本發(fā)明屬于巖土工程與工程地質及水利水電工程技術領域；更加具體來說是一種宏觀的能夠在施工中判別土體膨脹性等級的方法。
背景技術：
膨脹土是一種特殊巖土體，主要由蒙脫石、伊利石、高嶺土等強親水性黏土礦物組成，表現(xiàn)為多裂隙性、超固結性、強親水性、反復脹縮性等。它是一種吸水膨脹軟化、失水收縮干裂的特殊粘土，極易導致渠道、鐵路、公路邊坡，以及房屋、地下硐室、隧道等結構工程，產(chǎn)生較大的變形、開裂和滑坡等破壞，具有多次反復性和長期潛在危害性。
膨脹土的判別和分類一直是工程界關心的問題，長期以來，許多專家和學者在這方面做了不懈的努力，提出了許多判別和分類方法，如柯尊敬等的最大脹縮性指標分類法，譚羅榮等的風干含水量分類法，李生林等的塑性圖分類法匯，梁俊勛的灰色聚類法，陳新民等的灰色關聯(lián)分析法，金波等的模糊數(shù)學方法等等。目前國內外提出作為判別膨脹土的分類方法和指標頗多，而且至今仍有意見分歧，尚未完全統(tǒng)一。各種方法所采用的判別指標大致可歸納為兩大類：一類反映土的天然結構與狀態(tài)，另一類反映土的物質組成成分與水的相互作用。前一類指標要求采用原狀土樣測定，故測定方法往往較多地受到條件限制，后一類指標反映土粒的基本特性，采用擾動樣品即可測得，測定條件較簡便易行，故采用較多。全國第二次膨脹土專題會議制定了膨脹土專門的判別方法，提出自由膨脹率Fs≥40％為膨脹土的主要判別指標，以液限WL≥40，液性指標IL≤0.25為參考判別指標，但在這三個指標中，影響自由膨脹率的因素較多，特別是受介質pH值和介質的濃度影響甚大，試驗操作方法對自由的測定也有一定的影響。
國標《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)和《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)中均以自由膨脹率大于或等于40％作為膨脹土的判別標準。其中《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)中提出膨脹土一般具有下列特征：a)裂隙發(fā)育，常有光滑面與擦痕，有的裂隙中充填灰白、灰綠色粘土，在自然條件下呈硬塑狀態(tài)；b)多出露于二級或二級以上的階地、山前丘陵和盆地邊緣，地形平緩，無明顯陡坎；c)常見淺層滑坡、地裂，新開挖的坑槽壁易發(fā)生坍塌；d)房屋裂縫隨氣候變化張開和閉合。具備以上條件可以判定為膨脹土。根據(jù)室內試驗，自由膨脹率≥40％時定為膨脹土，40<δef≤65定為弱膨脹土，65<δef≤90定為中膨脹土，δef≥90％定為強膨脹土。在特殊情況下，尚可以根據(jù)蒙脫石含量確定，當蒙脫石含量≥7％時可以判定為膨脹土。在交通部部頒現(xiàn)行《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30-2004)中采用粘粒含量小于2μm的百分比和自由膨脹率及膨脹總率三個指標，把膨脹土分為強膨脹土、中膨脹土和弱膨脹土三個級別。
界限含水量可以反映土粒與水相互作用的靈敏度，在一定程度上反映了土的親水性能。它與土的顆粒組成、粘土礦物成分、陽離子交換性能、土的分散度和比表面積，以及水溶液的性質等有著十分密切的關系。通常有液限、塑限、縮限3個定量指標。
脹縮總率反映膨脹土粘土礦物成分和結構特征。粒度組成反映膨脹土物質組成特性，土中小于0.005μm的粘粒與小于0.002μm膠粒成分的含量愈高，表明蒙脫石成分較多，分散性越好，比表面積大，親水性強，膨脹性愈大。
自由膨脹率反映土的吸水膨脹能力，與粘粒含量、礦物成分、表面電荷等有關。
比表面積和陽離子交換量與膨脹土中蒙脫石粘土礦物成分的含量、顆粒組成有著密切的關系。礦物成分不同，必然在其物理化學、力學和水理性質方面反映出明顯的差異。當膨脹土蒙脫石的含量達到5％時，即可對土的脹縮性和抗剪強度產(chǎn)生明顯的影響，蒙脫石含量超過30％時，則土的脹縮性和抗剪強度基本由蒙脫石控制。
1964年南非土木工程研究所Vander Merwe利用塑性指數(shù)、≤2μm粘粒含量、粘土活性三個因素，建立粘土膨脹土膨脹勢判別圖，很快得到了同行的認可。該方法1980年經(jīng)Williams和Donadson修正后，在國際上得到了廣泛的應用。在理論上，塑性指數(shù)是粘性土物質成分(粘土礦物、粘性含量)和物理化學活性的綜合影響的結果。同時該方法又突出了粘粒含量(≤2μm)和活性(IP與≤2μm粘粒含量之比)的控制作用。根據(jù)粘土膨脹勢判別圖把粘土膨脹勢劃分為低、中等、高、很高四級；
國內外判別巖土膨脹性的指標和方法較多，歸納起來有單指標、多指標、綜合指標三大類，常用的單指標有：膨脹率、膨脹力、自由膨脹率、液限、塑限、縮限、蒙脫石等礦物含量、粘粒含量等直接指標和吸水指標、活動指數(shù)和脹縮系數(shù)等間接指標等；多指標則是其中幾個指標的組合，如張金富提出的膨脹巖多指標判別法，建議采用蒙脫石+伊利石礦物含量(>20％)、自由膨脹率(>35％)、液限(>35％)、膨脹力(>100kPa)、小于2μm的粘粒含量(>20％)、風化巖試塊吸水率(≥20％)作為判別膨脹巖的標準；綜合指標方法更為廣泛，如西方國家采用較多的塑性圖法、BP網(wǎng)絡神經(jīng)法、灰色聚類法、最大脹縮性指標分類法、模糊數(shù)學法等、等效數(shù)值法等。
上述眾多指標都從某個角度反映了土體的膨脹性能，但在工程應用時同時測試所有指標不僅耗時耗人力，也將造成很大浪費。2005-2009年，曾對南水北調中線歷年完成的上萬組試驗數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)不同試驗指標之間，大部分都有很好的相關性，如自由膨脹率與粘粒含量、塑限、液限、蒙脫石含量、縮限、脹縮總率等之間相關性都在0.9以上，因此，采用自由膨脹率單指標基本可以反映土體的膨脹性。
目前，我國現(xiàn)行的《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)和《公路土工試驗規(guī)程》(JTG E40-2004)等土工試驗規(guī)程中均以體積法來測試土樣品的自由膨脹率：以人工制備的松散的，干燥的試樣，在純水中膨脹穩(wěn)定后的體積增量與原體積之比，用百分數(shù)表示。另外，國內也有部分學者提出通過測試土壤電導率，根據(jù)膨脹巖粘土礦物的自由電荷使粘土礦物具有一系列化學、物理特性的原理，利用電荷數(shù)量與膨脹巖的膨脹性之間具有的相關性，建立土壤自由膨脹率與電導率的關系曲線圖，從而間接測試判定土體的膨脹等級的方法。
膨脹土工程特性極為復雜，由于膨脹巖土不均一，膨脹性空間變化較大，巖性、膨脹性、裂隙發(fā)育特征以及水文地質條件等變化頻繁，受勘察精度及膨脹土沉積環(huán)境的控制，地質條件可能存在較大變化，工程實施過程中需要根據(jù)膨脹等級，及時調整處理方案和處理強度。因此需要研究巖土膨脹等級的快速判別技術，以滿足設計方案的優(yōu)化和快速施工的要求。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術的不足之處，而提出一種宏觀的能夠在施工中判別土體膨脹性等級的方法。
本發(fā)明一種宏觀的能夠在施工中判別土體膨脹性等級的方法；它包括如下具體步驟：
①、項目實施前準備：在一個新工作區(qū)開展現(xiàn)場快速判別前，選擇具代表性的試樣進行自由膨脹率室內試驗，建立膨脹性與巖性、土體結構、顏色、裂隙發(fā)育特征等之間的關系；
②、宏觀指標選?。含F(xiàn)場試樣的選取和鑒定按照如下具體的明顯特征，依次進行選取試樣和進行評分；
(2.1)、地貌X1：膨脹土地區(qū)的主要地貌形態(tài)為孤山、崗地、山前平原、河流一，二級階地、河床等；
從地形地貌上而言：分布在崗頂崗坡者一般為中膨脹土或巖，崗頂表層一般分布弱膨脹土，崗凹一般為弱膨脹土，大型河流兩側平原一般為弱膨脹土，河間地塊一般分布為中膨脹土；
下述為具體地貌的評分；崗頂7-8分；崗坡4-7分；崗坡腳3-5分；崗間凹地0-3分；河間地塊6-8分；沖積平原4-7分；平原前緣4-5分；平原后緣6-7分；II級階地2-4分，I級階地0-2分；在現(xiàn)場施工過程中，上述地貌單元選擇其中一類進行賦分；
(2.2)、地層X2；土體的膨脹性及膨脹等級與土體所處的時代及巖性有密切相關；在顆粒組成基本相同的情況下，不同時代土體膨脹性順序為N>Q1>Q2>Q3>Q4，其中N代表新近系，Q為第四系；即地層越老，膨脹性越強；
下述為具體的賦分；Q4 0分；Q3 3-4分；Q2 6-7分；Q1 7-8分；地表殘坡積Q：3-5分；
(2.3)、巖性X3：不同巖性的巖土體膨脹性順序為：黏土>粉質黏土>粉質壤土>壤土>泥質粉砂；
粉質壤土0-3分；粉質黏土4-6分；黏土7-10分，壤土0-2分；泥質粉砂0-1分；
(2.4)、大裂隙發(fā)育程度：土體的膨脹性越強，裂隙越發(fā)育，條數(shù)越多，土體的膨脹性越低，裂隙越低，條數(shù)越低；
盡管同一膨脹等級的膨脹巖土裂隙發(fā)育有差異，但隨著膨脹性增強，裂隙發(fā)育密度存在統(tǒng)計意義上的增大趨勢。
非膨脹土土體裂隙不發(fā)育或者條數(shù)越少；
弱膨脹土大裂隙不發(fā)育，灰白色黏土條帶較少，因為含較多的粉粒，土體結構相對松散，開挖面平整度好，開挖渣料粒度小，旱季開挖時很少出現(xiàn)大土塊；
中膨脹土體大裂隙和長大裂隙發(fā)育，裂隙多呈光滑鏡面，裂隙面分布灰白色黏土，土體密實堅硬，開挖面可見到較多的裂隙面，開挖渣料存在較多10-20cm的土塊；
強膨脹土裂隙極發(fā)育，裂隙面光滑，開挖坡面遍布裂隙面，開挖渣料主要呈扁形塊體，天然情況下含水量較高，呈硬可塑狀；
裂隙密度作為判斷的基本因子，長大裂隙作為補充因子，總分不超過10分；
(X4)：X4＜0.4條/m2(或<1條/m)，0-3分；X4＝0.4-1條/m2(或1-5條/m)，5-7分；X4＞1條/m2(或>5條/m)，8-10分；長大裂隙長度＜5m時，評分總體上+0分；長大裂隙長度為5-10m時；評分總體上+1分；長大裂隙長度＞10m時；評分總體上+2分；
(2.5)、顏色X5：棕黃色、姜黃色、桔黃色、紫紅色黏性土為中膨脹土，淺黃色、灰黃色、褐黃色、褐色為弱膨脹土，灰白色、灰綠色為中-強膨脹性，白色黏性土一般具強膨脹性；
Q1為棕紅色、淺磚紅色4-6分；磚紅色、紫紅色7-9分；青灰色7-10分；
Q2為灰褐色、黃褐色、灰色、棕紅色2-4分；黃色、姜黃色、棕黃色、褐黃色4-7；棕黃色夾青灰色或灰綠色6-8分；灰綠色或青灰色8-10分；
Q3為淺黃色、土黃色、灰黃色0-3分；褐黃色、灰褐色3-5分；棕黃色夾灰綠色5-7分；
dlQ為第四系不明時代坡積物且顏色灰褐色、褐色、灰黃色時；賦分為2-4分；
(2.6)、鈣質結核X6；鈣質結核是地層形成以后在大氣環(huán)境作用下的產(chǎn)物，其形成條件與氣候環(huán)境、土層化學成分、地層水文地質特性等相關；
鈣質結核普遍存在于膨脹巖土體中，一般呈姜狀，具同心圓結構，大小不一，最大直徑可達20cm，一般直徑3-8cm；一般來說，
若土體開挖發(fā)現(xiàn)有鈣質結核必定為膨脹土，膨脹土中含鈣質結核越多，膨脹性越強；有成層鈣質結核分布的具中等膨脹性；土體中分布有零星的鈣質結核一般具弱膨脹性；Q2、Q1中膨脹土一般分布有鈣質結核及鈣質結核層，Q3一般含少量風化鈣質結核；若Q3土體分布有原地鈣質結核層者多為中等膨脹土；Q2、Q1第一層鈣質結核層或富集層以上一般為弱膨脹土，第一層鈣質結核層或富集層以下為中等膨脹土；地表不明時代地層一般少含鈣質結核或不含，為弱膨脹土；
層內鈣質結核含量沒有的0-3分；層內鈣質結核含量零星3-4分；層內鈣質結核含量富集5-6分；在層內鈣質結核含量富集層下方6-8分；層內鈣質結核含量富集層上方3-5分；
(2.7)、開挖坡面及開挖渣料特征X7；開挖坡面平整度好，無或極少有長大裂隙面分布，開挖渣料松散且小于10cm比例超過70％，賦分0-4分；
開挖坡面存在有裂隙面構成的凹坑，大和長大裂隙較發(fā)育，開挖渣料小于10cm比例在50％左右，土塊堅硬，賦分5-7分；
開挖坡面因大量裂隙而凹凸不平，開挖過程易出現(xiàn)塊體失穩(wěn)或小規(guī)模崩塌，土塊或硬塑或可塑狀，開挖渣料多數(shù)為裂隙切割而成的多面體，賦分8-10分；
(2.8)水文地質特征(X8)：弱膨脹土因含較多的粉粒，富水性和滲透性相對較強，工程開挖時通常在坡面上有地下水滲出，
在下部分布中、強膨脹土時，沿巖性界面形成帶狀滲水現(xiàn)象，因此在開挖邊坡線狀滲流點以上地層一般為弱膨脹土，在開挖邊坡線狀滲流點以下地層一般為中膨脹土；中、強膨脹土在渠道開挖過程中，往往只有零星的、局部的滲水現(xiàn)象，且滲水現(xiàn)象持續(xù)時間較短；強膨脹土盡管富水性、滲透性差，但吸水性強，天然含水率明顯高于弱、中膨脹土；
開挖面呈面狀滲流，且地下水豐富，0-3分；開挖面呈線狀持續(xù)滲流，滲流點以上土體3-5分，開挖面呈線狀持續(xù)滲流，滲流點以下土體6-8分；開挖面見零星斑塊狀滲水現(xiàn)象，6-7分；開挖面見個別滲水點，土體含水率高，8-10分；
③、膨脹性判別模型建立：根據(jù)步驟②中宏觀指標選取之后；建立膨脹性判別的半定量模型：Y＝AX1+BX2+CX3+DX4+EX5+FX6+GX7+HX8，
設定各因子取值0-10，其中當Y＝0-2分，即為非膨脹土對應，Y＝2-5分與弱膨脹土對應，Y＝5-7分與中膨脹土對應，Y＝7-10分與強膨脹土對應；
④膨脹性等級判別：依據(jù)③建立的半定量模型和賦值方法，結合現(xiàn)場判別流程，綜合計算出Y值進行土體膨脹性等級判別。當Y<2時，判為非膨脹土；Y＝2-5分時，判為弱膨脹土；Y＝5-7分時，判為中膨脹土；Y>7分時，判為強膨脹土；
⑤、在步驟③進行的同時，選取相同的試樣依據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)按照《自由膨脹率試驗》(SL237-024-1999)要求開展室內驗證性試驗，得到試樣的膨脹土或巖的膨脹類別與室外的膨脹土的所在的分數(shù)進行比較，校準。
在上述技術方案中：在所述的步驟④中，所述的現(xiàn)場判別流程如下：
①確定土體所屬地貌單元和地貌特征，按(2.1)評分方法賦分；
②判別地層時代、巖性，按(2.2)和(2.3)評分方法賦分；
③判定土體裂隙發(fā)育特征，描述記錄裂隙發(fā)育密度，產(chǎn)狀，長度和裂隙面特征等，按(2.4)評分方法賦分；
④確定土體顏色，按(2.5)評分方法賦分；
⑤土體鈣質結核含量、開挖面及渣料特征，按(2.6)和(2.7)評分方法賦分；
⑥水文地質特征，描述記錄開挖面滲水情況，估測土體含水率，按(2.8)評分方法賦分；
在上述技術方案中：在步驟③中；A+B+C+D+E+F+G+H＝1。
本發(fā)明具有如下技術優(yōu)點：1、從工程地質條件出發(fā)，將地貌單元、地層時代、巖性特征及土體的外觀特征(顏色、裂隙、糙度等)作為判別因子進行宏觀判別，符合宏觀地質因素控制論。
2、本發(fā)明方法簡便實用，操作容易，快速準確，特別適用于工程現(xiàn)場使用，對于膨脹土工程設計和施工具有十分重要的意義，解決了長期以來無法在工程現(xiàn)場對土體膨脹性等級快速判別分類的一個技術難題。
3、工程應用效果好，經(jīng)濟效益顯著。
膨脹土具有失水收縮開裂、吸水膨脹軟化的特殊性，防止其破壞的有效方法是減少暴露時間，控制含水率基本穩(wěn)定不變。體現(xiàn)在工程措施上，就是在渠道開挖接近設計渠坡、渠底換填面時要快速開挖、快速覆蓋。這就要求施工時地質人員能夠快速復核渠段膨脹土的膨脹等級，發(fā)現(xiàn)等級變化時，及時通知設計調整處理方案。
2011年下半年，發(fā)明人對南水北調中線工程全線典型膨脹巖土進行了一次試驗性快速判別，經(jīng)過現(xiàn)場試驗檢驗，確定了分地區(qū)分別建立快速鑒別標準的技術思路。2012年，發(fā)明人分區(qū)提出了各自的快速鑒別標準和工作流程，并開始在工程建設中正式應用。
(1)陶岔-沙河南渠段施工期膨脹巖土快速鑒別應用
2012年，在南水北調中線工程渠道開挖過程中，發(fā)明人首先進行現(xiàn)場快速判別，同時平行開展取樣和室內試驗，評價快速鑒別的精度及其穩(wěn)定性，經(jīng)檢驗，準確率達到90％左右。下半年現(xiàn)場施工地質項目組依據(jù)本發(fā)明人提出的快速判別方法，開始大幅度減少取樣試驗。2013年，快速鑒別方法開始正式作為施工地質中復核巖土膨脹性的主要手段，對于能夠明確判別膨脹等級的巖土，不再取樣進行室內試驗。只有極個別部位，現(xiàn)場判別存在疑慮或分歧時，才取樣試驗。
施工現(xiàn)場快速判別土體膨脹性技術的應用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。①按南陽境內100m一個地質窗口，每窗口10個樣估算，2012-2014年累計減少取樣試驗約18000組，占比約80％，降低了施工地質工作成本，大幅度提高了工作效率；②膨脹性判別時間由傳統(tǒng)的8小時縮短到半小時以內，大幅度減少了施工地質對渠道施工建設的影響，為膨脹土渠道快速開挖、快速封閉創(chuàng)造了條件；③快速鑒別技術為開挖邊坡欠穩(wěn)定地段的及時決策和處理提供了技術保障，為整個工程的按期竣工提供了強有力的技術支持。
(2)沙河-漳河段施工期膨脹巖土快速判別技術應用
根據(jù)快速判別技術思路和本渠段巖土特點，2012年項目設計代表處施工地質組依據(jù)本發(fā)明人提出的沙河-漳河段膨脹巖快速鑒別方法和技術指標，開始在工程開挖施工地質中應用。在應用初期，平行開展了現(xiàn)場判別和室內試驗，總體準確率超過90％。2013年快速判別方法成為施工地質工作中膨脹性復核的主要手段，只有少數(shù)存在疑慮的部位才取樣進行室內試驗。估算2012-2013年累計減少70％的取樣試驗，大大縮短了膨脹性復核時間，大幅降低了施工地質對施工的影響，為開挖面快速保護覆蓋創(chuàng)造了條件。
(3)河北境內施工期膨脹巖土快速鑒別應用
2012年土體膨脹性等級快速判別技術開始在工程中應用。從現(xiàn)場驗證結果看，初期快速鑒別正確率在90％左右。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中土體膨脹性等級判別現(xiàn)場工作流程。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的的實施情況，但它們并不構成對本發(fā)明的限定，僅作舉例而已，同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。
參照圖1所示：一種宏觀的能夠在施工中判別土體膨脹性等級的方法，其特征在于：它包括如下具體步驟：
①、項目實施前準備：在一個新工作區(qū)開展現(xiàn)場快速判別前，分別對各工區(qū)的宏觀特征與膨脹性的內在機理進行研究，開展地層巖性研究和工程地質分段，選擇具代表性的試樣進行自由膨脹率室內試驗，建立膨脹性與巖性、土體結構、顏色、裂隙發(fā)育特征等之間的關系，并借助顆分、礦物成分、微觀結構研究，建立各宏觀指標與膨脹性之間的內在聯(lián)系或機理；
②、宏觀指標選?。含F(xiàn)場試樣的選取和鑒定按照如下具體的明顯特征，依次進行選取試樣和進行評分；
(2.1)、地貌X1：膨脹土地區(qū)的主要地貌形態(tài)為孤山、崗地、山前平原、河流一，二級階地、河床等；
從地形地貌上而言：分布在崗頂崗坡者一般為中膨脹土或巖，崗頂表層一般分布弱膨脹土，崗凹一般為弱膨脹土，大型河流兩側平原一般為弱膨脹土，河間地塊一般分布為中膨脹土；
下述為具體地貌的評分；崗頂7-8分；崗坡4-7分；崗坡腳3-5分；崗間凹地0-3分；河間地塊6-8分；沖積平原4-7分；平原前緣4-5分；平原后緣6-7分；II級階地2-4分，I級階地0-2分；在現(xiàn)場施工過程中，上述地貌單元選擇其中一類進行賦分；
(2.2)、地層X2；土體的膨脹性及膨脹等級與土體所處的時代及巖性有密切相關；在顆粒組成基本相同的情況下，不同時代土體膨脹性順序為N>Q1>Q2>Q3>Q4，其中N代表新近系，Q為第四系；即地層越老，膨脹性越強；
下述為具體的賦分；Q4 0分；Q3 3-4分；Q2 6-7分；Q1 7-8分；地表殘坡積Q：3-5分；
(2.3)、巖性(X3)：不同巖性的巖土體膨脹性順序為：黏土>粉質黏土>粉質壤土>壤土>泥質粉砂；
粉質壤土0-3分；粉質黏土4-6分；黏土7-10分；
(2.4)：大裂隙發(fā)育程度：土體的膨脹性越強，裂隙越發(fā)育，條數(shù)越多，土體的膨脹性越低，裂隙越低，條數(shù)越低；
盡管同一膨脹等級的膨脹巖土裂隙發(fā)育有差異，但隨著膨脹性增強，裂隙發(fā)育密度存在統(tǒng)計意義上的增大趨勢。
非膨脹土土體裂隙不發(fā)育或者條數(shù)越少；
弱膨脹土大裂隙不發(fā)育，灰白色黏土條帶較少，因為含較多的粉粒，土體結構相對松散，開挖面平整度好，開挖渣料粒度小，旱季開挖時很少出現(xiàn)大土塊；
中膨脹土體大裂隙和長大裂隙發(fā)育，裂隙多呈光滑鏡面，裂隙面分布灰白色黏土，土體密實堅硬，開挖面可見到較多的裂隙面，開挖渣料存在較多10-20cm的土塊；
強膨脹土裂隙極發(fā)育，裂隙面光滑，開挖坡面遍布裂隙面，開挖渣料主要呈扁形塊體，天然情況下含水量較高，呈硬可塑狀；
裂隙密度作為判斷的基本因子，長大裂隙作為補充因子，總分不超過10分；
(X4)：X4＜0.4條/m2(或<1條/m)，0-3分；X4＝0.4-1條/m2(或1-5條/m)，5-7分；X4＞1條/m2(或>5條/m)，8-10分；長大裂隙長度＜5m時，評分總體上+0分；長大裂隙長度為5-10m時；評分總體上+1分；長大裂隙長度＞10m時；評分總體上+2分；
(2.5)、顏色X5：棕黃色、姜黃色、桔黃色、紫紅色黏性土為中膨脹土，淺黃色、灰黃色、褐黃色、褐色為弱膨脹土，灰白色、灰綠色為中-強膨脹性，白色黏性土一般具強膨脹性；
Q1為棕紅色、淺磚紅色4-6分；磚紅色、紫紅色7-9分；青灰色7-10分；
Q2為灰褐色、黃褐色、灰色、棕紅色2-4分；黃色、姜黃色、棕黃色、褐黃色4-7；棕黃色夾青灰色或灰綠色6-8分；灰綠色或青灰色8-10分；
Q3為淺黃色、土黃色、灰黃色0-3分；褐黃色、灰褐色3-5分；棕黃色夾灰綠色5-7分；
dlQ為第四系不明時代坡積物且顏色灰褐色、褐色、灰黃色時；賦分為2-4分；
(2.6)、鈣質結核X6；鈣質結核是地層形成以后在大氣環(huán)境作用下的產(chǎn)物，其形成條件與氣候環(huán)境、土層化學成分、地層水文地質特性等相關；
鈣質結核普遍存在于膨脹巖土體中，一般呈姜狀，具同心圓結構，大小不一，最大直徑可達20cm，一般直徑3-8cm；一般來說，
若土體開挖發(fā)現(xiàn)有鈣質結核必定為膨脹土，膨脹土中含鈣質結核越多，膨脹性越強；有成層鈣質結核分布的具中等膨脹性；土體中分布有零星的鈣質結核一般具弱膨脹性；Q2、Q1中膨脹土一般分布有鈣質結核及鈣質結核層，Q3一般含少量風化鈣質結核；若Q3土體分布有原地鈣質結核層者多為中等膨脹土；Q2、Q1第一層鈣質結核層或富集層以上一般為弱膨脹土，第一層鈣質結核層或富集層以下為中等膨脹土；地表不明時代地層一般少含鈣質結核或不含，為弱膨脹土；
層內鈣質結核含量沒有的0-3分；層內鈣質結核含量零星3-4分；層內鈣質結核含量富集5-6分；在層內鈣質結核含量富集層下方6-8分；層內鈣質結核含量富集層上方3-5分；
(2.7)、開挖坡面及開挖渣料特征X7；裂隙發(fā)育的巖土，在邊坡開挖時，土體常沿裂隙面破壞，坡面多形成由光滑裂隙面相互交割組成的形態(tài)，坡面凹凸不平，局部有沿裂隙面滑出的楔形體，坡面多出現(xiàn)裂隙面；挖出的土體?？梢姷接闪严肚懈疃傻亩嗝骟w，掰開任何一個土塊都可以看到光滑的裂隙面；各地雖然裂隙發(fā)育程度有差異，但在同一地區(qū)，受膨脹性及裂隙控制的開挖面形態(tài)差異仍然比較顯著；
開挖坡面平整度好，無或極少有長大裂隙面分布，開挖渣料松散且小于10cm比例超過70％，賦分0-4分；
開挖坡面存在有裂隙面構成的凹坑，大和長大裂隙較發(fā)育，開挖渣料小于10cm比例在50％左右，土塊堅硬，賦分5-7分；
開挖坡面因大量裂隙而凹凸不平，開挖過程易出現(xiàn)塊體失穩(wěn)或小規(guī)模崩塌，土塊或硬塑或可塑狀，開挖渣料多數(shù)為裂隙切割而成的多面體，賦分8-10分；
(2.8)水文地質特征(X8)：弱膨脹土因含較多的粉粒，富水性和滲透性相對較強，工程開挖時通常在坡面上有地下水滲出，
在下部分布中、強膨脹土時，沿巖性界面形成帶狀滲水現(xiàn)象，因此在開挖邊坡線狀滲流點以上地層一般為弱膨脹土，在開挖邊坡線狀滲流點以下地層一般為中膨脹土；中、強膨脹土在渠道開挖過程中，往往只有零星的、局部的滲水現(xiàn)象，且滲水現(xiàn)象持續(xù)時間較短；強膨脹土盡管富水性、滲透性差，但吸水性強，天然含水率明顯高于弱、中膨脹土；
開挖面呈面狀滲流，且地下水豐富，0-3分；開挖面呈線狀持續(xù)滲流，滲流點以上土體3-5分，開挖面呈線狀持續(xù)滲流，滲流點以下土體6-8分；開挖面見零星斑塊狀滲水現(xiàn)象，6-7分；開挖面見個別滲水點，土體含水率高，8-10分；
③、膨脹性判別模型建立：根據(jù)步驟②中宏觀指標選取之后；建立膨脹性判別的半定量模型：Y＝AX1+BX2+CX3+DX4+EX5+FX6+GX7+HX8，其中：A+B+C+D+E+F+G+H＝1。
設定各因子取值0-10，其中當Y＝0-2分，即為非膨脹土對應，Y＝2-5分與弱膨脹土對應，Y＝5-7分與中膨脹土對應，Y＝7-10分與強膨脹土對應；
④膨脹性等級判別：依據(jù)③建立的半定量模型和賦值方法，結合現(xiàn)場判別流程，綜合計算出Y值進行土體膨脹性等級判別。當Y<2時，判為非膨脹土；Y＝2-5分時，判為弱膨脹土；Y＝5-7分時，判為中膨脹土；Y>7分時，判為強膨脹土；
⑤、在步驟③進行的同時，選取相同的試樣依據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)按照《自由膨脹率試驗》(SL237-024-1999)要求開展室內驗證性試驗，得到試樣的膨脹土或巖的膨脹類別與室外的膨脹土的所在的分數(shù)進行比較，校準。
所述的現(xiàn)場判別流程如下：①確定土體所屬地貌單元和地貌特征，按(2.1)評分方法賦分；
②判別地層時代、巖性，按(2.2)和(2.3)評分方法賦分；
③判定土體裂隙發(fā)育特征，描述記錄裂隙發(fā)育密度，產(chǎn)狀，長度和裂隙面特征等，按(2.4)評分方法賦分；
④確定土體顏色，按(2.5)評分方法賦分；
⑤土體鈣質結核含量、開挖面及渣料特征，按(2.6)和(2.7)評分方法賦分；
⑥水文地質特征，描述記錄開挖面滲水情況，估測土體含水率，按(2.8)評分方法賦分；
下面具體結合施工現(xiàn)場的一些具體情況，使用本發(fā)明的方法進行試驗并與室內的實驗進行對比；
本發(fā)明建立的方法如下：
a、項目實施前，選取該工區(qū)代表性的試樣進行自由膨脹率室內試驗，建立膨脹性與巖性、土體結構、顏色、裂隙發(fā)育特征等之間的關系，并借助顆分、礦物成分、微觀結構研究，建立各宏觀指標與膨脹性之間的內在聯(lián)系或機理，以實現(xiàn)現(xiàn)場快速判別的準確性和科學性；
b、選取土體膨脹性等級快速判別的宏觀控制指標，開展控制指標分類描述和研究；
c、建立土體膨脹性判別模型，確定各影響因子的權重，同時開展室內驗證性試驗，提高模型的可靠度和試驗的準確性；
d、按照得到的土體膨脹性判別模型，現(xiàn)場開展該工區(qū)土體膨脹性等級快速判別工作。
陶岔-沙河南渠段施工期膨脹巖土快速鑒別工程應用：
根據(jù)各指標與土體膨脹性的內在關系及其對渠道穩(wěn)定的意義，分析研究地貌、地層、巖性、裂隙、顏色、鈣質結核、開挖面及渣料形態(tài)、水文地質等8個宏觀指標指標，確定各影響因子的權重，同時開展室內驗證性試驗，建立土體膨脹性快速判別模型Y＝0.1X1+0.12X2+0.15X3+0.16X4+0.14X5+0.09X6+0.11X7+0.13X8，提高模型的可靠度和試驗的準確性。
【實例1】淅川2標Q1土體判別
地貌：壟崗，賦分7
地層：Q1，賦分7.5
巖性：粉質黏土，賦分5
裂隙：4條/m，賦分6.5
顏色：磚紅色，賦分8
鈣質結核：在結核富集層下方，賦分6
開挖特征：開挖面不平整，渣塊較多，賦分6
水文地質：滲水點稀少，含水率高，賦分9
綜合得分6.88，位于5-7分的中膨脹土區(qū)間，且偏向強膨脹土。取相應位置的3組土樣按照《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)規(guī)定的試驗步驟開展同步室內試驗，試驗自由膨脹率70％-85％，根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)膨脹土的判別標準，為中等膨脹性?，F(xiàn)場快速判別結果與實驗室試驗成果吻合。
【實例2】南陽2標樁號95+200馬道Q2膨脹土判別
地貌：壟崗，賦分7
地層：Q2，賦分6.5
巖性：粉質黏土，賦分5
裂隙：2條/m，賦分5
顏色：黃褐色，賦分4
鈣質結核：零星分布，賦分3
開挖特征：開挖坡面整體平整，偶爾凹凸，賦分4
水文地質：斷續(xù)線狀，5
綜合得分4.95，位于2-5分的弱膨脹土區(qū)間，且偏向中膨脹土。取相應位置的土樣按照《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)規(guī)定的試驗步驟開展同步室內試驗，試驗自由膨脹率57％，根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)膨脹土的判別標準，為弱等膨脹性?，F(xiàn)場快速判別結果與實驗室試驗成果吻合。
【實例3】南陽2標樁號95+200渠底板Q2膨脹土判別
地貌：壟崗，賦分7
地層：Q2，賦分6.5
巖性：黏土，賦分8.5
裂隙：9條/m，賦分10
顏色：青灰色，賦分9
鈣質結核：在結核層下方，賦分6
開挖特征：開挖面凹凸不平，渣料呈塊狀，賦分10
水文地質：無明顯滲流，土體呈硬塑-可塑狀，賦分9
綜合得分8.42，位于7-10分的強膨脹土區(qū)間。取相應位置的土樣按照《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)規(guī)定的試驗步驟開展同步室內試驗，試驗自由膨脹率95％，根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》(GB50112—2013)膨脹土的判別標準，為強等膨脹性?，F(xiàn)場快速判別結果與實驗室試驗成果吻合。
上述未詳細說明的部分均為現(xiàn)有技術。