趙 春

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西西安 710016)

1 膨脹土的基本認(rèn)識(shí)

膨脹土在我國(guó)分布面積較廣，膨脹土應(yīng)是土中粘粒成分，主要由親水礦物組成，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹與失水收縮變形特性的粘性土。其主要礦物成分是蒙脫石—伊利石。膨脹土的特性直接影響著建筑物的安全，可造成建筑物的開(kāi)裂、滑坡、塌方等病害。對(duì)膨脹土進(jìn)行深刻的理論與實(shí)踐研究有著深刻的實(shí)際意義。

2 非飽和膨脹土的研究現(xiàn)狀

2.1 變形

膨脹土的膨脹變形常用膨脹勢(shì)來(lái)描述。膨脹勢(shì)是一種膨脹量，即在6.9 kPa壓力作用下，膨脹土從最優(yōu)含水量開(kāi)始浸水至飽和狀態(tài)的總膨脹量。膨脹勢(shì)與膨脹土的液限、塑限、塑性指數(shù)、粘粒含量、膠粘含量和活性指數(shù)具有相關(guān)性。

繆林昌等［1］在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了膨脹變形與土樣初始含水量、干密度和垂直壓力的定量關(guān)系;用常體積法進(jìn)行了膨脹力變化規(guī)律的研究，建立了膨脹力與土樣初始含水量、干密度之間的非線性定量關(guān)系。

徐永福等［2］人用改裝可測(cè)吸力的三軸儀通過(guò)試驗(yàn)得出含水量(吸力)決定了土樣的變形行為及非飽和土強(qiáng)度理論中狀態(tài)變量的選取方法。

陳正漢等［3］人利用改裝的非飽和土三軸儀與CT機(jī)配套試驗(yàn)，從微觀和宏觀兩個(gè)方面揭示原狀土的結(jié)構(gòu)損傷演化和變形強(qiáng)度規(guī)律。

徐永福等［4］進(jìn)行了膨脹變形試驗(yàn)研究，結(jié)果表明:膨脹量是含水量的線性函數(shù)，膨脹量的對(duì)數(shù)與壓力的對(duì)數(shù)呈直線相關(guān)，簡(jiǎn)化了膨脹量的計(jì)算公式。

徐永福等［5］研究了膨脹土的膨脹量和膨脹力與起始含水量、干密度和壓力之間的相關(guān)關(guān)系，并用這些關(guān)系簡(jiǎn)化了膨脹土地基膨脹量的計(jì)算公式。

劉祖德等［6］討論了在三向應(yīng)力狀態(tài)作用下，膨脹土在不同初始含水量條件下的三向變形特征以及各種因素對(duì)它們的影響，揭示了變形機(jī)理。

李獻(xiàn)民等［7］對(duì)擊實(shí)膨脹土工程變形特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)膨脹土的起始含水率和起始干密度對(duì)其膨脹力和膨脹量大小的影響是主要的外部因素，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出膨脹力曲線和膨脹量曲線的變化規(guī)律均為指數(shù)關(guān)系。為膨脹土路堤的設(shè)計(jì)及膨脹土地基處理等問(wèn)題提供了重要的依據(jù)。

劉松玉等［8］研究了干濕循環(huán)對(duì)擊實(shí)膨脹土脹縮特性的影響。研究結(jié)論:擊實(shí)膨脹土的脹縮變形并不是完全可逆的，擊實(shí)膨脹土的絕對(duì)膨脹率隨著干濕循環(huán)過(guò)程的發(fā)展總是增大，而相對(duì)膨脹率降低，這種變化在Ⅱ級(jí)，Ⅲ級(jí)循環(huán)時(shí)最明顯，經(jīng)過(guò)Ⅲ級(jí)循環(huán)后脹縮特性基本趨于穩(wěn)定。

2.2 強(qiáng)度

徐永福［9］提出了非飽和膨脹土結(jié)構(gòu)性凝聚力與結(jié)構(gòu)性內(nèi)摩擦角的概念，得出:結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)性凝聚力與有效凝聚力的差，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度的對(duì)數(shù)與基質(zhì)吸力的對(duì)數(shù)呈直線相關(guān)。

楊慶等［10］人通過(guò)大量的膨脹力試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，得出結(jié)論:非飽和膨脹土土樣的剪切應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線是剪切“軟化”型的，非飽和膨脹土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)受含水量影響較大，提出了非飽和膨脹土的抗剪強(qiáng)度公式。

繆林昌等［11］人依據(jù)常規(guī)三軸試驗(yàn)提出了非飽和膨脹土的吸力強(qiáng)度與飽和度之間的非線性關(guān)系式，簡(jiǎn)化了非飽和土的試驗(yàn)方法。

繆林昌等人［12］提出了非飽和土抗剪強(qiáng)度的雙曲模型，其很好的描述吸力與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系，同時(shí)表明吸力對(duì)非飽和土的抗剪強(qiáng)度貢獻(xiàn)是有限的。

楊和平等［13］人采用常規(guī)直剪試驗(yàn)方法測(cè)試了擊實(shí)土樣經(jīng)干縮濕脹飽水后的抗剪強(qiáng)度以模擬土體季節(jié)性變化對(duì)強(qiáng)度的影響。

孔令偉等［14］通過(guò)對(duì)原狀土在脫濕吸濕過(guò)程中的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度演化特征與擊實(shí)土的脹縮性狀及力學(xué)效應(yīng)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)膨脹土的CBR值隨其含水率的變化規(guī)律類(lèi)似于擊實(shí)曲線，但CBR峰值含水率比最佳含水率要大。

繆林昌等［15］經(jīng)研究得出干濕循環(huán)數(shù)對(duì)無(wú)壓飽和土樣的水分遷移有較大影響，并提出了計(jì)算吸力強(qiáng)度的雙曲模型，以更好的描述吸力對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。

盧再華等［16］通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原狀土在剪切過(guò)程中表現(xiàn)為脆性破壞并有一定軟化現(xiàn)象，認(rèn)為采用四屈服面的非飽和膨脹土彈塑性模型能反映原狀土的反復(fù)脹縮特性、剪縮和剪脹特性。

2.3 穩(wěn)定性

包承綱［17］以吸力問(wèn)題為中心，對(duì)非飽和膨脹土邊坡滑動(dòng)的各種因素進(jìn)行了分析，對(duì)裂隙進(jìn)行了定量研究并分析了裂隙對(duì)土的滲透與強(qiáng)度的影響，建議早期預(yù)報(bào)的“雙鏈”框圖實(shí)現(xiàn)事先預(yù)警預(yù)報(bào)的目的，減少生命財(cái)產(chǎn)的損失。

孔令偉等［18］人對(duì)膨脹土進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論“含水量較最佳含水量稍大，并略低于塑限，干密度較最大干密度略低的標(biāo)注控制”有利于路堤的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

姚海林等［19］通過(guò)采用暫態(tài)飽和/非飽和滲流的有限元分析與土坡穩(wěn)定性極限平衡分析結(jié)合的方法，對(duì)降雨入滲引起膨脹土邊坡失穩(wěn)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為考慮雨水入滲影響的膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析，必須考慮裂隙的影響。

詹良通等［20］對(duì)非飽和膨脹土挖方邊坡進(jìn)行人工降雨模擬試驗(yàn)和原位綜合監(jiān)測(cè)?？偨Y(jié)出降雨入滲對(duì)空隙水壓力、含水量、土壓力和變形的定性關(guān)系，解釋了為什么降雨誘發(fā)膨脹土滑坡的滑動(dòng)面一般較淺。

姚海林等［21］針對(duì)考慮裂隙兩種情況下的滲流場(chǎng)分布，采用Bishop圓弧滑動(dòng)法研究了膨脹土邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題。考慮裂隙的降雨入滲滑坡分析可以成功地模擬膨脹土滑坡的淺層性。

王文生等［22］針對(duì)弧面漸進(jìn)破壞型膨脹土邊坡，提出了采用簡(jiǎn)化Bishop力學(xué)假定條件下的極限平衡法求解邊坡最小穩(wěn)定系數(shù)的簡(jiǎn)便穩(wěn)定性分析方法，該法可以滿足施工初期或者設(shè)計(jì)階段精度要求。

3 展望

從已有的研究成果看，非飽和土的研究取得了一定的成就，但是，影響膨脹土變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的因素諸多，理論研究較少，很難在工程實(shí)踐上驗(yàn)證。

對(duì)膨脹土來(lái)說(shuō)，最大的困難在于如何保證其工程的安全與穩(wěn)定。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，我國(guó)有關(guān)膨脹土的問(wèn)題將會(huì)逐漸解決，膨脹土的相關(guān)規(guī)范日趨完善。

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