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摘要：对于粘土的认识和利用，在生活和生产中都有大量的实例，但近代研究大多偏向于贮藏量的调查和开发利用的工作，对其化学和物理性质变化及变异研究得较少，目前这方面开始受到国内外相当大的重视。本次科研项目主要研究的是成都粘土的物理力学性质，包括其密度、天然含水率、膨胀性指标、抗剪强度等，探讨成都粘土的工程性质以及与环境间的相互影响，从而形成对成都粘土的系统认识。
关键词：粘土 成都 膨胀性 环境效应
一、研究背景及意义
成都粘土是一种特殊的粘性土，呈现棕黄色夹杂白色，颗粒成分以黏粒为主，黏粒矿物主要由伊利石、蒙脱石组成，另含少量石英、高岭石等，由于亲水性矿物含量较多，因此具有较强的胀缩性，此外，它还具有超固结性、裂隙性、不均匀性等工程特性。由于这些工程特性，使建造在其上的铁路工程以及一些工业与民用建造工程都发生过不少地基事故，导致建筑物开裂变形，严重者使得一些建筑物全拆重建。
成都粘土属于岷江三级阶地上的的沉积物。在成都市东郊和新都县以南分布面积最广, 其厚度因地貌影响变化较大，直接覆盖在白垩系砂岩、页岩之上。成都粘土的宏观地质特征:成都粘土在平面上大面积分布于成都市东郊至龙泉山麓,沉积厚度不等,但在垂直剖面上没有明显的沉积间断。一般2～7m,最厚可达20m左右。
本次研究的意义在于：1.粘土矿物分布广泛，占地球沉积岩岩石圈和风化壳总量近一半，因此，它与人类赖以生存和活动的地球表层的演化历史和规律研究有着密切的关系；2.粘土科学的进步无疑将促进与当今人们亟待解决的环境污染、能源问题有关的环境科学的发展；3.随着科学技术的发展，粘土在工农业生产和科技方面的使用日益广泛，从日常生活用品到尖端技术领域，依赖于粘土原料，推动和促进了粘土科学的发展。其中本次研究的重点——粘土与环境之间的相互影响更是一个创新点。
二、研究内容
本次试验取样以成都粘土为主，为了形成对比及参考，选取其裂隙壁发育的灰白色粘土和云南红土为对照。围绕着这三种试样，通过多种试验、多种方法、多种仪器对其进行物理力学方面的分析研究。在研究粘土与环境相互影响方面，主要集中在水因素的影响。
1、物理性质
一般土的密度为1.60～2.20g/cm3，试样最后用环刀法测定密度为2.04g/cm3，较为大，说明成都粘土天然样较为密实，孔隙比较低，可能处于超固结状态。由于膨胀土的粘粒含量较高，而且粘粒又多为蒙脱石、伊利石，因此液限和塑性指数都高，土的天然含水率与土的塑限比较接近，一般为18～28%，土在天然状态下常处于硬塑及坚硬状态。通过烘干法实际测得其含水率为14.6%。
2. 膨胀
膨胀土的膨胀变形可分为三个阶段, 第一阶段为膨胀加速阶段, 此阶段膨胀土遇水后急剧膨胀变形, 膨胀土的大部分膨胀变形在此阶段内完成；第二阶段为膨胀衰减阶段, 随膨胀时间的推移, 膨胀变形趋势减缓；第三阶段为膨胀平稳阶段, 膨胀土的膨胀潜能在此阶段发挥殆尽, 历时较长但膨胀变形较小。
探究其深层次原因，试样在自然条件下远没有达到饱和含水率，土颗粒之间的孔隙大多数并没有被水分填充，所以其膨胀性并没有充分体现出来；在加水的初始阶段，水分迅速进入孔隙，矿物的膨胀性体现出来，所以这一阶段试样的膨胀速率较大；随着水分的填充，要进入更内部的孔隙较为困难，且此时大多数矿物的膨胀性已经体现出来，所以膨胀速率逐渐减慢；平稳阶段，基本所有的孔隙都被水分填充，矿物都已经过膨胀，最后趋于稳定。
按岩土工程基本术语标准(GB/T50279-98)中定义,膨胀力是土体在不允许侧
向变形条件下充分吸水,保持土体不发生竖向膨胀所施加的最大压力值。试验过程中采用加载平衡法，最后测得PSW=20.51KPa。
3、力学指标
天然试样的抗剪强度参数有：内摩擦角和粘聚力c，通过直接剪切试验就可以测定，试验中采用快速直接剪切，最后绘制出抗剪强度线（图1）。得出试样的内摩擦角=6.20粘聚力c=53.868kPa。
在残余剪切试验中，通过对已经剪切破坏的试样不固结不排水重复快速剪切，最后趋于稳定，得到其残余强度（图2）。试验结果为：在相同垂直压力的条件下，随着剪切次数的增多，试样的抗剪强度逐渐降低，且趋于稳定值：在相同剪切次数的条件下，随着垂直压力的增大，残余抗剪强度依次增大。
粘性土的抗剪强度由内摩擦角和粘聚力两部分构成。内摩擦力主要由土粒之间的表面摩擦力和由于土粒之间的连锁作用而产生的咬合力所构成，粘聚力则主要由土粒之间的水膜受到相邻土粒之间的点分子引力以及土中化合物的胶结作用而形成。而在重复剪切过程中，随着剪切变形的发展，土颗粒排列转向，呈平行于剪切面的定向排列，所以残余抗剪强度逐渐降低并且趋于稳定。
图1 抗剪强度线 图2 残余强度线
根据上述实验，得出成都粘土是一种具有裂隙性、不均匀性以及中等偏弱的胀缩性等工程特性的特殊土。天然状态下，它具有较高的地基强度，如果设计施工得当，它不失为一种较好的地基土或上工材料。然而，由于土体中裂隙发育及软弱结构面的存在不仅影响其强度，而且也容易导致边坡的失稳。
在与环境因素相互影响中，主要研究水因素方面，一方面，由于成都粘土的特殊性，在地下水较为丰富的地区，主要控制遇水膨胀问题；另一方面，地下水在运动过程中，由于受到弱透水性的成都粘土影响，会很大程度上改变其流动与分布。
参考文献：
[1]孔德坊.裂隙性粘土[M].北京：地质出版社.
[2]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京：中国建筑工业出版社.
[3]姚华彦等. 侧限条件下膨胀土膨胀试验研究[J]. 水电能源科学, 2010年7月, 第28卷(第7期).
[4] 颜光辉. 成都地区膨胀土力学特性试验研究 [D]. 西南交通的大学, 2013年5月.
[5] 余颂. 膨胀土判别与分类指标及方法研究[D]. 中国科学院研究生院, 2006年5月.
关键词：粘土 成都 膨胀性 环境效应
一、研究背景及意义
成都粘土是一种特殊的粘性土，呈现棕黄色夹杂白色，颗粒成分以黏粒为主，黏粒矿物主要由伊利石、蒙脱石组成，另含少量石英、高岭石等，由于亲水性矿物含量较多，因此具有较强的胀缩性，此外，它还具有超固结性、裂隙性、不均匀性等工程特性。由于这些工程特性，使建造在其上的铁路工程以及一些工业与民用建造工程都发生过不少地基事故，导致建筑物开裂变形，严重者使得一些建筑物全拆重建。
成都粘土属于岷江三级阶地上的的沉积物。在成都市东郊和新都县以南分布面积最广, 其厚度因地貌影响变化较大，直接覆盖在白垩系砂岩、页岩之上。成都粘土的宏观地质特征:成都粘土在平面上大面积分布于成都市东郊至龙泉山麓,沉积厚度不等,但在垂直剖面上没有明显的沉积间断。一般2～7m,最厚可达20m左右。
本次研究的意义在于：1.粘土矿物分布广泛，占地球沉积岩岩石圈和风化壳总量近一半，因此，它与人类赖以生存和活动的地球表层的演化历史和规律研究有着密切的关系；2.粘土科学的进步无疑将促进与当今人们亟待解决的环境污染、能源问题有关的环境科学的发展；3.随着科学技术的发展，粘土在工农业生产和科技方面的使用日益广泛，从日常生活用品到尖端技术领域，依赖于粘土原料，推动和促进了粘土科学的发展。其中本次研究的重点——粘土与环境之间的相互影响更是一个创新点。
二、研究内容
本次试验取样以成都粘土为主，为了形成对比及参考，选取其裂隙壁发育的灰白色粘土和云南红土为对照。围绕着这三种试样，通过多种试验、多种方法、多种仪器对其进行物理力学方面的分析研究。在研究粘土与环境相互影响方面，主要集中在水因素的影响。
1、物理性质
一般土的密度为1.60～2.20g/cm3，试样最后用环刀法测定密度为2.04g/cm3，较为大，说明成都粘土天然样较为密实，孔隙比较低，可能处于超固结状态。由于膨胀土的粘粒含量较高，而且粘粒又多为蒙脱石、伊利石，因此液限和塑性指数都高，土的天然含水率与土的塑限比较接近，一般为18～28%，土在天然状态下常处于硬塑及坚硬状态。通过烘干法实际测得其含水率为14.6%。
2. 膨胀
膨胀土的膨胀变形可分为三个阶段, 第一阶段为膨胀加速阶段, 此阶段膨胀土遇水后急剧膨胀变形, 膨胀土的大部分膨胀变形在此阶段内完成；第二阶段为膨胀衰减阶段, 随膨胀时间的推移, 膨胀变形趋势减缓；第三阶段为膨胀平稳阶段, 膨胀土的膨胀潜能在此阶段发挥殆尽, 历时较长但膨胀变形较小。
探究其深层次原因，试样在自然条件下远没有达到饱和含水率，土颗粒之间的孔隙大多数并没有被水分填充，所以其膨胀性并没有充分体现出来；在加水的初始阶段，水分迅速进入孔隙，矿物的膨胀性体现出来，所以这一阶段试样的膨胀速率较大；随着水分的填充，要进入更内部的孔隙较为困难，且此时大多数矿物的膨胀性已经体现出来，所以膨胀速率逐渐减慢；平稳阶段，基本所有的孔隙都被水分填充，矿物都已经过膨胀，最后趋于稳定。
按岩土工程基本术语标准(GB/T50279-98)中定义,膨胀力是土体在不允许侧
向变形条件下充分吸水,保持土体不发生竖向膨胀所施加的最大压力值。试验过程中采用加载平衡法，最后测得PSW=20.51KPa。
3、力学指标
天然试样的抗剪强度参数有：内摩擦角和粘聚力c，通过直接剪切试验就可以测定，试验中采用快速直接剪切，最后绘制出抗剪强度线（图1）。得出试样的内摩擦角=6.20粘聚力c=53.868kPa。
在残余剪切试验中，通过对已经剪切破坏的试样不固结不排水重复快速剪切，最后趋于稳定，得到其残余强度（图2）。试验结果为：在相同垂直压力的条件下，随着剪切次数的增多，试样的抗剪强度逐渐降低，且趋于稳定值：在相同剪切次数的条件下，随着垂直压力的增大，残余抗剪强度依次增大。
粘性土的抗剪强度由内摩擦角和粘聚力两部分构成。内摩擦力主要由土粒之间的表面摩擦力和由于土粒之间的连锁作用而产生的咬合力所构成，粘聚力则主要由土粒之间的水膜受到相邻土粒之间的点分子引力以及土中化合物的胶结作用而形成。而在重复剪切过程中，随着剪切变形的发展，土颗粒排列转向，呈平行于剪切面的定向排列，所以残余抗剪强度逐渐降低并且趋于稳定。
图1 抗剪强度线 图2 残余强度线
根据上述实验，得出成都粘土是一种具有裂隙性、不均匀性以及中等偏弱的胀缩性等工程特性的特殊土。天然状态下，它具有较高的地基强度，如果设计施工得当，它不失为一种较好的地基土或上工材料。然而，由于土体中裂隙发育及软弱结构面的存在不仅影响其强度，而且也容易导致边坡的失稳。
在与环境因素相互影响中，主要研究水因素方面，一方面，由于成都粘土的特殊性，在地下水较为丰富的地区，主要控制遇水膨胀问题；另一方面，地下水在运动过程中，由于受到弱透水性的成都粘土影响，会很大程度上改变其流动与分布。
参考文献：
[1]孔德坊.裂隙性粘土[M].北京：地质出版社.
[2]刘特洪.工程建设中的膨胀土问题[M].北京：中国建筑工业出版社.
[3]姚华彦等. 侧限条件下膨胀土膨胀试验研究[J]. 水电能源科学, 2010年7月, 第28卷(第7期).
[4] 颜光辉. 成都地区膨胀土力学特性试验研究 [D]. 西南交通的大学, 2013年5月.
[5] 余颂. 膨胀土判别与分类指标及方法研究[D]. 中国科学院研究生院, 2006年5月.