皖江经济带膨胀土基本性质试验研究

何 洋 柯 然

(合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009)

1 概述

膨胀土作为我国致灾性特殊土之一，分布广泛。其矿物成分以蒙脱石和伊利石为主，具有吸水膨胀、失水收缩的胀缩特性，常常给当地的基础建设和工程应用带来巨大损失[1-4]。膨胀土作为皖江经济带致灾性特殊土之一，广泛分布于长江北岸，长江至巢湖之间以及环巢湖周边的地区。皖江经济带膨胀土在舒城县城、巢湖市区及和县县城以北的江淮波状平原地区广泛分布，在此以南的地区零星分布。膨胀土的胀缩性除定远、凤阳的部分地区为中等膨胀土外，其余地区均为弱膨胀土。

通过调查结果分析，研究区内膨胀土危害主要表现为对低层建筑物、公路、输水干渠及湖岸带等的破坏。

本文通过系统的室内试验，重点研究了皖江经济带膨胀土的基本性质。

2 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

膨胀土取自皖江经济带各地区，共调查了456个膨胀土工程地质点，取样200余，进行了系统的室内试验。本文试验结果为各地区平均试验值或范围值。

2.2 试验方法

本文开展的试验主要包括含水率、自由膨胀率、界限含水率、颗粒分析等。主要依据《公路土工试验规程》进行。其中，颗粒分析试验采用激光粒度分析仪进行[4,5]。

3 试验结果与分析

3.1 天然含水率

天然含水率是膨胀土重要的物理性质指标，其大小可以预示膨胀土胀缩趋势。试验测量场地的天然含水率，对确定场地膨胀程度具有重要的参考意义。研究区内膨胀土的天然含水率试验结果如表1所示。

表1 天然含水率实验结果

从表1可以看出，皖江经济带膨胀土的含水率多在20%～30%之间，受取样时天气的影响很大。

3.2 自由膨胀率

自由膨胀率是反映粘土胀缩性的指标之一，其反映了粘土的颗粒成分、矿物成分、化学成分和交换阳离子能力等基本特征，用自由膨胀率来衡量膨胀率的胀缩性具有很强的可实施性，因为试验操作简单易行。研究区内自由膨胀率的试验结果如表2所示。

表2 自由膨胀率试验结果

从表2可以看出，皖江经济带膨胀土的自由膨胀率存在显著的差异。其中定远、肥西一带膨胀土的自由膨胀率较大，有的达到70%以上，属于中等膨胀土；其余地区膨胀土的膨胀性较弱，但肥东、凤阳、来安、明光一带膨胀土的自由膨胀率最大值在50%以上，相对较强。

3.3 界限含水率

膨胀土的界限含水率是粘土矿物与水相互作用的表现，膨胀土一般具有高液限、高塑性指数的特性。研究区内膨胀土界限含水率如表3所示。

表3 膨胀土界限含水率试验结果

界限含水率的结果与自由膨胀率的结果是一致的，具有较好的对应关系。自由膨胀率大的，其液限值和塑限值往往也比较大。这是由于膨胀土的膨胀性与液塑限指标均受其粘土矿物组成与含量的控制。

3.4 颗粒分布

膨胀土的胀缩性主要是土中粘粒(粒径小于0.002 mm)成分与水的相互作用的表现，粘粒含量越高，土的胀缩性越大。研究区内膨胀土颗粒分析试验结果如表4所示。

表4 膨胀土颗粒分析试验结果

颗粒分析试验结果与自由膨胀率试验、液塑限试验结果也存在很好的对应关系。粘粒含量高的膨胀土，其液限值、塑限值往往也越大，自由膨胀率也越高。

4 结语

本文通过对皖江经济带典型膨胀土的系统试验研究，掌握了皖江经济带不同地区膨胀土的基本性质，各指标间具有良好的对应关系。其中，定远、肥西一带膨胀土膨胀性较强，肥东、合肥、凤阳、来安、明光一带膨胀土的膨胀性次之，天长、庐江地区的膨胀土的膨胀性更弱。本文研究结果可为该地区膨胀土的勘查、处治等提供一定的参考作用。