压实膨润土膨胀变形的分形计算方法

项国圣，姜 昊，徐永福

（上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200030）

1 引言

压实膨润土因具有极低的渗透性、极高的吸附性和膨胀自愈性能，是理想的缓冲回填材料[1－2]。计算膨润土膨胀特性常用的理论为双电层（DDL）理论[3－5]。然而采用DDL理论计算膨胀特性具有一定的局限性。Tom等[6]指出，DDL理论低估了蒙脱石的初始膨胀变形，在初始阶段DDL理论与试验数据之间有所偏离。

Laird[7]总结出膨润土的膨胀有6种过程：晶体膨胀、双电层膨胀、蒙脱石颗粒的分解与形成过程、交换性阳离子的分层、体积协同膨胀和布朗膨胀。Liu[8]认为，压实膨润土的膨胀状态可分为晶层膨胀和双电层膨胀，而其他过程对于压实膨润土膨胀状态不重要，并指出DDL理论在研究双电层扩散时具有较好的实用性，能准确计算膨润土的膨胀特性，但对于晶体膨胀的情况，DDL理论计算误差较大。

DDL理论预测膨润土的膨胀性质时将膨润土颗粒的表面作为光滑平板，但实际上膨润土表面具有复杂的形貌。膨润土在纯水中的吸水膨胀过程与膨润土的表面特性密切相关。Xu等[9]指出，单位体积蒙脱石吸附的水的体积与垂直上覆压力p 之间的关系为，式中Vw为膨润土浸水饱和稳定时所吸收的水的体积，Vm为膨润土中蒙脱石的体积，Ds为膨润土的表面分维。根据此关系可推导出一定压力下的膨润土的最大膨胀率计算公式，并通过试验验证该方法在计算压实膨润土膨胀特性时吻合度较好。然而在该关系中未能给出系数K 的明确物理意义及其有效计算方法，限制了该方法在计算膨润土膨胀性质中的广泛应用。……