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膨脹土

膨脹土(expansive soil) 亦稱“脹縮性土”。浸水後體積劇烈膨脹，失水後體積顯著收縮的黏性土。由於土中含有較多的蒙脱石、伊利石等黏土礦物，故親水性很強。當天然含水率較高時，浸水後的膨脹量與膨脹力均較小，而失水後的收縮量與收縮力則很大；天然孔隙比愈大時，膨脹量與膨脹力愈小，收縮量與收縮力則大些。這類土對建築物會造成嚴重危害，但在天然狀態下強度一般較高，壓縮性低，易被誤認為是較好的地基。中國雲南、貴州、四川、廣西、河北、河南、湖北、陝西、安徽和江蘇等地，均有不同範圍的分佈。對膨脹土地基，應做好地表的防滲與排水措施，也可適當加大基礎荷載與基礎深度以及提高建築物的剛度並設沉降縫；或將持力層範圍內的膨脹土挖除，用砂或其他非膨脹土回填。^[1]

中文名: 膨脹土
外文名: expansive soil
主要成分: 親水性礦物

特性: 吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性
產品分佈: 分佈範圍很廣
顏色: 棕、黃、褐色及灰白。

膨脹土簡介

膨脹土

膨脹土是種高塑性黏土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反覆脹縮變形、浸水承載力衰減、幹縮裂隙發育等特性，性質極不穩定。常使建築物產生不均勻的豎向或水平的脹縮變形，造成位移、開裂、傾斜甚至破壞，且往往成羣出現，尤以低層平房嚴重，危害性很大，裂縫特徵有外牆垂直裂縫，端部斜向裂縫和窗台下水平裂縫，內、外山牆對稱或不對稱的倒八字形裂縫等；地坪則出現縱向長條和網格狀的裂縫。一般於建築物完工後半年到五年出現。^[1-4]

膨脹土分佈

膨脹土滑坡

膨脹土在我國的分佈範圍很廣，如廣西、雲南、河南、湖北、四川、陝西、河北、安徽、江蘇等地均有不同範圍的分佈。膨脹土是特殊土的一種，常用的地基處理方法有換土、土性改良、灰土樁、水泥樁加固，以及防止地基土含水量變化等工程措施。

膨脹土粘粒成份主要由強親水性礦物質組成，並且具有顯著脹縮性的粘性土。該土具有吸水膨脹.失水收縮並往復變形的性質，對路基的破壞作用不可低估，並且構成的破壞是不易修復的。為了保證道路在較長時間內路基的穩定和路面的平整度，達到安全.舒適行車的目的，必須解決因膨脹土而造成的一系列工程問題。

膨脹土主要性質

膨脹土的物理性質及力學性質分析

主要成分由親水性礦物組成，有較強的脹縮性，一般呈棕、黃、褐色及灰白等色，常呈斑狀，多含有鈣質或鐵錳質結構。土中裂隙較發育，有豎向、斜交和水平三種。距地表1~2米內，常有豎向張開裂隙。裂隙面呈油脂或蠟狀光澤，時有擦痕或水漬，以及鐵錳氧化物薄膜。膨脹土路堤會出現沉陷、邊坡溜塌、路肩坍塌和滑坡等破壞現象。路塹會出現剝落、沖蝕、溜塌、滑坡等破壞。

膨脹土按粘土礦物分類，可以歸納為兩大類：一類以蒙脱石為主，另一類以伊利石土和高嶺土為主。按膨脹性分類可分為：弱膨脹、中膨脹、強膨脹三類。蒙脱石粘土在含水量增加時出現膨脹，而伊利石和高嶺土則發生有限的膨脹，引起膨脹土發生變化的條件，分析概述如下：

膨脹土含水量

膨脹土具有很高的膨脹潛勢，這與它含水量的大小及變化有關。如果其含水量保持不變，則不會有體積變化。在工程施工中，建造在含水量保持不變的粘土上的構造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。當黏土的含水量發生變化，立即就會產生垂直和水平兩個方向的體積膨脹。含水量的輕微變化，僅1%~2%的量值，就足以引起有害的膨脹。在安康地區，膨脹土對人們的危害較大，建造在膨脹土上的地板，在雨季來臨時，土中含水量增加引起的地板翹起開裂屢見不鮮。

一般來講，很乾的粘土表示有危險。這類粘土能吸收很多的水，其結果是對結構物發生破壞性膨脹。反之，比較潮濕的粘土，由於大部分膨脹已經完成，進一步膨脹將不會很大。但應注意的是，潮濕的粘土，在水位下降或其它的條件變化時，可能變幹，顯示的收縮性也不可低估。

膨脹土幹容重

黏土的幹容重與其天然含水量是息息相關的，幹容重是膨脹土的另一重要指標。γ=18.0KN/m的粘土，通常顯示很高的膨脹潛勢。在安康地區，人們對這種土的評語是“硬的象石頭”。這表明着粘土將不可避免地出現膨脹問題。

膨脹土力學性質

通過土工試驗，得出粘土的力學指標，以供土質力學上的計算。通常對膨脹土的力學分析，主要是對其膨脹潛勢和膨脹壓力的研究後得出的。

Ⅰ.膨脹潛勢

膨脹潛勢：簡單的講，就是在室內按標準壓密實驗，把試樣在最佳含水量時壓密到最大容重後，使有側限的試樣在一定的附加荷載下，浸水後測定的膨脹百分率。膨脹率可以用來預測結構物的最大潛在的膨脹量。膨脹量的大小主要取決於環境條件，如潤濕程度.潤濕的持續時間和水分的轉移方式等。因此，在工程施工中，改造膨脹土周圍的環境條件，是解決膨脹土工程問題的一個出發點。

Ⅱ. 膨脹力

膨脹力，也就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以後，再加荷載直到回覆到其初始體積為止所需的壓力。對某種給定的粘土來説，其膨脹壓力是常數，它僅隨幹容重而變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。對於未擾動的粘土來講，幹容重是土的原位特徵。所以在原位幹容重時土的膨脹壓力可以直接用來論述膨脹特性。

綜上所述，膨脹土的變化除了土的膨脹與收縮特性這兩個內在的因素外，壓力與含水量的變化則是兩個非常重要的外在因素。準確地瞭解膨脹土的特性及變化的條件，就有可能估計到建造在這個地基上的路基及構造物將會產生怎樣的變形，從而採取相應的地基處理措施。

膨脹土影響因素

膨脹土內在因素

主要是指礦物成分及微觀結構兩方面。

礦物成分：膨脹土含大量的活性粘土礦物，如蒙脱石和伊利石，尤其是蒙脱石，比表面積大，在低含水量時對水有巨大的吸力，土中蒙脱石含量的多寡直接決定着土的脹縮性質的大小。

微觀結構：這些礦物成分在空間上的聯結狀態也影響其脹縮性質。經對大量不同地點的膨脹土掃描電鏡分析得知，面——面連接的疊聚體是膨脹土的一種普遍的結構形式，這種結構比團粒結構具有更大的吸水膨脹和失水吸縮的能力。

膨脹土外界因素

水分的遷移是控制土脹、縮特性的關鍵外在因素。因為只有土中存在着可能產生水分遷移的梯度和進行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。儘管某一種粘土具有潛在的較高的膨脹勢，但如果它的含水量保持不變，則不會有體積變化發生；相反，含水量的輕微變化，哪怕只是1%~2%的量值，實踐證明就足以引起有害的膨脹。因此，判斷膨脹土的脹縮性指標都是反映含水量變化時膨脹土的脹縮量及膨脹力大小的。