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四川某地膨胀土力学特点试验概述

第1章绪论

1.1引言

膨胀土的主要矿物成分是强亲水性的蒙脱石和伊利石,因此它的特性

主要表现在吸水膨胀、失水收缩,是一种具有较大往复胀缩变形的特殊粘

土。由于该类土在天然状态下,其强度高,压缩性也低,所以经常被误评定

是工程性质较好。人们首次认识该类土的缺陷,始于1938年美国开垦局在

俄勒网州的一次重大事故中,钢制倒虹吸管基础破坏造成了这次严重事故

⑴。

膨胀土在世界各地分布很广,它是一种区域土,至今为止发现存在这

种土的国家有很多个,遍及各大洲。这种土一般位于干早或半干旱地区。

而我国是这种土分布较广的国家之一,我国很多个省区先后发现有这种土[

2-

6]。因为这种土的特性很显著,因此给各国造成的经济损失每年达数十亿

元道路工程(包括铁路、公路等)、水利设施、机场设施、房屋以及其他各

种建筑等常常遭受到很严重的破坏。

长期以来,膨胀土因其自身特有的工程性质,包括超固结性、裂隙性

、遇水膨胀、失水收缩并幵裂等,所以岩土工程研究领域中一直把膨胀土

及其工程问题当作世界性的重大研究课题[,12]。工程建筑因膨胀土会产

生不同程度的破坏作用,是严重的自然灾害之一,因此人们都称之为“无声

的地震”、“隐藏的灾难。膨胀土造成工程建筑的危害处处可见,它是各

类轻型浅表层建筑的全球性技术难题。据KRON和SLOSSON在1980年统计资

料分析,仅美国每年因为这种土的变形对上层建筑物造成的损失远远超过

賜风、龙卷风、洪水和地震所造成的损失的总和,每一年都要损失七十亿

美元[13]。SNETHEN经多年的深入探寻研究,从经济上讲,这种危害性大的

土是美国付出代价最大的自然灾害之一。

膨胀土不止给美国的工程建设带来严重的经济损失,还给世界上其他

国家的工程建设带来严重的经济损失。在中国,膨胀土地区的铁路,基床翻

装冒泥、路基下沉、边坡滑坡等病害时有发生,对不少地段防护工程也产

生很大危害。铁路[14]、公路及建筑物受到的危害也很严重。膨胀土每年

都会造成大量工程建筑物遭受的严重危害。据统计我国达数万平方米的建

筑面积由于膨胀土地基而损害的。我们国家铁路相关部门总结膨胀土地区

修建铁路的经验时,认为“逢暂必滑、无堤不坊”。仅据襄(樊)渝(重庆)

铁路施工决算统计,每公里路基的造价增加了

91.45万元,实际投资已达设计造价的三倍,这都是由于膨胀土在施工期间

造成的破坏所引起的。我国以往在膨胀土地区进行工程建设的经验证明,

只有对膨胀土的土性作出正确分析、判断,对其釆取相应措施,才能有效避

免工程事故的发生减少造成巨大工程经济损失。

在四川,成都的这种土分布广泛、并且断断续续地分布在川西平原二

级阶地和三级阶地上,属于典型的裂隙粘土,俗称为“成都粘土。尤以成

都市以东,洛带以西,金堂以南,新店子以北地区三级阶地上呈大面积连续

分布的膨胀土最为典型。其上部为黄褐色较均质,向下颜色转红,裂隙发育

。随着经济的迅速发展,成都市城区建设规模日益扩大,在成都膨胀土分布

的地区,修建了许多工业及民用建筑、道路桥梁、水利工程。在这些建筑

物的修建和运营过程中,建筑物常因膨胀土胀缩而引起开裂,且经常不同程

度地发生了事故和病害。如四川省某仓库的滑坡、某部队办公楼和成都地

质学院一幢家属宿舍均因地基变形而导致房屋拉裂、成昆铁路狮子山段滑

坡、东风渠岸坡跨塌、许多已建建筑物由于膨胀土地基的沉降引起开裂,

特别是近年来在成都膨胀土地区施工的建筑基坑连续出现了多起跨塌事故

,均与成都膨胀土的工程特性有关,尤其与胀缩性有关。

随着成都膨胀土地区建筑物的大规模修建,建筑物越来越高,地下室

越来越深,膨胀土地区幵挖的基坑深度越来越大,尽管设计人员在进行基坑

和边坡设计计算时,对勘察本文中提出的成都膨胀土力学参数(C、cp值)建

议值进行了一定程度的折减,但基坑边坡开裂和跨塌事故仍连续发生,成都

膨胀土边坡的稳定己成为影响工程安全和经济效益的主要因素之一。目前

,针对成都膨胀土地E基坑和边坡的事故逐渐增多,行业内相关勘察单位及

研究机构对成都膨胀土力学参数的取值问题存在相当大的争议。故为保障

成都地区膨胀土地区工程和建筑的安全、降低工程投资,对成都地区膨胀

土力学特性进行深入研究具有非常重要的意义。

1.2膨胀土的基本性质

膨胀土具有反复胀缩变形性、非饱和性及结构不稳定性的区域性特

殊粘性土[15],且含有大