韌質(zhì)裂紋粘土概述

韌質(zhì)裂紋粘土過去在國內(nèi)外有許多不同的叫法，如裂隙黏土、膨脹黏土、脹縮土、干縮土及超固結(jié)黏土等；也有許多以地區(qū)命名叫法，如成都黏土、合肥黏土、倫敦黏土、渥太華黏土等，目前已逐漸趨向于統(tǒng)一稱謂膨脹土。

膨脹土是新生代第三紀(jì)至第四紀(jì)晚更新世期間生成的黏性土，在土中，黏土顆粒的含量很多，而黏粒中又有大量親水性礦物，干縮濕脹十分強(qiáng)烈；而且，由于其形成原因，具有超固結(jié)性和多裂隙。

膨脹土的成因環(huán)境一般溫和濕潤，在這種環(huán)境條件下，以硅酸鹽為主的礦物不斷分解，鈣被大量淋失，鉀離子被次生礦物吸收，形成以伊利石和伊利石-蒙脫石混合物為主的黏性土。膨脹土在我國分布廣泛，與其他土類不同的是。膨脹土主要呈島狀分布，根據(jù)現(xiàn)有資料，膨脹土在廣西、云南、貴州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山東、陜西、江蘇和廣東等地均有不同范圍的分布。國外也一樣，如美國，51個州中有膨脹土的州占40個，此外在印度、澳大利亞、南美洲、非洲和中東廣大地區(qū)，也都有不同程度的分布。

關(guān)于膨脹土的判別，國內(nèi)外尚不統(tǒng)一。

原公路路基設(shè)計規(guī)范（JTJ 013—95）除根據(jù)野外地質(zhì)特征外，把主要黏土礦物成分、大于0.002 mm的黏粒含量、自由膨脹率和脹縮總率作為膨脹土判別及分類的依據(jù)。

鐵路上將自由膨脹率、蒙脫石含量和陽離子交換量作為膨脹土判別和分類的依據(jù)。

膨脹土中離子交換吸附作用是黏土礦物的一種重要物理化學(xué)性質(zhì)，測定膨脹土的陽離子交換性能可以定性地判別組成土的主要黏土礦物類型，從而也能評價土的親水性、膨脹性和強(qiáng)度等重要性質(zhì)的綜合指標(biāo)。

膨脹土的特殊工程性質(zhì)是受其特殊的礦物成分控制。礦物成分不僅對了解控制膨脹土工程性質(zhì)的內(nèi)在因素，探討其膨脹機(jī)理所必需，而且對研究膨脹土性質(zhì)的改良和加固方法也是必不可少的。

膨脹土的礦物成分包括黏土礦物和碎屑礦物。碎屑礦物中大部分為石英、斜長石和云母（主要是水云母）。碎屑礦物在膨脹土中含量有限，故對其脹縮性質(zhì)影響不大。

影響膨脹土工程性質(zhì)主要是黏土礦物。黏土礦物主要為蒙脫石、伊利石和高嶺石。它們的共同特點是結(jié)晶度低、晶粒微細(xì)、膠體特性顯著。但因彼此化學(xué)成分的不同，這些黏土礦物晶格構(gòu)造有差異。蒙脫石是一種鱗片狀礦物，具有強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)膨脹性；伊利石的結(jié)晶格架活動能力比蒙脫石低，僅具有弱膨脹性；高嶺石具有牢固的結(jié)晶格架，基本不具膨脹性。因此，膨脹土中各種黏土礦物的含量，特別是蒙脫石礦物決定了土的脹縮性能。

（一）膨脹土現(xiàn)場工程地質(zhì)特征

1.地形、地貌特征

膨脹土多分布于Ⅱ級以上的河谷階地或山前丘陵地區(qū)，個別處于Ⅰ級階地。在微地貌方面有如下共同特征：呈壟崗式低丘。淺而寬的溝谷，地形坡度平緩，無明顯的自然陡坎；人工地貌，如溝渠、墳?zāi)埂⑼量拥群芸毂灰钠?，或出現(xiàn)剝落、“雞爪沖溝”；在池塘、庫岸、河溪邊坡地段常有大量坍塌或小滑坡發(fā)生；旱季地表出現(xiàn)地裂，長數(shù)米至數(shù)百米、寬數(shù)厘米至數(shù)十厘米，深數(shù)米，特點是多沿地形等高線延伸，雨季閉合。

2.土質(zhì)特征

顏色呈黃、黃褐、灰白、花斑（雜色）和棕紅等色。

多為高分散的黏土顆粒組成，常有鐵錳質(zhì)及鈣質(zhì)結(jié)核等零星包含物，結(jié)構(gòu)致密細(xì)膩。一般呈堅硬或硬塑狀態(tài)，但雨天浸水劇烈變軟。

近地表部位常有不規(guī)則的網(wǎng)狀裂隙。裂隙面光滑，呈蠟狀或油脂光澤，有擦痕或水跡，并有灰白色黏土(主要為蒙脫石或伊利石礦物)充填，在地表部位常因失水而張開，雨季又會因浸水而重新閉合。

（二）膨脹土的物理、力學(xué)及脹縮性指標(biāo)

(1)黏粒含量多達(dá)35%～85%。其中粒徑<0.002mm的膠粒含量一般也在30%～40%范圍。液限一般為40%～50%。塑性指數(shù)多在22～35之間。

(2)天然含水量接近或略小于塑限，常年不同季節(jié)變化幅度為3%～6%，故一般呈堅硬或硬塑狀態(tài)。

(3)天然孔隙比小，變化范圍常為0.50～O.80，云南的較大，為0.7～1.20。同時，其天然孔隙比隨土體濕度的增減而變化，即土體增濕膨脹，孔隙比變大；土體失水收縮，孔隙比變小。

(4)自由膨脹量一般超過40%，也有超過100%的。

各地膨脹土的膨脹率、膨脹力和收縮率等指標(biāo)的試驗結(jié)果的差異很大。例如就膨脹力而言，同一地點同一層土的膨脹力在河南平頂山為6～550kPa，一般值也在30～250kPa；云南蒙自為10～220kPa，一般值在10～80kPa。同樣，收縮率值：平頂山2.7%～8%；蒙自4%～15%。這是因為這些試驗是在天然含水量的條件下進(jìn)行的，而同一地區(qū)土的天然含水量隨季節(jié)及其環(huán)境條件而變化。實驗證明，當(dāng)膨脹土的天然含水量小于其最佳含水量（或塑限）之后．每減少3%～5%，其膨脹力可增大數(shù)倍，收縮率則大為減小。

(5)關(guān)于膨脹土的強(qiáng)度和壓縮性。

膨脹土在天然條件下一般處于硬塑或堅硬狀態(tài)，強(qiáng)度較高，壓縮性較低，但這種土往往由于干縮，裂隙發(fā)育呈現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀與條帶狀結(jié)構(gòu)，破壞了土體的整體性，降低承載力，并可使土體喪失穩(wěn)定性。這一點，特別對淺基礎(chǔ)、重荷載的情況，不能單純從“平衡膨脹力”的角度，或小塊試樣的強(qiáng)度考慮膨脹土地基的整體強(qiáng)度問題。

同時，當(dāng)膨脹土的含水量劇烈增大（例如，由于地表浸水或地下水位上升）或土的原狀結(jié)構(gòu)被擾動時，土體強(qiáng)度會驟然降低，壓縮性增高。這顯然是由于土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力都相應(yīng)減小及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破壞的緣故。已有的國內(nèi)外技術(shù)資料表明，膨脹土被浸濕后，其抗剪強(qiáng)度將降低1/3～2/3。而由于結(jié)構(gòu)破壞，將使其抗剪強(qiáng)度減小2/3～3/4，壓縮系數(shù)增高1/4～2/3。 2100433B

研究發(fā)現(xiàn)，在ZnO中加入ZrO₂后斷裂韌性增大，但系統(tǒng)中不存在相變，也無微裂紋生成。因而人們提出機(jī)理：在兩相或多相材料中，由于相性質(zhì)失配而引起裂紋在外加粒子周圍發(fā)生傾斜與彎曲，降低了裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動力，從而產(chǎn)生增韌。ZrO₂彌散粒子的加入就像銷釘一樣鎖住裂紋前端，從而阻止裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展。因而這種增韌機(jī)理也稱“針扎作用”。

裂紋偏轉(zhuǎn)是裂紋的非平面擴(kuò)展現(xiàn)象。在外加粒子隨機(jī)分布的情況下，所產(chǎn)生的增韌效果取決于外加粒子的稠密度和顆粒形狀。顆粒長徑比大者（如棒狀或片狀顆粒）所引起的增韌效果比等軸顆粒好 。2100433B

硬質(zhì)裂紋粘土過去在國內(nèi)外有許多不同的叫法，如裂隙黏土、膨脹黏土、脹縮土、干縮土及超固結(jié)黏土等；也有許多以地區(qū)命名叫法，如成都黏土、合肥黏土、倫敦黏土、渥太華黏土等，目前已逐漸趨向于統(tǒng)一稱謂膨脹土。

膨脹土是新生代第三紀(jì)至第四紀(jì)晚更新世期間生成的黏性土，在土中，黏土顆粒的含量很多，而黏粒中又有大量親水性礦物，干縮濕脹十分強(qiáng)烈；而且，由于其形成原因，具有超固結(jié)性和多裂隙。

膨脹土的成因環(huán)境一般溫和濕潤，在這種環(huán)境條件下，以硅酸鹽為主的礦物不斷分解，鈣被大量淋失，鉀離子被次生礦物吸收，形成以伊利石和伊利石-蒙脫石混合物為主的黏性土。膨脹土在我國分布廣泛，與其他土類不同的是。膨脹土主要呈島狀分布，根據(jù)現(xiàn)有資料，膨脹土在廣西、云南、貴州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山東、陜西、江蘇和廣東等地均有不同范圍的分布。國外也一樣，如美國，51個州中有膨脹土的州占40個，此外在印度、澳大利亞、南美洲、非洲和中東廣大地區(qū)，也都有不同程度的分布。

粘土質(zhì)耐火材料的原料為耐火粘土。耐火粘土的礦物組成主要是高嶺石，并伴有少量的石英、硫鐵礦、金紅石一、蠟石及有機(jī)物等雜質(zhì)。耐火愁土的性能主要取決于高嶺石，但雜質(zhì)的危害極大其中危害最大的是Fe₂O₃和TiO₂，它們使磚坯在燒成時產(chǎn)生鼓泡、熔洞及黑斑等缺陷會降低燒成率和制品耐火睦能因此，上述雜質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)嚴(yán)格控制在：CaO MgO小于0.6%-1.5%. Na₂O K₂O小于1.5%。雜質(zhì)總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須小干6% 。