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作为开挖介质时则可能在开挖体边坡产生滑坡失稳现象。
我国铁路部门在总结膨胀土地区修建铁路时，有“逢堑必滑，无堤不塌”的说法。
据估算，在八十年代以前，全世界每年因膨胀土造成的损失至少在50亿美元以上，中国每年因膨胀土造成的各类工程建筑物破坏的损失也在数亿元以上。
膨胀土对工程建设的危害往往具多发性、反复性和长期潜在性。
膨胀土对公路工程的危害主要体现在如下两个方面：
1、路基问题
由于膨胀土具有很高的粘聚性，当含水量较大时，一经施工机械搅动，将粘结成塑性很高的巨大团块，很难晾干。
随着水分的逐渐散失，土块的可塑性降低，由于粘聚性的继续作用，土块的力学强度逐步增大，从而使土块坚硬，难于击碎、压实。
因此，如果含水量高的膨胀土直接用作路基填料，将会增加施工难度，延长工期，并且质量难以保证。
膨胀土路基遇雨水浸泡后，土体膨胀，轻者表面出现厚10cm左右的蓬松层，重则在50-80cm深度范围内形成“橡皮泥”；
若在干燥季节，随着水分的散失，土体将严重干缩龟裂，其裂缝宽度约1-2cm，裂缝深度可达30-50cm，雨水可通过裂缝直接灌入土体深处，使土体膨胀湿软，从而丧失承载能力，且由于膨胀土具有极强的亲水性，土体愈干燥密实，其亲水性愈强，膨胀量愈大，当膨胀受到约束时，土体中会产生膨胀力，当这种膨胀力超过上部荷载或临界荷载时，路基出现严重的崩解，从而造成路基局部坍塌、隆起或裂缝。
归结起来，就是低强度和反复的胀缩变形危害路基的稳定和变形。
2、边坡问题
在膨胀土地区，无论是路堑或路堤，极其普遍而严重的边坡变形，都是其它土质路基中所罕见的。
膨胀土地区的公路线上，由于大气物理风化作用和湿胀干缩效应，边坡土块崩解，土体抗剪强度衰减，而造成边坡的溜塌、滑坡等变形病害现象十分突出，而常常使路基的坚实性和稳定性遭受破坏，造成路基失稳，影响行车安全。
膨胀土边坡变形和破坏常常具有反复性和长期潜在性的特点。
膨胀土地区路基工程的稳定性，已成为当前公路工程地质中一个不可忽视的重
要研究课题，结合实际工程，研究膨胀土的工程特性，进而提出相应的工程措施与施工控制标准具有重要的理论意义和工程应用价值。
膨胀土的工程性质的主要特性如下。
膨胀土的裂隙性
多裂隙性是膨胀土的典型特征，多裂隙构成的裂隙结构体及软弱结构面产生了复杂的物理力学效应，大大降低了膨胀土的强度，导致膨胀土的工程地质性质恶化。
长期以来，膨胀土裂隙一直是人们的重点研究内容，但由于膨胀土裂隙演化的不确定性和随机性，其研究进展缓慢，定量化程度低。
膨胀土中普遍发育的各种形态裂隙，按其成因可分为两类，即原生裂隙和次生裂隙，而次生裂隙可分为：
风化裂隙、减荷裂隙、斜坡裂隙和滑坡裂隙等。
原生裂隙具有隐蔽特征，多为闭合状的显微裂隙，需要借助光学显微镜或电子显微镜观察。
次生裂隙则具有张开状特征，多为宏观裂隙，肉眼下即可辨认。
次生裂隙一般又多由原生裂隙发育发展而成，所以，次生裂隙常具有继承性质。
膨胀土中的垂直裂隙，通常是由于构造应力与土的胀缩效应产生的张力应变形成，水平裂隙大多由沉积间断与胀缩效应所形成的水平应力差而产生。
裂隙面上黏土矿物颗粒具有高度定向性，常见有镜面擦痕，显蜡状光泽。
裂隙面大多有灰白色黏土，薄膜成条带，富水软化，使土的裂隙结构具有比较复杂的物理化学和力学特性，严重影响和制约着膨胀土的工程特性。
膨胀土中普遍存在2～3组以上的裂隙，形成各种各样的裂隙结构体。
一般而言，从裂隙组合的形状看，膨胀土中的裂隙在平面上都表现为不规则的网状多边形裂隙特征及裂隙分岔现象。
网格状多边形裂隙在膨胀土中分布最广，裂隙将膨胀土体切割成一定几何形态的块体，例如棱柱体、短柱体、鳞片状及块状等，可将土体层层分割，使膨胀土体具有不连续特征。
这类裂隙存在各种规模和间距，并且同等级的裂隙一般近似表现出等间距的形式。
实际上，自然地质环境中的膨胀土裂隙具有随机分形特征，大都由不同规模和间距的网状裂隙组成，形成一系列大小不一致的多边形块体，虽然看起来杂乱无章，但具有统计意义上的自相似性。
膨胀土的风化作用强烈，胀缩作用频繁，加剧了膨胀土裂隙的变形和发展，使土中原生裂隙逐渐显露张开，并不断加宽加深，由于地质作用的不均匀性，膨胀土裂隙经常产生分岔现象。
膨胀土裂隙的存在，破坏了膨胀土的均一性和连续性，导致膨胀土的抗剪强度产生各向异性特征，且易在浅层或局部形成应力集中分布区，产生一定深度的强度软弱带。
膨胀土的多裂隙结构，首先切割土体产生机械破碎，同时，在原先裂隙的基础上又发育了风化裂隙，这就加剧了土体的破碎与破坏程度，使膨胀土具备了物理风化与化学风化的天然破碎条件。
裂隙的发育为水的渗入与蒸发创造了良好通道，促进了水在土中的循环，一方面加剧了土体的干缩湿胀效应，引起土体的变形和破碎；
另一方面，有限的淋溶进一步促使化学风化的进行，有利于土体中伊利石和蒙脱石的形成。
这种后期的化学风化作用在裂隙结构面上表现最为活泼，其主要标志是在膨胀土中的裂隙面上，普遍发育有灰白色次生蒙脱石黏土条带或薄膜，有的富集呈块。
显然，这使膨胀土的亲水性大大增强，常表现在裂隙面上灰白黏土的吸水性要比两侧土体高得很多，膨胀性与崩解性也同样增强，这对于土体的稳定性是十分不利的。
膨胀土中各种特定形态的裂隙，是在一定的成土过程和风化作用下形成的，产生裂隙的原因主要是由于膨胀土的胀缩特性，即吸水膨胀失水干缩，往复周期变化，导致膨胀土土体结构松散，形成许多不规则的裂隙。
裂隙的发育又为膨胀土表层的进一步风化创造条件，同时，裂隙又成为雨水进入土体的通道，含水量的波动变化反复胀缩，从而又导致裂隙的扩展。
另外，膨胀土的裂隙发育程度，除受膨胀土的物质组成和成土条件控制外，还与开挖土体的时间和气候条件密切相关，卸荷（或开挖）土体中的应力状态发生变化也产生裂隙，或促进裂隙的张开和发展。
膨胀土的胀缩性
从土质学观点，膨胀土由于具有亲水性，只要与水相互作用，都具有增大其体积的能力，土体湿度也同时随之增加。
膨胀土吸水体积增大而产生膨胀，可使建筑在土基上的道路或其它建筑物产生隆起等变形破坏。
如果土体在吸水膨胀时受到外部约束的限制，阻止其膨胀，此时则在土中产生一种内应力，即为膨胀力或称膨胀压力。
与土体吸水膨胀相反，倘若土体失水，其体积随之减小而产生收缩，并伴随土中出现裂隙。
膨胀土体收缩同样可造成其土基的下沉及道路的开裂等变形破坏。
十分清楚，由于膨胀土－水体系中水介质的变化而引起土中内应力的改变，从而导致土体积的膨胀与收缩。
假如只有膨胀土的存在，而没有水介质参与相互作用，或土中含水量保持恒定，不发生水分的迁移变化时，所谓土的膨胀与收缩都将不可能显示。
有的即使在膨胀土－水体系中出现含水量增加的现象，如若土中产生的膨胀力不能突破外部荷载的阻抗，同样也不可能见到有土体积膨胀的现象发生。
然而，此时在土体内部确是积储了相当的膨胀潜势，一旦膨胀力突破外部阻抗或外部荷载在某种条件下被解除，土体则即刻显示其强烈的膨胀。
同样，在膨胀土－水体系中，如果含水量已经小到一定程度，即土体已处于比较干燥的状态，此时含水量即使再继续减小，其土体积的收缩也将是很微弱的，然而，一旦吸水则膨胀却十分惊人。
由此可见，膨胀土的膨胀与收缩变形的产生，实际上是土中水分的得与失而引起土体积的变化。
不过，膨胀土中水分的得失变化是一个相当复杂的物理－化学－力学效应作用的过程。
它除了取决于膨胀土本身的物质组成与微结构特征，同时，还与膨胀土所处环境条件有密切关系。
地表水与地下水的动态变化可引起土中水分的变化，气候（大气降雨、蒸发、温度）的变化可促使土中水分的迁移、变化，水的渗漏可导致土中水分增加，热力传导可促进土中水分散失，这些都将直接引起膨胀土胀缩变形的产生。
膨胀土的黏土矿物成分中含有较多的蒙脱石、伊利石和多水高岭石，这类矿物具有较强的与水结合的能力，吸水膨胀、失水收缩，并具膨胀－收缩－再膨胀的往复胀缩特性，特别是蒙脱石含量直接决定其膨胀性能的大小，因此，黏土矿物的组成、含量及排列结构是膨胀土产生膨胀的首要物质基础，极性分子或电解质液体的渗入是膨胀土产生膨胀的外部作用条件。
膨胀土的胀缩机理问题亦是黏土矿物与极性水组成的两相介质体系内部所发生的物理－化学－力学作用问题。
膨胀岩土的膨胀性能与其矿物成分、结构连结类型及强度、密实度等密切相关。
胶结连结有抑制膨胀的作用，胶结强度越高，越不利于膨胀的发生和发展。
结构的疏密程度也影响膨胀量的大小。
在力的作用下产生的扩容膨胀效应则在于扩容改变了膨胀岩土的结构连结和密实程度，从而使膨胀量发生变化。
扩容膨胀效应随力学作用程度不同而各异。
当力学作用未使膨胀岩土的胶结连结发生大的改变，则扩容后的膨胀效应不明显，膨胀以物化作用为主。
当力学作用破坏了部分原始胶结连结时，膨胀抑制力有所减弱，膨胀势得以充分发挥，从而促进物化作用膨胀进一步发展。
膨胀土的抗剪强度特性
抗剪强度特性既是土体抗剪切破坏能力的表征,同时也是验算路基边坡稳定性能的重要参数。
其取值受膨胀土胀缩等级、含水量、上覆压力、填筑条件等的影响,其中含水量是主要影响因素。
其变化规律是:
土体胀缩等级越高,Φ值降低时C值变化不大;
土体含水量变小,抗剪强度增大;
上覆压力增大,C、Φ的值均增大;
填筑土体干容重越大,抗剪强度越高,土体含水量越大,抗剪强度越低。
但击实土在膨胀后,C、Φ的最大值却出现在最佳含水量击实到最大干重量的时候。
膨胀土的风化特性
膨胀土路基长期暴露在大气环境中,尤其受环境水分变化的影响,极易在表层部分碎裂泥化,形成表面松散层,强度降低。
大气环境对膨胀土的风化作用随土层深度的增加而减弱。
可通过分析土体内的含水量变化来取得风化深度的近似值,国内有关资料认为,在降雨量和蒸发量差别不大的地区,大气风化作用深度一般为1m左右,但对于长期干旱地区则可达3m以上,因而风化深度对研究膨胀土路基边坡的稳定性具有重要意义。
二、膨胀土分类方法
无数工程建设的实践经验告诉我们，把膨胀土误认为普通的非膨胀土，实际上等于给工程建筑物埋下祸根，事后成为建筑物产生严重病害的隐患；
反之，如果把普通的非膨胀土错划为膨胀土，则必将增加建筑物的大量工程措施。
前者将造成重大工程事故，后者将造成工程的极大浪费，同样都会造成巨大的损失。
膨胀土并不可怕，可怕的是由于判别错误，没有对其采取措施，因而导致工程事故的发生。
因
此，在膨胀土地区进行工程建设，首先必须正确区分膨胀土与非膨胀土，划分膨胀土的类别和等级，然后确定建筑物的设计原则及其相应的工程措施，这是一个很重要的问题。
膨胀土判别的目的是为了正确区分膨胀土与非膨胀土的界限，以便将膨胀土与其它土类区别开来。
对膨胀土进行分类，则是在已经判别为膨胀土的基础上，对膨胀土进行再判别，从而将工程性质基本相同的膨胀土进一步划分为同一类型，工程性质相差较大的划分为不同类型，为工程建设提供合理的参数和科学依据。
膨胀土分类的工程意义在于：
（1）确定工程处理措施；
（2）预测可能出现的问题。
关于膨胀土的判别与分类，近几年，国内外开展了大量的研究工作，提出了许多判别与分类方法。
但，目前还没有一个单一指标能充分表述作为工程环境或工程结构体一部分的膨胀土的复杂性态，因此，一些因素的某种组合来对膨胀土进行判别与分类是十分必要的。
常见的膨胀土分类方法
目前，国内外膨胀土分类的方法很多，不同的研究者提出了不同的标准，所选择的指标和标准也不一，其中具有代表性的分类方法分述如下。
2.1美国垦务局法（USBR法）
将膨胀土胀缩等级分为四级,评价指标为塑性指数、缩限、膨胀体变、小于0.001mm胶粒含量，分类标准见表
2.2美国膨胀土分类标准
指标塑性指数缩限/%膨胀体变/%胶粒含量（<
0.001mm）/%
极强>
35<
11>
30>
28
强25~417~1220~3020~31
中5~2810~1610~2013~23
弱<
18>
15<
10<
15
2.3杨世基法
杨世基将膨胀土胀缩等级分为三级，评判指标为液限、塑性指数、胀缩总率、吸力、CBR膨胀量，评判标准见表
膨胀土胀缩等级－杨世基法
级别液限/%塑性指数胀缩总率/%吸力/kPaCBR膨胀量/%
强>
60>
35>
4>
440>
3
中50~6025~352~4160~4402~3
弱40~5018~250.7~2100~1601~2
2.4国家标准《膨胀土地区建筑技术规范》（GBJ112-87）判别法
膨胀土的工程地质特征表现为：
（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（槽）易发生坍塌等；
（4）建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。
判别指标：
自由膨胀率Fs≥40％。
膨胀土的膨胀潜势等级：
按自由膨胀率大小划分膨胀土的膨胀潜势，如表
膨胀土的膨胀潜势
自由膨胀率Fs/%膨胀潜势
40≤Fs＜65弱
65≤Fs＜90中等
Fs≥90强
2.5按最大胀缩性指标进行分类
柯尊敬认为，一个适合的胀缩性评价指标必须全面反映土的粒度组成和矿物成分，以及宏观与微观结构特征的影响，同时能消除土的温度和密度状态的影响，即不随土湿度和密度状态的变化而变化，而且还要适应胀缩土各向异性的特点。
因此，推荐用直接指标，即用最大线缩率δsv′，最大体缩率δv′，最大膨胀率δep′等作为分类指标，判别标准见下表。
这里，最大线缩率与最大体缩率是天然状态的土样膨胀后的收缩率与体缩率，最大膨胀率是天然状态土样在一定条件下风干后的膨胀率。
按最大膨胀性指标分类
指标弱膨胀土中膨胀土强膨胀土极强膨胀土
最大线缩率δsv′/%2~55~88~11＞11
最大体缩率δv′/%8~1616~2323~30＞30
最大膨胀率δep′/%2~44~77~10＞10
2.6按自由膨胀率与胀缩总率进行分类
根据胀缩性指标，综合国内有关专家提出划分类别的界限值归纳如下表。
表中对于地基土按线胀缩总率δes进行评价时，其膨胀率是在50kPa荷载下获得的，因此，膨胀等级划分标准也不一，即强膨胀土
δes>
5%，中膨胀土δes=2%－5%，弱膨胀土δes<
2%，关于胀缩总率的计算公式如下：
δes=δep+λs（ω-ωmin）
δes―线胀缩总率；
δep―土在50kPa荷载的膨胀率（％）；
ω―土的天然含水量
（％）；
ωmin―建筑场地土的最小含水量（％），即旱季含水量平均值；
λs―土的收缩系数，λs=Δδs/Δω；
Δδs―收缩过程中与两点含水量对应的竖向线缩率之差（％）；
Δω―收缩过程中直线变化阶段两点含水量之差（％）。
2.7按自由膨胀率与胀缩总率分类
类别无荷载下体胀缩总率无荷载下线胀缩总率线膨胀率缩限含水量状态下的体缩率自由膨胀率
强膨胀土>
8>
23>
80
中膨胀土12-186-82-416-2350-80
弱膨胀土8-124-60.7-28-1630-50
2.8按塑性图判别与分类
塑性图系由A.卡萨格兰首先提出，后来李生林教授作了深入的研究，它是以塑性指数为纵轴，以液限为横轴的直角坐标，如图4.1。
因此，运用塑性图联合使用塑性指数与液限来判别膨胀土，不仅能反映直接影响胀缩性能的物质组成成分，而且也能在一定程度上反映控制形成胀缩性能的浓差渗透吸附结合水的发育程度。
2.9印度对黑棉土的判别分类标准
他们将膨胀土分为4个等级,采用的评判指标为塑性指数、收缩指数、胶粒含量、液限、膨胀率、膨胀势、差分自由膨胀率,其分类方法如图1所示。
2.10南非威廉姆斯对膨胀土的分类
采用塑性指数及小于2Lm颗粒的成分含量作为评判指标,对膨胀土分为极高、高、中等、低等4级。
具体标准如图2所示。
三、国内外膨胀土路基加固技术
基于对膨胀土工程性质的研究和大量工程实践经验的总结,国内外膨胀土路基加固技术也在逐步发展,主要有以下方法。
3.1换土法
用非膨胀土将膨胀土换掉是一种简易可靠的办法,但对于大面积的膨胀土分布地区显得不经济,且生态环境效益差。
3.2预湿法
在施工前给土体浸水,使土体充分膨胀,并维持其高含水量,使土体体积保持不变,就不会因土体膨胀造成建筑路基破坏,但这种方法无法保证路基所要求的足够强度和刚度。
3.3压实控制法
该法控制膨胀土在低于容重和高含水量下压实可以有效地减少膨胀,但高含水量的膨胀粘土压实很困难,而土体在低于容重下压实其强度较小,同样不能满足工程要求。
3.4全封闭法（外包式路堤）
该法又称包盖法。
在堤心部位填膨胀土,用非膨胀土来包盖堤身。
包盖土层厚不小于1m,并要把包盖土拍紧,将膨胀土封闭,其目的也是限制堤内膨胀土温度变化。
但边坡处往往是施工碾压的薄弱部位。
如果封闭土层与路堤土一道分层填筑压实,并达到同样的压实度,则处理效果会更好一些。
但在实际施工中很难做到。
3.5化学处理法（改性处理）
在膨胀土中掺石灰、水泥、粉煤灰、氯化钙和磷酸等。
通过土与掺入剂之间的化学反应,改变土体的膨胀性,提高其强度,达到稳定的目的。
国内外大量试验表明:
掺石灰的效果最好,由于石灰是一种较廉价的建筑材料,用于改良膨胀土较掺其它材料经济,故这种办法较常用,也“公路路基设计规范”所提倡的方法。
但因膨胀土天然含水量常较大,土中粘粒含量多,易结块,要将大土块打碎后再与石灰搅匀,施工中大面积采用有一定难度。
此外,掺拌石灰施工时易扬尘（尤其掺生石灰）,造成一定环境污染。
但总而言之不失为一种较好且较成熟的方法。
3.6土工格网加固法
土工格网加固法是受加筋土技术用于解决土体稳定加固路基边坡成功的实践所启示,近年来才开始采用的一种新方法。
通过在膨胀土路堤施工中分层水平铺格网,充分利用土工网与填土间的摩擦力和咬合力,增大土体抗剪强度,约束膨胀土的膨胀变形,达到稳定路基的目的。
由于膨胀土路堤的风化作用深度一般在2m以内,所以土中加网长度只需在边坡表面一定范围内,施工方便。
同时,土中加网后可采用较陡的边坡坡率,比正常路堤填筑节省用地,技术和经济效果均好,是一种值得采用和推广的方法。
3．7石灰改良土的改良机理
阳离子交换作用
石灰中的Ca2+与土颗粒表面的阳离子如：
Na+、K+、H+发生交换作用，使土颗粒胶体的双电层中扩散层变薄，土颗粒间结合力增强，土体强度提高，改善土体性质。
由于石灰中的Ca2+与土颗粒表面的阳离子发生交换作用，改变了土颗粒表面的带电性质，从而使胶体颗粒加速絮凝，使小的团粒相互凝聚变成大的团粒。
胶凝作用
石灰中的CaO与土中的SiO2、Al2O3发生反应，生成复杂的化合物，如硅酸钙盐、铝酸钙水化物，产生较强的粘结作用，使改良土的强度提高。
碳酸化作用
改良土中的石灰与空气中的CO2发生钙化反应，生成CaCO3使土硬化，起到了固化土体的作用。
化学作用
由于生石灰与水在熟化过程中，发生吸水、发热、膨胀作用，可以降低土体含水量，促进土体的固结，这也有助于土体强度的提高。
四、石灰改良膨胀土场拌法施工工艺流程
用场拌法改良膨胀土填料进行路基填筑可采用“三阶段、四区段、九流程”的施工工艺组织施工。
4.1施工准备
在施工准备中，除了要做一些常规的准备外，还要做好石灰加工的准备工作，根据设计要求，如果是用生灰改良膨胀土，那么在临时工程规划中，就需考虑安装球磨机等相关石灰加工设备的场地，做好碎土设备、稳定土拌和站的规划建设,并做好相应环境保护工作。
如果是用熟石灰改良膨胀土，应选择一避风近水的场所进行石灰的消解、过筛，并把消解残余物集中堆放，及时清除，做好相应的环境保护工作。
4.2基底处理
按照施工互不干扰的原则，划分作业区段，区段长度宜在100m~200m之间；
然后清除基底表层植被等杂物，做好临时排水系统，并在施工的过程中，随时保持临时排水系统的畅通。
再对基底进行平整和碾压，并利用轻型动力触探仪或K30进行基底试验，经检验合格后方可进行填土。
4.3粉碎拌和
液压碎土机在破碎膨胀土前应清除土中石块及树根等杂物，以免损坏液压碎土机；
然后需检测膨胀土的含水量，当含水量合适时，即可进行粉碎。
用装载机装料倒入碎土机仓斗内，人工配合疏通筛网进行粉碎作业，以免堵塞料斗。
人工配合清理筛余物，并装入料仓内进行二次粉碎。
用输送机把粉碎合格的膨胀土运至稳定土拌和设备的料仓内，用泵把石灰泵入粉料仓内，按照设计给定的施工含灰率，调试稳定土拌和设备，至到满足设计要求为止。
因为石灰扬尘易对拌和设备的润滑部件造成损坏，从而造成计量的不准，含灰率有所改变，所以应定时在出料口检测含灰率，并做出适当调整。
4.4分层填筑
按横断面全宽纵向水平分层填筑压实方法，填筑的松铺厚度由试验段确定。
采用自卸车卸土，应根据车容量和松铺厚度计算堆土间距，以便平整时控制厚度的均匀。
为保证边坡的压实质量，一般填筑时路基两侧宜各加宽50cm左右。
4.5填料精平
填料摊铺平整使用推土机进行初平，然后用压路机进行静压或弱振一遍，以暴露出潜在的不平整，再用平地机进行精平，确保作业面无局部凹凸。
层面控制为水平面，无需做成4%的路拱。
4.6洒水晾晒
改良后膨胀土的填料在碾压前应控制其含水量在由试验段压实工艺确定的施工允许含水
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