隨著經濟建設的發展，膨脹土因在形貌上和工程性質上的特殊作用和破壞作用的嚴重性，越來越引起巖土工程界的廣泛的重視。為消除、減小膨脹土危害，提高其工程適用性，人們開展了卓有成效的研究。50年代初，我國在修建成渝鐵路工程中，首次遇到成都黏土膨脹危害問題，從而拉開了我國膨脹土研究的序幕。70年代中期，我國開展了大規模的膨脹土普查工作，建立了科學研究試驗基地，開展了卓有成效的研究，取得了一定的科研成果和工作經驗。80年代，我國制定了膨脹土地區建筑技術規范。膨脹土的研究已經從一個國家或地區的研究逐漸發展成為世界性的共同課題。到目前為止，已經先后召開了7次國際膨脹土研究與工程會議，在膨脹土的成分、結構、強度、膨脹機理以及變形等方面取得了許多很有價值的研究成果和工作經驗，掌握了許多處理方法，改性膨脹土由于具有較好的性價比而受到重視。
1 膨脹土的危害及改性措施
1.1 膨脹土的危害。膨脹土是土中黏粒成分主要由親水礦物(主要是蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石等)組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特征的黏性土。
由于膨脹土液限、塑限和塑性指數較大，在天然含水量的情況下常處于較堅硬的狀態，具有很強的吸水性、高塑性以及快速崩解和劇烈的膨脹性，常常給膨脹土地區的工程建設造成嚴重的破壞，給人民的財產造成巨大的損失。膨脹土造成的破壞是長期的、反復的和潛在的，對鐵路、公路及建筑物的危害很嚴重，全世界每年造成的損失達50億美元以上。我國由于膨脹土地基致害的建筑面積達1000平方米左右。主要表現在其上構造物的過量變形和邊坡的穩定性遭到破壞。過量變形是由于含水量的變化使膨脹土地基土體體積發生變化，對其上的構造物造成危害;對邊坡的破壞作用主要是由于水分侵入風化帶內發育的裂隙中，使黏土顆粒間聯結力削弱并吸水膨脹，其產生的橫向膨脹應變能使土體沿滑面向坡腳產生位移，使膨脹土開裂、崩解，強度衰減而產生滑坡。
1.2 改性措施。目前膨脹土在工程施工中的改性措施主要有：
1)換填土。換填土是膨脹土路基處理中最簡單而且有效的方法，換填土方法雖然行之有效，但會造成極大的浪費以及對環境造成污染，故此法不足取。
2)包裹法。膨脹土的膨脹是有一定條件的，在其含水量一定的情況下，它并不會隨意膨脹。因此，可利用土工布或黏性土將膨脹土進行包裹，避免膨脹土與外界大氣直接接觸，盡量減少膨脹土內部的含水量的變化。此方法處理成本不高，經濟性較好。但沒有從根本上解決問題，且不易把握，容易出現質量隱患。
3)改性處理。常用的有水泥、石灰或其他固化材料改性處理方法，其原理是通過與膨脹土進行物理和化學反應，以達到降低膨脹土的膨脹潛勢，增加強度和提高水穩定性，以達到改善膨脹土的力學性能的目的。此種方法處理成本較高，但處理問題徹底，且不會對環境造成危害。
2 石灰粉煤灰改性試驗研究
2.1 土料備制。為了保證取得的土樣是研究區域內典型的膨脹土，試驗中所用到的所有膨脹土土樣都是導師根據研究區內品質土的外貌特征和地質情況，親自到現場指導取樣，取得土樣屬于典型的膨脹土。
取土回來后把其放入烘箱烘干，然后過0.5mm、2mm、5mm 篩，分別把這3種不同粒徑的土放到保鮮膜中，并貼上標簽，以便區分。把篩過的土樣放在通風干燥處保存，避免潮濕。
2.2 石灰粉煤灰改性機理。膨脹土中加入石灰后，二者發生復雜的物理和化學作用 ，包括陽離子交換、Ca(OH)2 膠凝結晶、碳酸化作用、火山灰反應和固結作用。Ca(OH)2 離解后的Ca2+與粘土膠體顆粒反離子層上的K+、Na+ 進行交換，膠體吸附層減薄，膠體顆粒發生聚結，生成棒狀、纖維結晶體，結晶體不斷生長與膠體構成膠凝--結晶體網架結構，使石灰的獲得初級的水穩性;Ca(OH)2與水作用形成的含水晶體相互吸引，使粘土顆粒股結成整體;形成 CaC03過程的碳酸化反應和形成硅酸鈣、鋁酸鈣過程的火山灰反應改變了膨脹土的力學性質，其強度和水穩定性大大提高， 膨脹性也得到控制。隨著結晶網格結構的生成，逐漸向結晶縮合結構轉化，起強度不斷增大，漲縮性下降。同時，生石灰的硝化反應放出大量的熱，從而降低了土中的含水量;生成的Ca(OH)2 體積比CaO體積大一倍，進一步固結了土體。
摻入粉煤灰可充分降低塑性指數，減少縮裂，增大膠凝作用，提高抗沖刷能力。
試驗的摻灰量從7%～11%，每相鄰的摻灰量之間相差2%。 試驗方法是按照《公路土工試驗規程》(JTJ051-93)進行。土的液限和塑限采用液限塑限聯合測定法測定;擊實試驗采用輕型擊實法;剪切試驗采用快剪試驗;固結試驗采用單軸固結儀法;膨脹試驗為自由膨脹率試驗和無荷膨脹量試驗。對試驗所得到的數據進行整理，并用Excel繪制相應的曲線圖。
2.3 石灰粉煤灰改性土的試驗研究
利用粉煤灰對膨脹土進行改性，并對其物理性質試驗、力學試驗、和特殊性質試驗的研究，并于原裝土及擾動土進行比較，從而確定改性膨脹土的各項性能指標，以作為工程設計與施工的參考依據。
經過多種改性試驗方案的分析比較，綜合考慮石灰+粉煤灰改性效果和經濟成本，結合相關試驗規范，本試驗采用石灰作為添加劑摻入膨脹土中進行改性試驗。對三種配比土體進行了試驗研究，分別為：配比一：石灰粉煤灰7%(石灰：粉煤灰=70%：30%)，水16%;配比二：石灰粉煤灰9%(石灰：粉煤灰=70%：30%)，水17%;配比三：石灰粉煤灰11%(石灰：粉煤灰=70%：30%)，水18%。
(1)剪切試驗。以剪應力為τ為縱坐標，剪切位移ΔL為橫坐標，繪制e-l曲線如圖，取各個曲線的峰值點作為該級荷載下的抗剪強度，以垂直壓力P為橫坐標抗剪強度τ為縱坐標，繪制τ-P 直線如圖所示，縱坐標上的截距為黏聚力C，直線的傾角為內摩擦角φ。
各個配比在100KPa、200 KPa、300 KPa、400 KPa荷載時剪應力與剪切位移關系。
(2)固結試驗。測定土體在側限條件下受荷時的穩定固結量及固結過程，繪制固結曲線。固結試驗每個配比分別取3個試樣，施加12.5KPa、25KPa、50 KPa、100 KPa、200 KPa 、300 KPa、400 KPa 、600 KPa垂直荷載。
(3)滲透試驗。通過土樣的滲流在變化的水壓力影響下進行的滲透試驗。
原狀土的平均滲透系數為：0.226*10-4(cm/s)。
配比一的平均滲透系數為：0.195*10-4(cm/s);配比二的平均滲透系數為：0.07*10-4(cm/s);配比三的平均滲透系數為：0.05*10-4(cm/s)。
3 結 論
通過采用摻灰法對膨脹土進行土性的改良，對比所有的試驗結果可以得出以下結論：
1.摻灰量對壓縮性的影響。在擊實功相同的情況下，改良土的壓縮系數所著摻灰量的增加而減小，也就是水摻灰可以使膨脹土的壓縮性降低。
2.摻灰量對強度的影響。在擊實功相同的情況下，摻石灰粉煤灰對土的抗剪強度有明顯的影響，摻灰量可以提高土的CBR值，這說明石灰粉煤灰可以明顯提高膨脹土的強度指標。各種抗剪強度與垂直壓力的關系曲線如圖13。
從圖13的對比可以看出，石灰粉煤灰改性膨脹土摻灰量從7%—9%剪切強度隨著摻灰量的增大而增大;當摻灰量為11%時剪切強度稍微有所下降，但幅度較小。但在實際施工過程中，為了在較低的成本下獲得更好的施工效果，需要不斷的優化膨脹土、石灰粉煤灰、水三者之間的比例，使之達到最優組合。
3.膨脹土摻入石灰粉煤灰可以明顯降低漲縮性，摻入少量可以大大降低膨脹土的漲縮性，隨著摻入量的增加，土的膨脹性仍然降低，但是降低的幅度不大，且趨于穩定。
由于試驗條件及試驗時間的關系，對改性的試驗研究的還不是很充分，從試樣的制作到試驗方法的掌握上還有不盡如人意的地方，而這都會直接或間接的影響試驗結果。盡管如此，得到的數據還是有一定的代表性的，它還是從總體上揭示了膨脹土的各種性能指標的變化趨勢。希望本研究能為當今膨脹土的改性研究提供合理的借鑒
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