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由膨胀土参数取值想到的

前几日一个朋友问笔者,膨胀土边坡的饱和试验抗剪参数往往很低,那么地下水位下的膨胀土原地基是否考虑采用饱和抗剪参数?如果试验值确实很低,支护措施规模就很大,导致造价过高,请问有什么办法控制?

以上这个问题其实反映了一个误区,就是膨胀土边坡遇水后极易失稳变形,那是不是所有的膨胀土都存在这个问题呢?答案是否定的。这需要从膨胀土的基本性质说起。

膨胀土具有强亲水性、强胀缩性、多裂隙性、易崩解性、强风化性,以及多数膨胀土具有的超固结性。

膨胀土成因类型多种多样,主要由残坡积、冲洪积、河湖积、海相、冰水相等多种成因,它们共同由蒙脱石、伊利石、高岭土等粘土矿物构成。粘土矿物的细颗粒特性决定了膨胀土具有亲水性的天然特性。但可以认为,如果膨胀土中的含水量保持稳定而不发生水分的迁移,在长期浸润条件下发展形成的亲水矿物形成稳定的水化特性作用下,就不会发生所谓的膨胀土胀缩特征。

膨胀土吸水体积增大,失水体积减小并不是其独有的特性,而所有的粘性土都具有的特征。然而由于膨胀土水稳结构连结微弱,且多有平行层状结构,在层间贯通性裂隙发育时,使膨胀土在水作用下具有了较其它粘土更为强烈的胀缩性。尤其是对于采用膨胀土进行填方的工程,由于重塑性膨胀土破坏了原状膨胀土的原始结构,因此其胀缩性能较原状膨胀土要大的多。

膨胀土主要发育两类裂隙,即原生裂隙和次生裂隙。其中原生裂隙多呈闭合的微裂隙,具有隐蔽性。次生裂隙多由原生裂隙发展而来,多呈张开状,具有宏观性特征。其中处于微风化、未风化的膨胀土主要表现为原状裂隙,而强风化、弱风化的膨胀土中次生裂隙将占据主导地位而恶化其性质。因此,对处于天然状态下的膨胀土浸水后的膨胀性往往是很小的,但如果膨胀土经过一次或多次干湿循环,将极大的破坏膨胀土的结构联结和改变土体裂隙形态,从而导致膨胀土的胀缩性得以极大的增强。

膨胀土的崩解性是膨胀土吸水膨胀的极限表现形式,即吸水后体积膨胀导致结构破坏而导致土体解体。

膨胀土在天然状态下透水性很弱,但一旦受到外界大气等的影响,特殊的膨胀土多裂隙结构将导致其发生强烈的风化作用。裂隙的存在为水的渗入与蒸发创造了良好的通道,从而加剧了膨胀土的胀缩效应与淋溶等化学作用的发生,从而加剧了土体的风化导致土体工程性质恶化。

膨胀土的超固结性是其重要特征之一,但不是所有的膨胀土都具有超固结性。超固结性使膨胀土具有较高的初始结构强度,土体压缩性小,对膨胀土的工程性质产生了显著的影响。

从以上膨胀土的特性可以看出,天然状态下的膨胀土只要土体含水量不变,隔离大气影响层对土体风化作用,就会使膨胀土具有坚实的初始结构强度,表现出极高的峰值强度。

而如果边坡开挖或填筑破坏了膨胀土的结构,使其暴露于大气影响层之下,就会导致膨胀土表现出与所有岩土体一样的强度时效性变化,但由于其独特的物质与结构组成,使膨胀土具有其它岩土体更为剧烈的强度衰减,甚至以极低的残余强度呈现而表现出极低的边坡稳定性。

因此,对于膨胀土边坡应优先加强地表水防护,及时进行坡面防护,合理设置支挡加固工程,从而尽量减少破坏原有边坡平衡状态、坡体中的水文地质条件、大气影响下的的物理力学性质和坡体结构强度恶化,尽量维持膨胀土极高的原状土性质,防止膨胀土在强烈的时效作用下强度大幅下降而降低坡体的稳定性。

在此,朋友的问题回答如下:

1、膨胀土边坡的饱和试验抗剪参数往往很低,那么地下水位下的膨胀土原地基是否考虑采用饱和抗剪参数?

答:不能。由于膨胀土的原生裂隙呈显微结构,且膨胀土往往具有超固结的特性,故即使在地下水位以下,膨胀土也不一定处于饱和状态的,也就谈不上采用饱和抗剪参数作为边坡的设计参数。即原状的膨胀土具有较高,甚至很高的抗剪参数,但破坏后的膨胀土抗剪强度将大幅度的衰减。因此,维护膨胀土的“原生态”环境相当重要。

2、如果试验值确实很低,支护措施规模就很大,导致造价过高,请问有什么办法控制?

答:依据膨胀土的特征,试验取样将造成膨胀土的性质发生强烈改变,故相关试验将较原状土存在极大差异。只要边坡开挖能贯彻“快挖快防”,有效防止膨胀土性质在时效作用下的恶化,就会有效控制膨胀土峰值强度的衰减,从而大幅降低边坡支护等防护规模。

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