隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，膨脹土因在形貌上和工程性質(zhì)上的特殊作用和破壞作用的嚴(yán)重性，越來(lái)越引起巖土工程界的廣泛的重視。為消除、減小膨脹土危害，提高其工程適用性，人們開(kāi)展了卓有成效的研究。50年代初，我國(guó)在修建成渝鐵路工程中，首次遇到成都黏土膨脹危害問(wèn)題，從而拉開(kāi)了我國(guó)膨脹土研究的序幕。70年代中期，我國(guó)開(kāi)展了大規(guī)模的膨脹土普查工作，建立了科學(xué)研究試驗(yàn)基地，開(kāi)展了卓有成效的研究，取得了一定的科研成果和工作經(jīng)驗(yàn)。80年代，我國(guó)制定了膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范。膨脹土的研究已經(jīng)從一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的研究逐漸發(fā)展成為世界性的共同課題。到目前為止，已經(jīng)先后召開(kāi)了7次國(guó)際膨脹土研究與工程會(huì)議，在膨脹土的成分、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、膨脹機(jī)理以及變形等方面取得了許多很有價(jià)值的研究成果和工作經(jīng)驗(yàn)，掌握了許多處理方法，改性膨脹土由于具有較好的性?xún)r(jià)比而受到重視。

　　1 膨脹土的危害及改性措施

　　1.1 膨脹土的危害。膨脹土是土中黏粒成分主要由親水礦物(主要是蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石等)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黏性土。

　　由于膨脹土液限、塑限和塑性指數(shù)較大，在天然含水量的情況下常處于較堅(jiān)硬的狀態(tài)，具有很強(qiáng)的吸水性、高塑性以及快速崩解和劇烈的膨脹性，常常給膨脹土地區(qū)的工程建設(shè)造成嚴(yán)重的破壞，給人民的財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。膨脹土造成的破壞是長(zhǎng)期的、反復(fù)的和潛在的，對(duì)鐵路、公路及建筑物的危害很?chē)?yán)重，全世界每年造成的損失達(dá)50億美元以上。我國(guó)由于膨脹土地基致害的建筑面積達(dá)1000平方米左右。主要表現(xiàn)在其上構(gòu)造物的過(guò)量變形和邊坡的穩(wěn)定性遭到破壞。過(guò)量變形是由于含水量的變化使膨脹土地基土體體積發(fā)生變化，對(duì)其上的構(gòu)造物造成危害;對(duì)邊坡的破壞作用主要是由于水分侵入風(fēng)化帶內(nèi)發(fā)育的裂隙中，使黏土顆粒間聯(lián)結(jié)力削弱并吸水膨脹，其產(chǎn)生的橫向膨脹應(yīng)變能使土體沿滑面向坡腳產(chǎn)生位移，使膨脹土開(kāi)裂、崩解，強(qiáng)度衰減而產(chǎn)生滑坡。

　　1.2 改性措施。目前膨脹土在工程施工中的改性措施主要有：

　　1)換填土。換填土是膨脹土路基處理中最簡(jiǎn)單而且有效的方法，換填土方法雖然行之有效，但會(huì)造成極大的浪費(fèi)以及對(duì)環(huán)境造成污染，故此法不足取。

　　2)包裹法。膨脹土的膨脹是有一定條件的，在其含水量一定的情況下，它并不會(huì)隨意膨脹。因此，可利用土工布或黏性土將膨脹土進(jìn)行包裹，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內(nèi)部的含水量的變化。此方法處理成本不高，經(jīng)濟(jì)性較好。但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題，且不易把握，容易出現(xiàn)質(zhì)量隱患。

　　3)改性處理。常用的有水泥、石灰或其他固化材料改性處理方法，其原理是通過(guò)與膨脹土進(jìn)行物理和化學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到降低膨脹土的膨脹潛勢(shì)，增加強(qiáng)度和提高水穩(wěn)定性，以達(dá)到改善膨脹土的力學(xué)性能的目的。此種方法處理成本較高，但處理問(wèn)題徹底，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。

　　2 石灰粉煤灰改性試驗(yàn)研究

　　2.1 土料備制。為了保證取得的土樣是研究區(qū)域內(nèi)典型的膨脹土，試驗(yàn)中所用到的所有膨脹土土樣都是導(dǎo)師根據(jù)研究區(qū)內(nèi)品質(zhì)土的外貌特征和地質(zhì)情況，親自到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)取樣，取得土樣屬于典型的膨脹土。

　　取土回來(lái)后把其放入烘箱烘干，然后過(guò)0.5mm、2mm、5mm 篩，分別把這3種不同粒徑的土放到保鮮膜中，并貼上標(biāo)簽，以便區(qū)分。把篩過(guò)的土樣放在通風(fēng)干燥處保存，避免潮濕。

　　2.2 石灰粉煤灰改性機(jī)理。膨脹土中加入石灰后，二者發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用 ，包括陽(yáng)離子交換、Ca(OH)2 膠凝結(jié)晶、碳酸化作用、火山灰反應(yīng)和固結(jié)作用。Ca(OH)2 離解后的Ca2+與粘土膠體顆粒反離子層上的K+、Na+ 進(jìn)行交換，膠體吸附層減薄，膠體顆粒發(fā)生聚結(jié)，生成棒狀、纖維結(jié)晶體，結(jié)晶體不斷生長(zhǎng)與膠體構(gòu)成膠凝--結(jié)晶體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使石灰的獲得初級(jí)的水穩(wěn)性;Ca(OH)2與水作用形成的含水晶體相互吸引，使粘土顆粒股結(jié)成整體;形成 CaC03過(guò)程的碳酸化反應(yīng)和形成硅酸鈣、鋁酸鈣過(guò)程的火山灰反應(yīng)改變了膨脹土的力學(xué)性質(zhì)，其強(qiáng)度和水穩(wěn)定性大大提高， 膨脹性也得到控制。隨著結(jié)晶網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的生成，逐漸向結(jié)晶縮合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，起強(qiáng)度不斷增大，漲縮性下降。同時(shí)，生石灰的硝化反應(yīng)放出大量的熱，從而降低了土中的含水量;生成的Ca(OH)2 體積比CaO體積大一倍，進(jìn)一步固結(jié)了土體。

　　摻入粉煤灰可充分降低塑性指數(shù)，減少縮裂，增大膠凝作用，提高抗沖刷能力。

　　試驗(yàn)的摻灰量從7%～11%，每相鄰的摻灰量之間相差2%。 試驗(yàn)方法是按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ051-93)進(jìn)行。土的液限和塑限采用液限塑限聯(lián)合測(cè)定法測(cè)定;擊實(shí)試驗(yàn)采用輕型擊實(shí)法;剪切試驗(yàn)采用快剪試驗(yàn);固結(jié)試驗(yàn)采用單軸固結(jié)儀法;膨脹試驗(yàn)為自由膨脹率試驗(yàn)和無(wú)荷膨脹量試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并用Excel繪制相應(yīng)的曲線圖。

　　2.3 石灰粉煤灰改性土的試驗(yàn)研究

　　利用粉煤灰對(duì)膨脹土進(jìn)行改性，并對(duì)其物理性質(zhì)試驗(yàn)、力學(xué)試驗(yàn)、和特殊性質(zhì)試驗(yàn)的研究，并于原裝土及擾動(dòng)土進(jìn)行比較，從而確定改性膨脹土的各項(xiàng)性能指標(biāo)，以作為工程設(shè)計(jì)與施工的參考依據(jù)。

　　經(jīng)過(guò)多種改性試驗(yàn)方案的分析比較，綜合考慮石灰+粉煤灰改性效果和經(jīng)濟(jì)成本，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范，本試驗(yàn)采用石灰作為添加劑摻入膨脹土中進(jìn)行改性試驗(yàn)。對(duì)三種配比土體進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分別為：配比一：石灰粉煤灰7%(石灰：粉煤灰=70%：30%)，水16%;配比二：石灰粉煤灰9%(石灰：粉煤灰=70%：30%)，水17%;配比三：石灰粉煤灰11%(石灰：粉煤灰=70%：30%)，水18%。

　　(1)剪切試驗(yàn)。以剪應(yīng)力為τ為縱坐標(biāo)，剪切位移ΔL為橫坐標(biāo)，繪制e-l曲線如圖，取各個(gè)曲線的峰值點(diǎn)作為該級(jí)荷載下的抗剪強(qiáng)度，以垂直壓力P為橫坐標(biāo)抗剪強(qiáng)度τ為縱坐標(biāo)，繪制τ-P 直線如圖所示，縱坐標(biāo)上的截距為黏聚力C，直線的傾角為內(nèi)摩擦角φ。

　　各個(gè)配比在100KPa、200 KPa、300 KPa、400 KPa荷載時(shí)剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系。

　　(2)固結(jié)試驗(yàn)。測(cè)定土體在側(cè)限條件下受荷時(shí)的穩(wěn)定固結(jié)量及固結(jié)過(guò)程，繪制固結(jié)曲線。固結(jié)試驗(yàn)每個(gè)配比分別取3個(gè)試樣，施加12.5KPa、25KPa、50 KPa、100 KPa、200 KPa 、300 KPa、400 KPa 、600 KPa垂直荷載。

　　(3)滲透試驗(yàn)。通過(guò)土樣的滲流在變化的水壓力影響下進(jìn)行的滲透試驗(yàn)。

　　原狀土的平均滲透系數(shù)為：0.226*10-4(cm/s)。

　　配比一的平均滲透系數(shù)為：0.195*10-4(cm/s);配比二的平均滲透系數(shù)為：0.07*10-4(cm/s);配比三的平均滲透系數(shù)為：0.05*10-4(cm/s)。

　　3 結(jié) 論

　　通過(guò)采用摻灰法對(duì)膨脹土進(jìn)行土性的改良，對(duì)比所有的試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

　　1.摻灰量對(duì)壓縮性的影響。在擊實(shí)功相同的情況下，改良土的壓縮系數(shù)所著摻灰量的增加而減小，也就是水摻灰可以使膨脹土的壓縮性降低。

　　2.摻灰量對(duì)強(qiáng)度的影響。在擊實(shí)功相同的情況下，摻石灰粉煤灰對(duì)土的抗剪強(qiáng)度有明顯的影響，摻灰量可以提高土的CBR值，這說(shuō)明石灰粉煤灰可以明顯提高膨脹土的強(qiáng)度指標(biāo)。各種抗剪強(qiáng)度與垂直壓力的關(guān)系曲線如圖13。

　　從圖13的對(duì)比可以看出，石灰粉煤灰改性膨脹土摻灰量從7%—9%剪切強(qiáng)度隨著摻灰量的增大而增大;當(dāng)摻灰量為11%時(shí)剪切強(qiáng)度稍微有所下降，但幅度較小。但在實(shí)際施工過(guò)程中，為了在較低的成本下獲得更好的施工效果，需要不斷的優(yōu)化膨脹土、石灰粉煤灰、水三者之間的比例，使之達(dá)到最優(yōu)組合。

　　3.膨脹土摻入石灰粉煤灰可以明顯降低漲縮性，摻入少量可以大大降低膨脹土的漲縮性，隨著摻入量的增加，土的膨脹性仍然降低，但是降低的幅度不大，且趨于穩(wěn)定。

　　由于試驗(yàn)條件及試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系，對(duì)改性的試驗(yàn)研究的還不是很充分，從試樣的制作到試驗(yàn)方法的掌握上還有不盡如人意的地方，而這都會(huì)直接或間接的影響試驗(yàn)結(jié)果。盡管如此，得到的數(shù)據(jù)還是有一定的代表性的，它還是從總體上揭示了膨脹土的各種性能指標(biāo)的變化趨勢(shì)。希望本研究能為當(dāng)今膨脹土的改性研究提供合理的借鑒

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