黃色膨脹土和紅色膨脹土初設(shè)含水率與膨脹率的關(guān)系如表3-23,3-24 圖3-3，3-4。</p><p>　　表3-23黃色粘土粘土不同含水率膨脹力大小</p><p>　　圖3-3黃色粘土不同初始含水率與膨脹力關(guān)系</p><p>　　由圖3-3可見(jiàn)黃色膨脹土的含水率對(duì)膨脹力的影響較大，膨脹土的膨脹力隨著初設(shè)含水率的增加而減小，在15

96、%到22%含水率之間，膨脹力減小速度較慢，超過(guò)22%，膨脹力隨著含水率的增加快速下降。</p><p>　　表3-24紅色粘土含水率與膨脹率大小</p><p>　　圖3-4 紅色粘土不同初始含水率與膨脹力關(guān)系</p><p>　　由圖3-4可見(jiàn)紅色膨脹土的膨脹力受初始含水率的影響較大，試樣的膨脹率隨著含水率的增加而減小。在初始含水率較小時(shí)，在16%到22%區(qū)間內(nèi)，

97、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。</p><p><b>　　3.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過(guò)對(duì)大量黃色膨脹土和紅色膨脹土試樣進(jìn)行無(wú)荷載膨脹率實(shí)驗(yàn)和膨脹力實(shí)驗(yàn)，考慮初始含水率這個(gè)因素對(duì)膨脹土的膨脹率和膨脹力的影響，進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：</p><p>　　(1)黃色膨脹土和紅

98、色膨脹土的膨脹率隨初始含水率的增加而減少，對(duì)圖樣進(jìn)行膨脹率與初始含水率的回歸分析，發(fā)現(xiàn)兩種圖樣線性相關(guān)顯著。由此可見(jiàn)在相同初始干密度條件下，建立膨脹率與初始含水率的關(guān)系為</p><p>　　δ=a1-b1ω0 （3-4）</p><p>　　式中，ω0 為初始含水率 ；a1和b1 為常數(shù)，反映膨脹土變形特征，其中b1前是負(fù)號(hào)，表明初始含水率越高膨脹率越低。&

99、lt;/p><p>　　對(duì)于黃色膨脹土a1=35.42，b1=1.02；</p><p>　　對(duì)于紅色膨脹土a1=27.74，b1=0.74</p><p>　　(2) 黃色膨脹土和紅色膨脹土的含水率對(duì)膨脹力的影響較大，膨脹土的膨脹力隨著初設(shè)含水率的增加而減小，對(duì)于黃色土，在15%到22%含水率之間，膨脹力減小速度較慢，超過(guò)22%，膨脹力隨著含水率的增加快速下降。對(duì)于紅

100、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。</p><p>　　第4章 吸水過(guò)程對(duì)膨脹土膨脹性影響的實(shí)驗(yàn)研究</p><p>　　4.1膨脹土吸水過(guò)程膨脹率隨著吸水率的變化規(guī)律</p><p><b>　　4.1.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明</b></p><

101、;p>　　膨脹土具有顯著的吸水膨脹,失水收縮的特性。膨脹土由于吸水使土中含水量增加而引起體積的膨脹。從膨脹土的變形機(jī)理上講，膨脹土的膨脹變形實(shí)則是粘土礦物，尤其是蒙脫石等親水性礦物對(duì)極性水分子的親和作用。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(guò)程，可見(jiàn)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)。</p><p>　　在本次實(shí)驗(yàn)中，考慮吸水過(guò)程對(duì)膨脹土膨

102、脹率的影響，采用吸水率這個(gè)指標(biāo)來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。吸水率指膨脹土的當(dāng)前含水率和初始含水率的差值。</p><p>　　在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用自行設(shè)計(jì)的裝置模擬膨脹土的吸水過(guò)程，裝置如圖。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(chēng)上，通過(guò)電子稱(chēng)數(shù)字的變化計(jì)量杯中水質(zhì)量的變化。在容器中加入均勻打孔的鐵板，接著依次放入濾紙，試樣，均勻打孔塑料板，然后讓百分表剛好接觸到塑料板正中位置。通過(guò)百分表的變化得出試

103、樣的膨脹量。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)從鐵杯中加入55g左右的水，使水能通過(guò)橡膠導(dǎo)管進(jìn)入容器，讓土樣吸水。同時(shí)記錄百分表和電子稱(chēng)讀數(shù)，直到百分表數(shù)字兩次讀數(shù)為0.01mm。</p><p>　　對(duì)于紅色膨脹土和黃色膨脹土試樣，試樣的干密度制定都為1.5g/cm3。預(yù)設(shè)含水率都為16%，19%，22%，25%，28%五組。</p><p>　　4.1.2實(shí)驗(yàn)步驟</p><p>　

104、　1將鐵杯置于電子稱(chēng)上。將容器擺放在和電子稱(chēng)同一高度的位置上。</p><p>　　2在容器中中依次加入鐵板，濾紙，試樣，塑料板。</p><p>　　3調(diào)整百分表，使百分表接觸到塑料板的中心，對(duì)百分表進(jìn)行調(diào)零。</p><p>　　4向鐵杯中加入水，同時(shí)用相機(jī)記錄百分表和電子稱(chēng)讀數(shù)，知道百分表兩次讀數(shù)不超過(guò)0.01mm。</p><p>　

105、　5試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試樣的含水率。</p><p><b>　　4.1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表4-1 黃色粘土22%預(yù)設(shè)含水率吸水率與膨脹率原始數(shù)據(jù)</p><p><b>　　4.1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論</b></p><p>　　對(duì)4.1.3的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，處理，得出膨脹土膨脹率隨吸水率

106、的變化如圖4-1</p><p>　　圖4-1 黃色粘土22%預(yù)設(shè)含水率吸水率與膨脹率關(guān)系圖</p><p>　　從圖4-1中可以看出，膨脹土的膨脹率隨著吸水率的增大而增大，在吸水率小于2.5%時(shí)，吸水率變化較快，但膨脹率增加教慢；當(dāng)吸水率大于2.5%的時(shí)候，吸水率增加較慢，但膨脹率增加變快。這個(gè)變化過(guò)程反應(yīng)了，吸水一開(kāi)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

107、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?chē)纬杀砻娼Y(jié)合水，由于結(jié)合水膜增厚擠開(kāi)土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導(dǎo)致土體膨脹。</p><p>　　4.2膨脹土吸水過(guò)程膨脹力隨著吸水率的變化規(guī)律</p><p><b>　　4.2.1實(shí)驗(yàn)說(shuō)明</b></p><p>　　膨脹上浸水產(chǎn)生膨脹變形.當(dāng)膨脹變形受

108、到約束時(shí).必然產(chǎn)生較人的膨脹力。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(guò)程對(duì)膨脹土膨脹力的影響，采用吸水率這個(gè)指標(biāo)來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題。在本實(shí)驗(yàn)中使用自行設(shè)計(jì)的裝置模擬自然狀態(tài)膨脹土的吸水過(guò)程，采用土壓力盒作為測(cè)試試樣膨脹土膨脹力的標(biāo)識(shí)。</p><p>　　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，試樣干密度全部為1.5g/cm3。</p&g

109、t;<p><b>　　4.2.2實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　1將鐵杯置于電子稱(chēng)上。將容器擺放在和電子稱(chēng)同一高度的位置上。</p><p>　　2在容器中中依次加入鐵板，濾紙，試樣，將土壓力盒擺放在試樣的正中位置，并固定，擰好容器上蓋，是壓力盒和試樣剛好接觸。</p><p>　　3接好壓力盒的各個(gè)導(dǎo)線，調(diào)試裝置。<

110、;/p><p>　　4向鐵杯中加入水，同時(shí)用軟件記錄百分表和電子稱(chēng)讀數(shù)，直到百分表兩次讀數(shù)不超過(guò)0.01mm。</p><p>　　5試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)試樣的含水率。</p><p><b>　　4.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表4-2黃色粘土22%預(yù)設(shè)含水率吸水率與膨脹力關(guān)系原始數(shù)據(jù)</p><

111、;p><b>　　4.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論</b></p><p>　　對(duì)4.2.3的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出22%預(yù)設(shè)含水率黃色粘土膨脹力隨著吸水率的變化如圖4-2</p><p>　　圖4-2 黃色粘土225預(yù)設(shè)含水率吸水率與膨脹力關(guān)系</p><p>　　由圖可以看出黃色膨脹土的膨脹力隨著吸水率的增大而增大。當(dāng)吸水率小于0.07時(shí)，膨脹力變化很

112、小，當(dāng)吸水率處于[0.07,0.11]區(qū)間時(shí)，膨脹力隨著吸水的率的變化呈線性增長(zhǎng)，當(dāng)吸水率大于0.11時(shí)，膨脹力快速增長(zhǎng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，是自由水進(jìn)入土體需要一定的過(guò)程，同時(shí)形成結(jié)合水膜的過(guò)程也需要一定德?tīng)枙r(shí)間。</p><p><b>　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過(guò)考慮吸水過(guò)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，

113、得出以下結(jié)論：</p><p>　　吸水一開(kāi)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?chē)纬杀砻娼Y(jié)合水，由于結(jié)合水膜增厚擠開(kāi)土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導(dǎo)致土體膨脹。因此吸水率對(duì)膨脹率的的影響為膨脹土的膨脹率隨著吸水率的增大而增大，在吸水率小于2.5%時(shí)，吸水率變化較快，但膨脹率增加教慢；當(dāng)吸水率大于2