膨胀土的研究现状与展望

赵 春

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710016)

1 膨胀土的基本认识

膨胀土在我国分布面积较广，膨胀土应是土中粘粒成分，主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀与失水收缩变形特性的粘性土。其主要矿物成分是蒙脱石—伊利石。膨胀土的特性直接影响着建筑物的安全，可造成建筑物的开裂、滑坡、塌方等病害。对膨胀土进行深刻的理论与实践研究有着深刻的实际意义。

2 非饱和膨胀土的研究现状

2.1 变形

膨胀土的膨胀变形常用膨胀势来描述。膨胀势是一种膨胀量，即在6.9 kPa压力作用下，膨胀土从最优含水量开始浸水至饱和状态的总膨胀量。膨胀势与膨胀土的液限、塑限、塑性指数、粘粒含量、胶粘含量和活性指数具有相关性。

缪林昌等［1］在试验的基础上建立了膨胀变形与土样初始含水量、干密度和垂直压力的定量关系;用常体积法进行了膨胀力变化规律的研究，建立了膨胀力与土样初始含水量、干密度之间的非线性定量关系。

徐永福等［2］人用改装可测吸力的三轴仪通过试验得出含水量(吸力)决定了土样的变形行为及非饱和土强度理论中状态变量的选取方法。

陈正汉等［3］人利用改装的非饱和土三轴仪与CT机配套试验，从微观和宏观两个方面揭示原状土的结构损伤演化和变形强度规律。

徐永福等［4］进行了膨胀变形试验研究，结果表明:膨胀量是含水量的线性函数，膨胀量的对数与压力的对数呈直线相关，简化了膨胀量的计算公式。

徐永福等［5］研究了膨胀土的膨胀量和膨胀力与起始含水量、干密度和压力之间的相关关系，并用这些关系简化了膨胀土地基膨胀量的计算公式。

刘祖德等［6］讨论了在三向应力状态作用下，膨胀土在不同初始含水量条件下的三向变形特征以及各种因素对它们的影响，揭示了变形机理。

李献民等［7］对击实膨胀土工程变形特性进行了研究，发现膨胀土的起始含水率和起始干密度对其膨胀力和膨胀量大小的影响是主要的外部因素，根据试验数据拟合出膨胀力曲线和膨胀量曲线的变化规律均为指数关系。为膨胀土路堤的设计及膨胀土地基处理等问题提供了重要的依据。

刘松玉等［8］研究了干湿循环对击实膨胀土胀缩特性的影响。研究结论:击实膨胀土的胀缩变形并不是完全可逆的，击实膨胀土的绝对膨胀率随着干湿循环过程的发展总是增大，而相对膨胀率降低，这种变化在Ⅱ级，Ⅲ级循环时最明显，经过Ⅲ级循环后胀缩特性基本趋于稳定。

2.2 强度

徐永福［9］提出了非饱和膨胀土结构性凝聚力与结构性内摩擦角的概念，得出:结构性强度是结构性凝聚力与有效凝聚力的差，结构性强度的对数与基质吸力的对数呈直线相关。

杨庆等［10］人通过大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，得出结论:非饱和膨胀土土样的剪切应力与剪切位移关系曲线是剪切“软化”型的，非饱和膨胀土抗剪强度指标受含水量影响较大，提出了非饱和膨胀土的抗剪强度公式。

缪林昌等［11］人依据常规三轴试验提出了非饱和膨胀土的吸力强度与饱和度之间的非线性关系式，简化了非饱和土的试验方法。

缪林昌等人［12］提出了非饱和土抗剪强度的双曲模型，其很好的描述吸力与抗剪强度的关系，同时表明吸力对非饱和土的抗剪强度贡献是有限的。

杨和平等［13］人采用常规直剪试验方法测试了击实土样经干缩湿胀饱水后的抗剪强度以模拟土体季节性变化对强度的影响。

孔令伟等［14］通过对原状土在脱湿吸湿过程中的无侧限抗压强度演化特征与击实土的胀缩性状及力学效应试验研究，发现膨胀土的CBR值随其含水率的变化规律类似于击实曲线，但CBR峰值含水率比最佳含水率要大。

缪林昌等［15］经研究得出干湿循环数对无压饱和土样的水分迁移有较大影响，并提出了计算吸力强度的双曲模型，以更好的描述吸力对强度的贡献。

卢再华等［16］通过三轴剪切试验，发现原状土在剪切过程中表现为脆性破坏并有一定软化现象，认为采用四屈服面的非饱和膨胀土弹塑性模型能反映原状土的反复胀缩特性、剪缩和剪胀特性。

2.3 稳定性

包承纲［17］以吸力问题为中心，对非饱和膨胀土边坡滑动的各种因素进行了分析，对裂隙进行了定量研究并分析了裂隙对土的渗透与强度的影响，建议早期预报的“双链”框图实现事先预警预报的目的，减少生命财产的损失。

孔令伟等［18］人对膨胀土进行了实验研究，得出结论“含水量较最佳含水量稍大，并略低于塑限，干密度较最大干密度略低的标注控制”有利于路堤的长期稳定。

姚海林等［19］通过采用暂态饱和/非饱和渗流的有限元分析与土坡稳定性极限平衡分析结合的方法，对降雨入渗引起膨胀土边坡失稳问题进行了系统研究，认为考虑雨水入渗影响的膨胀土边坡稳定性分析，必须考虑裂隙的影响。

詹良通等［20］对非饱和膨胀土挖方边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。总结出降雨入渗对空隙水压力、含水量、土压力和变形的定性关系，解释了为什么降雨诱发膨胀土滑坡的滑动面一般较浅。

姚海林等［21］针对考虑裂隙两种情况下的渗流场分布，采用Bishop圆弧滑动法研究了膨胀土边坡的稳定性问题。考虑裂隙的降雨入渗滑坡分析可以成功地模拟膨胀土滑坡的浅层性。

王文生等［22］针对弧面渐进破坏型膨胀土边坡，提出了采用简化Bishop力学假定条件下的极限平衡法求解边坡最小稳定系数的简便稳定性分析方法，该法可以满足施工初期或者设计阶段精度要求。

3 展望

从已有的研究成果看，非饱和土的研究取得了一定的成就，但是，影响膨胀土变形、强度和稳定性的因素诸多，理论研究较少，很难在工程实践上验证。

对膨胀土来说，最大的困难在于如何保证其工程的安全与稳定。随着我国经济建设的持续高速发展，以计算机技术为依托，我国有关膨胀土的问题将会逐渐解决，膨胀土的相关规范日趋完善。

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