合肥南站膨胀土单向浸水膨胀规律研究

刘晓东， 崔可锐

(合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009)



合肥南站膨胀土单向浸水膨胀规律研究

刘晓东， 崔可锐

(合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009)

在不同的垂直压力下对合肥南站膨胀土进行单向浸水膨胀试验研究，探索膨胀土膨胀变形规律。试验结果证明：膨胀土单向浸水膨胀率与试样的初始干密度、垂直压力及初始含水量近似呈直线关系，在保持其他变量相同的条件下，随着干密度的增加膨胀率增加，随着含水率的增加膨胀率减小，随着垂直压力的增加膨胀率减小。

膨胀土；膨胀率；单向浸水；膨胀规律；干密度

0 引 言

合肥市滨临巢湖，位于北淮阳地槽和江淮台隆褶皱带，其宽阔的波状丘陵是由膨胀土构成，为典型的膨胀土覆盖地区。合肥市区的膨胀土广泛分布在南淝河二级阶地及丘陵地带，主要是红色黏土岩经风化、流水搬运、冲积而成，形成于晚更新世，其矿物成分以蒙脱石和伊利石为主，原生矿物以石英为主[1-2]。

1 膨胀土单向浸水膨胀规律

膨胀土是一种黏性土，其所含蒙脱石对湿度变化较敏感，随湿度减少或增加产生收缩或膨胀，并产生膨胀压力或收缩裂隙。在自然情况下，以膨胀土为地基的构筑物，受到地下水位变化和降水影响，导致膨胀土吸水膨胀，严重影响地基稳定性。虽然膨胀土的浸水膨胀规律研究已经从一维发展到三维[3-5]，但是膨胀土的单向浸水膨胀试验仍然能够较准确地反映膨胀土由于降水和地下水位升降所引起的膨胀变形规律，因此，在单向浸水条件下研究膨胀土的膨胀规律，对膨胀土基础设计、施工和预测膨胀变形具有实际指导意义。

1.1 试验方法

吸水膨胀变形是膨胀土的主要特征之一，用膨胀率δ表示其形变大小，即

(1)

其中，ΔH为土样浸水膨胀后厚度变化值；H0为膨胀土样浸水前的厚度[6-7]。

采用常规固结仪进行单向浸水试验，取用南一环地区典型膨胀土样，在5种垂直压力下，进行12组不同初始含水率、初始干密度土样的单向浸水膨胀试验，垂直压力分别为25 kPa 、50 kPa 、100 kPa、200 kPa、300 kPa，土样的初始含水率分别为16%、18%、20%、23%，初始干密度分别为1.50 g/cm3、1.57 g/cm3、1.67 g/cm3。土样受到的垂直压力在试验前一次性加上，加压稳定后(每小时的形变量不超过0.01 mm)向盒内注入蒸馏水自下而上浸入土样，并且保持水面低于土样的上表面5 mm。每2 h记录百分表读数1次，当连续2次读数差≤0.01 mm时，认为膨胀稳定[8-10]。

1.2 试验结果

在5种垂直压力下，12组不同初始含水率、初始干密度土样的单向浸水膨胀试验结果见表1～表4所列。

表1 含水率16%土样浸水膨胀试验结果 mm

表2 含水率18%的土样浸水膨胀试验结果 mm

表3 含水率20%的土样浸水膨胀试验结果 mm

表4 含水率23%的土样浸水膨胀试验结果 mm

1.3 试验结果分析

(1) 膨胀变形与干密度的关系。当土样含水率分别为16%、18%、20%时，其膨胀变形与干密度关系曲线如图1所示。

图1 不同含水率土样膨胀变形与干密度关系

由图1可以看出，在初始含水率和垂直压力相同的条件下，随着初始干密度的增大土样膨胀率增大，并且膨胀率与初始干密度近似呈直线关系；在初始干密度相同的条件下，随着垂直压力的增大土样膨胀率减小，即增加荷载可以抑制膨胀土的膨胀性。

(2) 膨胀变形与初始含水率关系。当土样初始干密度分别为1.50 g/cm3、1.57 g/cm3、1.67 g/cm3时，其膨胀变形与初始含水率关系曲线如图2所示。

图2 不同干密度土样膨胀变形与含水率关系

(3) 膨胀变形与垂直压力关系。当土样初始干密度分别为1.50 g/cm3、1.57 g/cm3、1.67 g/cm3时，其膨胀变形与垂直压力关系曲线如图3所示。

图3 不同干密度土样膨胀变形与垂直压力关系

由图3可以看出，在相同初始干密度与垂直压力下，随初始含水率增大土样膨胀率减小，近似呈直线关系，且垂直压力越大，土样膨胀率越小。从理论上说，土体中的有效应力随着垂直压力的增加而增加，进而阻止土样含水率增大，阻碍土颗粒表面水膜厚度增加，从而阻碍土体膨胀。

2 结 论

(1) 控制初始含水率和垂直压力相同的情况下，土样的膨胀率与初始干密度成正比，土样的膨胀率和初始干密度近似呈直线关系。当土体的初始含水率较大且干密度较小，可能发生湿陷。

(2) 控制初始干密度和垂直压力相同的情况下，土样的膨胀率与初始含水率成反比，土样膨胀率和初始含水率呈近似直线关系。

(3) 控制初始干密度和初始含水率相同的情况下，土样膨胀率与压力成反比。

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2016-05-12

刘晓东(1989-)，男，安徽亳州人，合肥工业大学硕士生；

崔可锐(1956-)，男，安徽芜湖人，博士，合肥工业大学教授．

TU 411.01

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1673-5781(2016)03-0292-03