判定方法与标准

8.3.2　判定方法与标准

国内外判定膨胀土的方法很多，总体来说有物理方法、化学方法与力学方法。物理方法主要以土的粒度组成与稠度性质来判定；化学方法主要以土的矿物成分或化学性质来判定；力学方法主要以膨胀力指标来判定，还有以物理化学与力学性质指标综合判定的。

1）国外的判别方法

（1）前苏联建筑法规判别：

①当土质遇水时，若计算的Π值≥0.3，要考虑土的膨胀性

式中：e_L——液限状态w_L时土的孔隙比，其值e_L＝

e₀——天然状态时土的孔隙比；

G_S——土的相对密度；

G_W——土的密度。

②相对膨胀量（没有荷重）：

式中：h_HC——浸水饱和时，在有侧限条件下，自由膨胀后土样高度；

h₀——天然含水量时土样的原始高度。

③以附加荷重0.32kg／cm²时膨胀量来分类，当膨胀量大于1.5%时，体积变化严重；当膨胀量为0.5%～1.5%时，为临界状态；当膨胀量小于0.5%时，体积变化不严重。

（2）澳大利亚采用不稳定系数I_pt判别：

当I_pt≥1时，要考虑土的膨胀、收缩性，I_pt按下式计算：

式中：ε_ν——土试样线变形量；

ΔPF——与线变形对应的吸附势的变化值。

（3）美国霍尔兹W.G提出自由膨胀率≥50%时，判定为膨胀土。

（4）国外其他分类方法：

①按活动性指数K_A分类，即K_A＞1.25属活动性黏土；0.75＜K_A＜1.25属一般黏土；K_A＜0.75属不活动性黏土。

式中：I_P——土的塑性指数；

C——小于0.002mm粒径含量。

②按液塑限分类，详见表8.2。

③按收缩指标分类，详见表8.3。

表8.2　按液限、塑限指标的膨胀潜势分类

表8.3　缩限、塑限与体积变化关系

2）国内判别方法

（1）《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ 112—87）

该规范以自由膨胀率为判据，特殊情况下可以根据蒙脱石含量占全量的比例确定。自由膨胀率大于40%可判定为膨胀土；或当蒙脱石含量大于7%时，亦可判定为膨胀土。膨胀土具体分级方法见表8.4。

表8.4　膨胀土级别（GBJ 112—87）

（2）铁道部行业标准《铁路工程地质膨胀土勘测规则》（TB 10042—95）

该规范规定膨胀土的判别分初判和详判。初判适用于踏勘与初测阶段，详判适用于定测与施工图设计阶段。

初判土的现场宏观地质特征符合表8.5时，且自由膨胀率F_S≥40%，液限W_L≥40%时，应判定为膨胀土。

表8.5　膨胀土现场宏观特征

详判时，采用自由膨胀率，蒙脱石含量与阳离子交换量三项指标来判定，详见表8.6。当符合其中两项目指标时，应判定为膨胀土。

表8.6　膨胀土的详判指标

注：CEC₁₀₀表示100g干土的阳离子交换量。

铁路系统膨胀潜势的分级见表8.7。

表8.7　膨胀潜势的分级

（3）交通部《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）

规范JTG D30—2004在其条文说明“7.8.1”中阐述“关于膨胀土的判别，国内外尚不统一，根据多年来工程实践中的经验总结和工程地质特征，自由膨胀率大于40%和液限大于40%的黏质土可初判为膨胀土，但这不是唯一的，最终决定的因素是胀缩总率及胀缩的循环变形特性，以及再与其他指标相结合的综合判别方法”。膨胀土的工程地质分类，可参考表8.8所列内容。

表8.8　原《公路路基设计规范》（JTJ 013—95）中的膨胀土工程地质分类

注：胀缩总率为土在50kPa压力下的膨胀率与收缩率之和。

为解决膨胀土地区路基修筑的关键技术问题，交通部在西部科研项目中专门立题进行研究，中交第二公路勘察设计研究院在“膨胀土地区公路勘察设计技术研究”课题中，通过对膨胀土的各种判别分类方法的优缺点、全国膨胀土工程性质及内在关系研究，初步提出了按标准吸湿含水量和塑性指数进行判别与分类的方法，其标准可参考采用。

标准吸湿含水率的物理意义：在标准温度下（通常为25℃）和标准相对湿度下（通常为60%），膨胀土试样恒重后的含水量。标准吸湿含水量与比表面积、阳离子交换量、蒙脱石含量之间存在线性相关的关系。

标准吸湿含水率与比表面积之间的关系式：

w_f＝0.029 8x－0.421 4 （R²＝0.972 4）

标准吸湿含水率与阳离子交换量之间的关系式：

w_f＝0.029 6x－0.491 7 （R²＝0.873）

标准吸湿含水率与蒙脱石含量之间的关系式：

w_f＝0.028 89x＋0.091 8 （R²＝0.945）

膨胀土详判应采用自由膨胀率、标准吸湿含水率、塑性指数三项指标，见表8.9、表8.10。

表8.9　膨胀土的详判指标

注：当符合表中的两项指标时，即应判定为膨胀土。

表8.10　膨胀潜势的分级

注：非膨胀土是指土的膨胀特性未达到膨胀土的程度。

（4）中华人民共和国军用标准《膨胀土地区营房建筑技术规范》（GJB 2129—1994）

该规范规定，自由膨胀率大于或等于40%，并具有膨胀土工程地质特征或环境地质特征之一的黏土应判定为膨胀土；自由膨胀率小于40%大于35%，并具有膨胀土工程地质特征或环境地质特征之一，同时最大体缩率大于或等于8%的黏土，应判定为膨胀土。

式中：δ_sm——最大体缩率（%）；

δ_c′——体膨胀率（%）；

δ_s′——体收缩率（%）。

（5）中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）

该规范规定，当拟建场地及其邻近有胀缩变形而损坏的工程时，应判定该岩土为膨胀岩土，并进行详细调查，分析膨胀岩土对工程的破坏机制：判定是以膨胀与收缩为主，或两者交替变形；估计膨胀力的大小和胀缩等级。具体规定见表8.11。

表8.11　膨胀土地基的胀缩等级

（6）塑性图判别方法

李生林等^［10］建议利用塑性图来判别膨胀土。如图8.5所示，在塑性图A线：I_P＝0.62（w_L－20）以上，液限w_L＞40%即B线以右可判定为膨胀土，在此基础上，按塑性图上的位置或胀缩性指标分类，如表8.12所示。

图8.5　塑性图判别膨胀土

表8.12　胀缩性等级分类

3）判定膨胀土的常用参考指标

判别膨胀土的方法很多，目前判定膨胀土的胀缩等级或膨胀潜势基本上是采用实测指标与行业标准规范规定值进行对比的经验方法。在判别过程中由于影响膨胀土胀缩的指标较多，按各个指标单独判别时，不仅存在着片面性，而且还常常得出相互矛盾的结论。国内有专家学者应用多变量数学分析方法，建立多因子判别函数，用以判别膨胀土，如模糊评判模型等。公路工程中现阶段仍采用试验基础上的几种常用判别指标判定的方法。这几种常用判别参数指标是：

（1）液限w_L≥40%；

（2）塑性指数I_P＞20%；

（3）活动性指数K_A≥0.8；

（4）自由膨胀率F_S≥40%；

（5）胀缩总率e_Ps＞0.7%；

（6）蒙脱石含量占全量的比例≥7%。