韧质裂纹粘土矿物成分

膨胀土的特殊工程性质是受其特殊的矿物成分控制。矿物成分不仅对了解控制膨胀土工程性质的内在因素，探讨其膨胀机理所必需，而且对研究膨胀土性质的改良和加固方法也是必不可少的。

膨胀土的矿物成分包括黏土矿物和碎屑矿物。碎屑矿物中大部分为石英、斜长石和云母（主要是水云母）。碎屑矿物在膨胀土中含量有限，故对其胀缩性质影响不大。

影响膨胀土工程性质主要是黏土矿物。黏土矿物主要为蒙脱石、伊利石和高岭石。它们的共同特点是结晶度低、晶粒微细、胶体特性显著。但因彼此化学成分的不同，这些黏土矿物晶格构造有差异。蒙脱石是一种鳞片状矿物，具有强烈的结构膨胀性；伊利石的结晶格架活动能力比蒙脱石低，仅具有弱膨胀性；高岭石具有牢固的结晶格架，基本不具膨胀性。因此，膨胀土中各种黏土矿物的含量，特别是蒙脱石矿物决定了土的胀缩性能。

关于膨胀土的判别，国内外尚不统一。

原公路路基设计规范（JTJ 013—95）除根据野外地质特征外，把主要黏土矿物成分、大于0.002 mm的黏粒含量、自由膨胀率和胀缩总率作为膨胀土判别及分类的依据。

铁路上将自由膨胀率、蒙脱石含量和阳离子交换量作为膨胀土判别和分类的依据。

膨胀土中离子交换吸附作用是黏土矿物的一种重要物理化学性质，测定膨胀土的阳离子交换性能可以定性地判别组成土的主要黏土矿物类型，从而也能评价土的亲水性、膨胀性和强度等重要性质的综合指标。

韧质裂纹粘土过去在国内外有许多不同的叫法，如裂隙黏土、膨胀黏土、胀缩土、干缩土及超固结黏土等；也有许多以地区命名叫法，如成都黏土、合肥黏土、伦敦黏土、渥太华黏土等，目前已逐渐趋向于统一称谓膨胀土。

膨胀土是新生代第三纪至第四纪晚更新世期间生成的黏性土，在土中，黏土颗粒的含量很多，而黏粒中又有大量亲水性矿物，干缩湿胀十分强烈；而且，由于其形成原因，具有超固结性和多裂隙。

膨胀土的成因环境一般温和湿润，在这种环境条件下，以硅酸盐为主的矿物不断分解，钙被大量淋失，钾离子被次生矿物吸收，形成以伊利石和伊利石-蒙脱石混合物为主的黏性土。膨胀土在我国分布广泛，与其他土类不同的是。膨胀土主要呈岛状分布，根据现有资料，膨胀土在广西、云南、贵州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山东、陕西、江苏和广东等地均有不同范围的分布。国外也一样，如美国，51个州中有膨胀土的州占40个，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，也都有不同程度的分布。

（一）膨胀土现场工程地质特征

1.地形、地貌特征

膨胀土多分布于Ⅱ级以上的河谷阶地或山前丘陵地区，个别处于Ⅰ级阶地。在微地貌方面有如下共同特征：呈垄岗式低丘。浅而宽的沟谷，地形坡度平缓，无明显的自然陡坎；人工地貌，如沟渠、坟墓、土坑等很快被夷平，或出现剥落、“鸡爪冲沟”；在池塘、库岸、河溪边坡地段常有大量坍塌或小滑坡发生；旱季地表出现地裂，长数米至数百米、宽数厘米至数十厘米，深数米，特点是多沿地形等高线延伸，雨季闭合。

2.土质特征

颜色呈黄、黄褐、灰白、花斑（杂色）和棕红等色。

多为高分散的黏土颗粒组成，常有铁锰质及钙质结核等零星包含物，结构致密细腻。一般呈坚硬或硬塑状态，但雨天浸水剧烈变软。

近地表部位常有不规则的网状裂隙。裂隙面光滑，呈蜡状或油脂光泽，有擦痕或水迹，并有灰白色黏土(主要为蒙脱石或伊利石矿物)充填，在地表部位常因失水而张开，雨季又会因浸水而重新闭合。

（二）膨胀土的物理、力学及胀缩性指标

(1)黏粒含量多达35%～85%。其中粒径<0.002mm的胶粒含量一般也在30%～40%范围。液限一般为40%～50%。塑性指数多在22～35之间。

(2)天然含水量接近或略小于塑限，常年不同季节变化幅度为3%～6%，故一般呈坚硬或硬塑状态。

(3)天然孔隙比小，变化范围常为0.50～O.80，云南的较大，为0.7～1.20。同时，其天然孔隙比随土体湿度的增减而变化，即土体增湿膨胀，孔隙比变大；土体失水收缩，孔隙比变小。

(4)自由膨胀量一般超过40%，也有超过100%的。

各地膨胀土的膨胀率、膨胀力和收缩率等指标的试验结果的差异很大。例如就膨胀力而言，同一地点同一层土的膨胀力在河南平顶山为6～550kPa，一般值也在30～250kPa；云南蒙自为10～220kPa，一般值在10～80kPa。同样，收缩率值：平顶山2.7%～8%；蒙自4%～15%。这是因为这些试验是在天然含水量的条件下进行的，而同一地区土的天然含水量随季节及其环境条件而变化。实验证明，当膨胀土的天然含水量小于其最佳含水量（或塑限）之后．每减少3%～5%，其膨胀力可增大数倍，收缩率则大为减小。

(5)关于膨胀土的强度和压缩性。

膨胀土在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，但这种土往往由于干缩，裂隙发育呈现不规则网状与条带状结构，破坏了土体的整体性，降低承载力，并可使土体丧失稳定性。这一点，特别对浅基础、重荷载的情况，不能单纯从“平衡膨胀力”的角度，或小块试样的强度考虑膨胀土地基的整体强度问题。

同时，当膨胀土的含水量剧烈增大（例如，由于地表浸水或地下水位上升）或土的原状结构被扰动时，土体强度会骤然降低，压缩性增高。这显然是由于土的内摩擦角和内聚力都相应减小及结构强度破坏的缘故。已有的国内外技术资料表明，膨胀土被浸湿后，其抗剪强度将降低1/3～2/3。而由于结构破坏，将使其抗剪强度减小2/3～3/4，压缩系数增高1/4～2/3。 2100433B

研究发现，在ZnO中加入ZrO₂后断裂韧性增大，但系统中不存在相变，也无微裂纹生成。因而人们提出机理：在两相或多相材料中，由于相性质失配而引起裂纹在外加粒子周围发生倾斜与弯曲，降低了裂纹扩展的驱动力，从而产生增韧。ZrO₂弥散粒子的加入就像销钉一样锁住裂纹前端，从而阻止裂纹的进一步扩展。因而这种增韧机理也称“针扎作用”。

裂纹偏转是裂纹的非平面扩展现象。在外加粒子随机分布的情况下，所产生的增韧效果取决于外加粒子的稠密度和颗粒形状。颗粒长径比大者（如棒状或片状颗粒）所引起的增韧效果比等轴颗粒好 。2100433B

硬质裂纹粘土过去在国内外有许多不同的叫法，如裂隙黏土、膨胀黏土、胀缩土、干缩土及超固结黏土等；也有许多以地区命名叫法，如成都黏土、合肥黏土、伦敦黏土、渥太华黏土等，目前已逐渐趋向于统一称谓膨胀土。

膨胀土是新生代第三纪至第四纪晚更新世期间生成的黏性土，在土中，黏土颗粒的含量很多，而黏粒中又有大量亲水性矿物，干缩湿胀十分强烈；而且，由于其形成原因，具有超固结性和多裂隙。

膨胀土的成因环境一般温和湿润，在这种环境条件下，以硅酸盐为主的矿物不断分解，钙被大量淋失，钾离子被次生矿物吸收，形成以伊利石和伊利石-蒙脱石混合物为主的黏性土。膨胀土在我国分布广泛，与其他土类不同的是。膨胀土主要呈岛状分布，根据现有资料，膨胀土在广西、云南、贵州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山东、陕西、江苏和广东等地均有不同范围的分布。国外也一样，如美国，51个州中有膨胀土的州占40个，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，也都有不同程度的分布。

粘土质耐火材料的原料为耐火粘土。耐火粘土的矿物组成主要是高岭石，并伴有少量的石英、硫铁矿、金红石一、蜡石及有机物等杂质。耐火愁土的性能主要取决于高岭石，但杂质的危害极大其中危害最大的是Fe₂O₃和TiO₂，它们使砖坯在烧成时产生鼓泡、熔洞及黑斑等缺陷会降低烧成率和制品耐火睦能因此，上述杂质的质量分数应严格控制在：CaO MgO小于0.6%-1.5%. Na₂O K₂O小于1.5%。杂质总的质量分数必须小干6% 。