浅谈云南省永仁地区膨胀土的工程特性

浅谈云南省永仁地区膨胀土的工程特性

王应科曾愿

王应科曾愿（云南地质工程第二勘察院楚雄675000）

摘要：永仁地区膨胀土形成于冰后期，通过室内和现场原位实验和分析，揭示了永仁地区膨胀土的物理力学性质具有很大的离散性，其性质受土体的矿物成分、含水率、裂隙面、埋藏深度、级配、实验条件等因素的影响。永仁地区膨胀土的黏粒含量并不大；不同场地内的膨胀土抗剪强度值变化较大，同一场地内的膨胀土抗剪强度值有起伏；永仁地区膨胀土多呈硬塑-坚硬状，自然状态下其抗压变形能力较小，在浸水饱和状态下，膨胀土的承载力几乎成倍下降。

关键词：永仁地区膨胀黏土结构特征工程特性承载力特征值

1引言

膨胀岩土作为一种区域性的特殊岩土，通常产于干旱或半干旱地区，在世界及我国各地普遍存在。膨胀岩土产生膨胀的机理是岩土体内含有亲水矿物（蒙脱石或伊利石等），导致岩土体吸水膨胀、失水收缩干裂，其土体变形受到约束时产生较大的内应力。受地理和气候环境、地质条件特殊性的影响，云南省永仁地区的膨胀土不仅种类多，而且分布也较广。本文主要对云南省永仁地区膨胀土的工程特性进行研究。

云南省永仁地区膨胀土层不仅富含亲水性黏土矿物，具有遇水软化、强度衰弱幅度大的特性，而且也是具有多裂隙结构的土体，这些裂隙在土体中往往具有随机性。膨胀土中的各种裂隙是土体内的应力集中区，裂隙面的强度最低，所以当在外力的作用下将先出现破坏。随着这些裂隙的不断扩展将形成新的应力集中区，若受力产生连续的破坏，各种结构面上的裂隙将连接贯通，形成软弱结构面（带），当阻力小于土体重力及外力的条件下，土体将产生完全破坏。永仁城关中学工程边坡就属于此类。土体的强度一般低于土棱块强度，高于结构面强度，介于地者之间，土体的强度主要受结构面的影响。

2地理位置、气象概况

永仁县位于云南省北部，滇川要塞，跨东经101°14′～101°49′，北纬25°51′～26°30′之间。东临金沙江与四川省会理县隔江相望，南同元谋县毗邻，西南和大姚县接壤，西北与华坪县隔江相望，北连四川省攀枝花市。该区地处云南高原北缘，金沙江狭谷地带，因受河流的强烈切割，地形较为破碎，地势西北高，东南低，中部地势开阔，平均海拔1530—1700米之间。境内最高点为宜就镇大雪山主峰，海拔2884.6米，最低处是永定镇石坎子下的金沙江边，海拔925米。该区属亚热带气候，北有小、小凉山为天然屏障，冷空气不易侵入，南受海洋季风的影响，形成冬春干燥，夏秋多雨，干、湿两季分明的气候特点，夏无酷暑，冬无严寒，雨量偏少，日照充足，年平均气温17.7℃,最高28℃,最低-4℃,霜雪期12月至2月，年平均降雨量962.6mm，雨季6月至10月。经对该地区的各种环境、气象、水文等因素及条件的综合分析估算判定，云南省永仁地区大气影响深度大至介于2.5～5m不等，影响深度起伏较大，趋于4.0m。

3膨胀土物理力学性质

3.1膨胀土的分布及成因类型

云南省永仁地区的膨胀土不仅种类之多，而且分布也较广，近几年随着工业、民用建设的增大，随着新建筑场地的不断被开发利用，在云南省永仁地区永仁城关中学和永仁苴却石材民族工艺品厂区域内，以及其周边一带普遍发现膨胀土。对该区内存在的膨胀土的形成原因，岩土工程师们均认为形成于一冰期，多数则认同其形成于冰后期。

3.2膨胀土的地质特征

云南省永仁地区膨胀土层主要分布于永仁城关中学和永仁苴却石材民族工艺品厂区域内，以及其周边一带剥蚀残丘、山前缓坡、山涧沟谷等地段。膨胀土以灰、灰黄、灰白色为主，呈硬塑-坚硬状态，土体内常包有灰白色团块或铁锰质结核体，局部混含约5%～25%的碎石、角砾，偶含巨状块石；碎块石主要为砂岩，土体湿度中等。土体切面稍光滑-光滑，无摇震反应，干强度和韧性高。土体内裂隙发育，且各裂隙的走向、倾角均不相等，局部裂隙斜交剪切较发育，裂隙呈上宽下窄，沿长、深方向具有弯曲、分枝。根据裂隙面的光滑程度的不同，可分为两种类型：一种面平直且光滑，具油脂光泽，滑感较好，即光滑裂隙面；另一种面光滑且带有擦痕,具紫褐色铁锰质微渲染现象,即光滑擦痕裂隙面。两种性质不同的裂隙面倾角一般介于25°～40°。

3.3膨胀土的物理指标特征

为了更好地了解永仁城关中学和永仁苴却石材民族工艺品厂区场地一带的膨胀土的物理力学性质，在各场地内采集Ⅰ、Ⅱ级土试样进行室内的土工试验，试验的设备和方法均依规范要求执行，其试验成果归纳统计列入表1

表1云南省永仁地区膨胀土的基本物理力学指标统计表

从表1可以看出，不同场地内的膨胀土其物理力学性质指标虽然存在一些差异，但差异性较小。永仁城关中学内的膨胀土天然含水率、液限均比永仁苴却石材民族工艺品厂的高，这表明：永仁城关中学内的膨胀土均比永仁苴却石材民族工艺品厂膨胀土裂隙较发育、风化较剧烈些，且与土层埋深有很大关系。同时与全国其他地方膨胀土物理力学性质指标相比也存在一些差异，但差异值不大，且与四川攀枝花膨胀土指标相接近。

3.4膨胀土的胀缩特性

根据不同场地内所取的膨胀土试样进行室内膨胀性试验，试验的设备和方法均依规范要求执行（表2）。

表2云南省永仁地区膨胀土的主要膨胀性指标统计表

从表1、表2中看出，云南省永仁城关中学膨胀土天然含水率平均值为24.39%，其膨胀率平均值为0.62%，而其收缩系数平均值为0.39；永仁苴却石材民族工艺品厂天然含水率平均值为23.66%，其膨胀率平均值为0.59%，而其收缩系数平均值为0.37。不同场地内的膨胀土其膨胀率、收缩系数存在差异性，永仁城关中学比永仁苴却石材民族工艺品厂内的膨胀土其膨胀率平均值要大，而其收缩系数则小；这就说明了前者比后者具有较高的膨胀潜势，而后者的收缩潜势又高于前者，这一点与膨胀土天然含水率是密不可分的。从自由膨胀率和膨胀力来看，两个场地内膨胀土的膨胀潜势存在一定差异，但都介于弱-中等，以中等为主。膨胀土的膨胀趋势显然主要依赖于亲水矿物成分及其含量，不同类型黏土矿物、不同含量及其组合的膨胀土，也必然在其物理力学性质方面反映出明显的差异，这就形成了各种工程性质不同的膨胀土类型的内在机理。

4结论

从原位测试结果及室内土工试验结果可以看出，云南省永仁地区天然状态下的膨胀土力学强度好，地基承载力较高。单从作为一般建（构）筑物地基承载力来讲，不存在问题。但由于膨胀土体中裂隙发育且容易受到外界条件（如干湿季节、气温、季风等）变化的影响进而引起土体反复的胀缩，以至最终改变土体的承载力和抗变形能力，特别是含水率的增加，致其承载力急剧下降；同时，由于是土体含水率、土质及气温等变化的不均匀性，造成地基土体变形的不均匀性，导致上部建筑产生破坏。云南省永仁地区膨胀土已发生多项已建或在建工程不同程度的破坏，例如：永仁城关中学学生宿舍地基基础工程施工期间局部出现裂缝，。另外，场地后边开挖后裂缝密集，局部产生小的滑坡。除此之外，校园内及周围地面开裂，周围以该黏土层作地基的低矮房屋建筑、围墙、挡墙、水泥地面出现交叉裂缝，本文在对云南省永仁地区膨胀土大量的室内、外试验研究的基础上，得出以下主要结论：

（1）根据云南省永仁地区水文、气象资料及相关文献资料并结合规范，经综合分析估算判定，云南省永仁地区膨胀土的大气影响深度大至介于2.5～5m之间，趋于4.0m。

（2）云南省永仁地区膨胀土为冰后期晚期沉积；主要分布于云南省永仁地区永仁城关中学和永仁苴却石材民族工艺品厂及其周边一带。

（3）云南省永仁地区膨胀土能够胀缩的物质基础是土体中含有层间可以吸水膨胀和失水收缩干裂的蒙脱石类矿物，其含量的高低决定了膨胀土的胀缩特性，并与蒙脱石内外表面所吸附的可交换阳离子组成、密度等有密切的关系。

（4）采用自由膨胀率、膨胀力、塑性指数、液限等指标对云南省永仁地区膨胀土进行综合判定认为：云南省永仁地区区内膨胀土等级为弱至中等。

（5）云南省永仁地区膨胀土层具有多裂隙性的结构特征，裂隙的发育导致膨胀土体的强度具有复杂性和衰减性，土体的剪切强度很大程度上受结构面特性控制，具有水稳性极差、遇水软化快、整体效应差等特征。

（6）云南省永仁地区膨胀土具有一定的超固结性，自然状态下呈硬塑-坚硬状态，其抗压变形能力较好，而抗剪能力较差。土中含水率的变化对膨胀土强度及承载力的影响较大，在天然状态下，其力学性质好，强度及承载力急剧下降，饱和状态的承载力几乎是天然状态下的二分之一。

参考文献

［1］寸春发等.攀枝花地区冰区膨胀土的工程特性研究.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院,2011.

［2］中华人民共和国国家标准.膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87）［S］.北京：中国计划出版社，1989.

［3］中华人民共和国行业标准.土工试验方法标准（GB／T50123-1999）［S］.北京：中国水利水电出版社，1999.