膨胀土特征探析（假日专题）

膨胀土是主要由蒙脱石、伊利石等强亲水性粘土矿物组成的高塑性粘性土，具有胀缩性、多裂隙性、水敏性、强度衰变性、超固结性、钙铁锰结核和地形的平缓性。俗称黄胶泥、蒜瓣土等。

图1 粘性土干裂

图2 黄色冰水堆积膨胀性粘性

1、膨胀土的成因

在我国主要分布于平原、盆地、河流阶地和丘陵地貌区，尤其是气候湿润的地区。主要由基性火成岩、碳酸岩、泥灰岩、粘土岩等在长期风化作用过程中，经氧化、还原作用、淋滤作用、水合和水解作用、沉积分异等作用的演变，在有利的地质环境下，形成的残积、坡积、冲积、冰水沉积物，以及河湖相与海相沉积物形成。

2、膨胀土地形地貌

平原型膨胀土地貌和构造型与冲积型盆地膨胀土，多属于堆积性，因此其厚度可达数十米；

丘陵型膨胀土主要由盆地受河流与沟谷侵蚀形成，或由膨胀岩风化残积形成，形态上多呈浑圆、缓斜坡形态。

河流阶地型膨胀土主要是膨胀土地貌在河流侵蚀、切割营力作用下形成。

虽然原生膨胀土的物理力学性质较好，但由于出露于地表的膨胀土对风化、降雨等具有高度的敏感性，故其地形地貌常常呈平缓状。

3、膨胀土形成时代

主要形成于第三系和第四系，几乎所有新生代都有膨胀土分布。

4、膨胀土裂隙成因

膨胀土裂隙成因依据成因可分为原生与次生两类。原生裂隙主要是膨胀土形成过程中湿度、温度、固结、胀缩等内力作用下形成，此类裂隙规模相对较小，多闭合；次生裂隙主要是后期风化、卸荷、胀缩等作用下形成，此类裂隙规模相对较大，多张开。

5、膨胀土超固结性

超固结性虽然是膨胀土的特征之一，但并不是所有的膨胀土都具有超固结特征。膨胀土的超固结性主要由于历史承受的更大上覆荷载后期卸载形成。如地层剥蚀、河流冲刷、冰川融化、有效应力变化形成的超固结，以及粘土矿物中的物理化学作用形成。

超固结性使膨胀土具有较高的强度、较小的压缩性特征。换句话说，膨胀土一旦原状结构破坏后，便不易恢复到原生的密实状态，造成此类次生膨胀土的胀缩性大幅上升，也就是说，由膨胀土形成的填方密实度较差，往往在后期会有较大的沉降、膨胀性。这也是东南亚某膨胀土高填方场坪沉降量变化较大的原因，也是膨胀土边坡开挖后环境变化时容易引发坡体变形破坏的原因。而且膨胀土压实的过程中，由于粘土扁平颗粒的高度定向造成膨胀土填土较原状土具有更强的胀缩性。

6、膨胀土的水敏性

膨胀土由强亲水性粘土矿物组成，往往具有保水性强、高塑性的特点。不同的含水量使膨胀土具有不同的性质，呈现出含水量升高强度降低，含水量降低强度升高的特征。但一般来说，原状的膨胀土透水性较低，含水量相对稳定，故其体积和强度较为稳定。当膨胀土次生裂隙发育时，其透水能力将大幅上升，对水的敏感性也大幅上升。

7、强度衰减性

膨胀土的强度存在典型的时效性。也就是说，新开挖的膨胀土坡体在天然含水量原始状态下具有较高的强度，但随着时间推移，膨胀土强度逐渐衰减。这主要是由于超固结膨胀土边坡卸载膨胀，或风化作用下形成的原状土体结构破坏与含量水量的变化所致。

8、钙铁锰结核

膨胀土中的钙铁锰结核是其物质成分的重要组成部分，对膨胀土的稳定性具有重要的支撑作用。

膨胀土的结核最常见的钙铁锰结核是矿物富集的一种表现，是膨胀土形成过程中一系物理化学作用的结果，常集中分布于膨胀土的裂隙面、层面、风化界面附近，且常形成结核沉淀层。这些连续或断续分布的结核层，形成了膨胀土的骨架，使其胀缩性大为减小，有效提高了膨胀土的稳定性。

9、膨胀土路基设计

基于以上性质的分析，膨胀土路基设计应遵循如下原则：

1）依据膨胀土的不同类别，针对性的进行相应的路基设计，切忌一刀切式的设计。

2）同类性质膨胀土组成的边坡可按均质与类均质体采用圆弧搜索法分析边坡稳定性。不同胀缩性质膨胀土组成的边坡，可在同类性质膨胀土中采用圆弧搜索法分析稳定性，在不同胀缩性膨胀土中依据接触面的形态采用折线线分析稳定性，并应确保两者都满足稳定性要求。

3）大气影响层、风化带是影响膨胀土边坡的重要因素，因此，确保大气影响层和风化带的坡体浅层稳定对膨胀土边坡的深层稳定具有重要意义。

4）水是膨胀土路基病害的重要因素。因此，膨胀土边坡宜尽量避免雨季施工，工程处治时应优先考虑设置地表水与地下水的截、疏、排工程。如截排水沟、盲沟、渗沟、边坡渗沟、支撑渗沟等工程措施的有效设置是确保膨胀土边坡长治久安和治理工程规模大幅减小的首要之选。