土力学详史（每天一点土力学）

定义：土的胀缩性是指黏性土具有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。

比较典型的例子是膨胀土，它是黏粒成分主要由亲水性矿物组成具有显著胀缩性的黏性土。膨胀土的特点一般强度较高，压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的地基土。

研究表明：自由膨胀率能较好地反映土中的黏土矿物成分、颗粒组成、化学成分和交换阳离子性质的基本特征。土中的蒙脱石矿物越多，小于0.002mm 的黏粒在土中占较多份量，且吸附着较活泼的钠、钾阳离子时，自由膨胀率就越大，土体内部积储的膨胀潜势越强，显示出强烈的胀缩性

膨胀土的特点：自由膨胀率较小的膨胀土，膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微；自由膨胀率高的土，具有较强的膨胀潜势，则较多建筑物将遭到严重破坏。自由膨胀率按下式计算：

判定标准：《膨胀土地区建筑技术规范》（GB50112-2013）规定，具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率≥40%的土，应判定为膨胀土：

①裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色黏土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；

②多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；

③常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；

④建筑物裂隙随气候变化而张开和闭合。

定义：土的湿陷性是指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征。

比较典型的是湿陷性黄土，它在我国广泛分布，此外，在干旱或半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇到湿陷性的碎石类土和砂类土，在一定压力作用下浸水后也常具有强烈的湿陷性。

研究表明，黄土的多孔隙结构特征及胶结物质成分（碳酸盐类）是产生湿陷性的内在原因。

黄土是否具有湿陷性，以及湿陷性的强弱程度如何，应按某一给定压力作用下土体浸水后

的湿陷系数值来衡量。 湿陷系数由室内固结试验测定。计算黄土的湿陷系数公式如下：

在固结仪中将原状试样逐级加压到实际受到的压力 P，等它压缩稳定后测得试样高度 h ｐ ，然后加水浸湿，测得下沉稳定后的高度h′ｐ ，设土样的原始高度为 h0，

判定标准：《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）规定：当湿陷系数值<0.015时，应定为非湿陷性黄土；湿陷系数值≥0.015时，应定为湿陷性黄土。

定义：土的冻胀性是指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。

在冰冻季节，因大气负温影响，使土中水分冻结成冻土。 冻土根据其冻融情况分为季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。 季节性冻土是指冬季冻结、夏季全部融化的冻土；若冬季冻结，１～２年内不融化的土层称为隔年冻土；凡冻结状态持续3年或 3 年以上的土层称为多年冻土。

危害：冻土的冻胀会使路基隆起，使柔性路面鼓包、开裂，使刚性路面错缝或折断；冻胀还使修建在其上的建筑物抬起，引起建筑物开裂、倾斜，甚至倒塌。对于工程危害更大的是土层解冻融化后，由于土层上部积聚的冰晶体融化，使土中含水量大大增加，加之细粒土排水能力差，土层软化，强度大大降低。路基土冻融后，在车辆反复碾压下，易产生路面开裂、冒泥，即翻浆现象。冻融也会使房屋、桥梁、涵管发生大量不均匀下沉，引起建筑物开裂破坏。

原因：土发生冻胀一般是指土中水分向冻结区迁移或积聚的后果。当土层中温度降到负温时，土中的自由水首先在0℃时冻结成冰晶体，随着气温的继续下降，弱结合水的最外层也开始冻结，这样就使冰晶体周围土中的结合水膜减薄，土粒就产生剩余的分子引力。同时，结合水膜的减薄，使得水膜中的离子浓度增加，又加强了渗透压力（即当两种水溶液的浓度不同时，会在它们之间产生一种压力差，使浓度较小溶液中的水向浓度较大的溶液渗透）。

在这两种力的作用下，附近未冻结区水膜较厚处的结合水，被吸引到冻结区的水膜较薄处。一旦水分被吸引到冻结区后，水即被冻结，使冰晶体增大，而不平衡引力继续存在。若未冻结区存在着水源（如地下水位较高）和水源补给通道（即毛细通道），则未冻结区的水分就会不断地向冻结区迁移积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土体发生隆胀，即冻胀现象。这种冰晶体的不断增大，一直要到水源的补给断绝后才停止。

此外，土的冻前天然含水量也是制约季节性冻土的冻胀类别的重要条件。在《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ 118-2011）和《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中，确定基础埋深时，必须考虑地基土的冻胀性。地基土的冻胀性分类，根据土名、冻前天然含水量、地下水位以及土的平均冻胀率，可将季节性冻土与多年冻土季节融化层土分为：I级不冻胀、Ⅱ级弱冻胀、Ⅲ级冻胀、IV级强冻胀、V级特强冻胀5类。冻土层的平均冻胀率应按下式计算：