一、项目名称：张家口地区膨胀土工程地质特性与灾害防治研究
二、项目来源：河北省交通运输厅科学技术计划项目
三、适用范围：适用在大气作用下膨胀土影响的公路、铁路等构筑物。
四、国内外相关技术现状
    由于膨胀岩对工程的巨大危害，膨胀岩工程地质问题已经引起了广泛重视，国内外自六十年代以来，先后多次召开了膨胀岩土的专题会议，推动了对膨胀岩土的研究。国际岩石力学学会（ISRM）在1980年专门成立了膨胀土(岩)专业委员会，以便有效指导研究工作。1988年，中国工程地质专业委员会召开了“膨胀岩学术讨论会”，促进了国内膨胀岩的研究。1989年国际岩石力学学会公布了“泥质膨胀岩试验建议方法”，试验方法促进了膨胀岩试验的规范。以工程实际需要为基础，世界各国的工程技术人员对膨胀岩土进行了广泛而深入的研究，研究范围涉及膨胀岩的膨胀变形本构关系、微观机理、影响因素、工程危害及防护措施、改良手段等诸多方面，对于膨胀岩的认识逐步深化。随着工程建设发展及膨胀岩的复杂性，也不断有新工程问题暴露，同时也促进了膨胀岩的全面研究。
五、技术内容
1、技术原理
针对张家口地区膨胀土（岩）的现状，结合已有研究资料及公路的养护修建情况，拟定如下研究开发内容：
（1）地质特征分析
本项目在现场调查和资料分析基础上，结合化学分析，对张家口地区膨胀岩分布特征、与其他地层接触关系、构造特征和沉积环境等进行总结分析，并与其他地方典型膨胀岩土进行对比，综合确定在特定的地质环境下，张家口膨胀岩可能产生的膨胀潜势大小。
（2）物理特征及膨胀潜势
张家口地区膨胀土（岩）的工程地质特征的研究是本课题的中心内容和主要部分，研究将主要包括以下几方面：
1）对膨胀岩的胀缩机理进行研究。对膨胀机理研究主要采用X衍射分析、电镜扫描等手段，查明其矿物组成情况及其微观结构特征，对膨胀岩胀缩产生的内在机理进行研究，确定膨胀性矿物含量特征等。
2）通过对液塑限、自由膨胀率、吸水特征等指标进行测试，研究这些指标之间的关系，并提出膨胀岩的膨胀潜势判定方法，综合判定张家口膨胀岩膨胀潜势大小。
3）对膨胀岩的物理特征进行研究。采用了侧限无荷载膨胀率和膨胀力指标来表征膨胀岩膨胀性大小，确定涨缩规律。
（3）力学特征
采用不同的试验方法对张家口膨胀岩的力学性质进行研究，比较不同试验方法下指标之间的关系及特点，推荐工程方便应用指标，并为膨胀岩灾害治理设计提供基本支撑参数。
（4）工程特征和处理措施
在结合现场调查的基础上，给出了推荐坡率。在物理力学试验基础上，对张家口膨胀岩坡率设计进行了评价，指明膨胀岩地区勘察设计应该的注意事项。
2、关键技术或工艺流程
（1）通过野外地质调查、地质填图及结合钻探等方法，查明张家口膨胀岩（土）分布的地质特征，地形地貌特征，并分析地质成因、工程地质特性。
（2）通过室内试验包括电镜扫描、X射线衍射试验、差热分析、室内常规土工试验等手段，查明膨胀土（岩）的成份、微结构特征和膨胀等级、胀缩原理等。
（3）通过室内试验（三轴压缩试验、单轴压缩试验、剪切试验等）查明膨胀性岩土的工程力学特征，并对处理措施进行评价及改进。
3、主要技术指标
（1）硅铝铁比能够表征地层整体成熟度和沉积环境，CaO+Fe2O3含量作为胶结强度指标，两者综合应用可以估计膨胀岩地层的整体膨胀性能，能够为判别大范围膨胀岩的地质特征和膨胀性分布规律提供基本参照。
（2）采用蒙脱石含量、饱和含水率和干燥条件下的最大密度差作为膨胀潜势判定的指标的方法，该方法可以全面反映膨胀岩的膨胀性能和崩解性能，并在一定程度上可以反映膨胀岩的胶结特征。
（3）根据收缩曲线进行面积裂隙率的估计方法。根据裂隙展开特征，估计大气影响深度。
（4）结合张家口膨胀岩的实际情况，应用自然边坡坡率的统计规律，对比规范规定坡率，提出了不同坡高情况下人工边坡坡率的确定方法。
4、技术应用情况
    在张石高速公路张家口段第二标段施工过程中，采用本成果提出的膨胀岩膨胀潜势判定指标及方法，对该路段膨胀土的等级进行了判定，判定表明该段膨胀岩土多为弱~中等膨胀性，根据膨胀性的判定，制定了相应的施工方法。在膨胀岩边坡治理过程中，采用了由该成果提出的膨胀岩力学参数指标，进行了边坡稳定性的校核，对部分路段边坡施工措施进行了调整，原来的浅层滑坡多发路段，现边坡则较稳定。施工后一年多以来，该段公路运行良好，表明该成果提出的判定方法得当，力学参数选用方法合理，为工程膨胀土治理提供很好的支撑作用。
六、推广前景
    目前，各种基础设施建设正在大规模进行，广泛分布的膨胀岩不可避免的会对这些工程形成制约。对于河北省来说，以往膨胀岩土的研究主要集中在邯郸地区，而对张家口膨胀土的研究尚未系统进行。由于张家口地区膨胀性岩土的特殊性，系统的对地质成因、分布范围、工程性质、治理措施进行研究，并对膨胀岩土等级进行评价及提出针对这一地区与公路工程相关的膨胀土灾害防治措施，降低该地区路基边坡病害，保障道路顺利运行无疑具有重要意义，同时也对与之相似的工程病害治理提供经验。