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鉆井膨潤土一般條件下，低價陽離子較之高價陽離子具有較強的交換性能。在同價離子中，離子半徑愈小，交換性能愈強，膨脹性較高。一般含交換陽離子成分以Na+為主的膨脹土，其水化能力較強，具有強親水性和膨脹性，呈高塑性與低強度特性。各項陽離子膨脹秩序大致是：蒙脫石類SiO2/Al2O3=4%；伊利石類SiO2/Al2O3=3%；高嶺石類SiO2/Al2O3=2%。主要粘土礦物與膨脹土物理化學、物理力學性質間的關系如表1-9所列。表1-9 主要粘土礦物與膨脹土物理化學、物理力學性質間的關系粘土礦物類 型物理化學性質 物理力學與物化-力學性質 SiO2 Al2O3 比表面積陽離子交換量含水量分散性液塑性脹限 縮限脹縮性滲透性壓縮性天然抗剪強度殘余強度蒙脫石 大 大 高 大 高 高 大 小 強 極弱 大—慢 低 極低伊利石 中 中 中 中 中 中 中 中 中 較弱 中 中 極低高嶺石 小 小 低 小 低 低 小 大 弱 弱 小一快 高 較高 一般條件下，低價陽離子較之高價陽離子具有較強的交換性能。在同價離子中、離子半徑愈小，交換性能愈強，膨脹性較高。一般含交換陽離子成分以Na+為主的膨脹土，其水化能力較強，具有強親水性和膨脹性，呈高塑性與低強度特性。各項陽離子膨脹秩序大致是：一價陽離子：Na>K>NH4>Rb>H；二價陽離子：Ca>Mg>Sr>Ba；三價陽離子：Al>Cr>Fe。膨脹土中水溶性鹽分主要是NaCl、Na2SO4、MgSO4、NaHCO3和Ca（HCO3）2等。所含鹽分的類型及含量與成土母巖和成因類型之不同而異。這些可溶于水的鹽類，隨膨脹土的天然濕度和水介質的溶解度不同，在各種與之相適應的條件下，分別呈固態或液態形式存在于土中，它們有的參與組成裂土的骨架，有的則起膠結物的作用。膨脹土中的膠結物質為游離氯化硅、氧化鋁和氧化鐵，其次是水溶鹽分。膨脹土粒度成分以粘粒（ <0.005mm）為主，其中<0.002mm粒級占有相當大的比例，且具有高度的分散性。不同成因類型的膨脹土，由于顆粒的搬運、分選與沉積環境等差別，因而顆粒組成也相差較大。一般湖泊沉積建造膨脹土，細顆粒組成比較富集，而且大多由質地純細的粘土粒組成。但是從湖盆中心到邊緣，則有細顆粒逐漸減少，粗顆粒逐漸增多的變化規律。洪積成因膨脹土粗顆粒成分相對增加，故除粘粒成分外，粉粒和砂粒含量較多。河流沖積成因裂土顆粒組成與搬運距離有關，通常搬運距離較近的分選性較差，粘粒、粉粒和砂粒含量都較高。搬運距離愈遠分選性愈好。顆粒愈細，粘粒含量集中，粉粒、砂粒含量減少。上述狀況反映出顆粒成分在水平方向的變化規律。膨脹土顆粒組成在垂直方向的變化是，<0.005mm的粘粒含量隨深度自下而上的增多，而0.05～0.005mm的粉粒和大于0.05mm的砂粒含量則隨深度自上而下的增多。這一變化規律，反映了膨脹土的風化作用和風化程度變異特性，與大氣風化營力的垂直變化規律一致。膨脹土中的粘粒含量愈多，親水性愈強，脹縮性愈大。膨脹土中的結核是膨脹土物質成分的一個重要組成部分。常見的結核鈣質結核，其次是鐵錳質結核。它們是膨脹土鈣、鐵、錳碳酸鹽富集的一種表現形式，其生成是膨脹土在成土過程中地球化學作用的結果。它們大多集中分布于裂面與層面，或者富集在風化層與下部未風化層的界面附近。土的結構是一種微觀概念，主要是指土在一定地質環境和條件下，由土粒、孔隙（裂隙）和膠結物等所組成的整體結構特征，通常稱為微觀結構或微結構。膨脹土的微結構特征及其與工程地質的關系是：膨脹土的微結構是一類具有復雜型式的特殊結構體系。以片狀或扁平狀土顆粒相互集聚形成的微集聚體（或疊聚體），是組成膨脹土結構的主要結構基本單元體。它們存在著各種不同的取向和排列形式，呈現出面—面接觸、面一邊接觸，和面—邊—角接觸的多種形式的結合結構形式。在集聚體（或疊集體）內普遍分布有各種大小不同、形狀各異的微孔隙和微裂隙。這種結構，決定著膨脹土的膨脹與收縮性以及強度特性。工程上遇到的膨脹土都在深度不大的范圍，大多屬風化層。而鉆井膨潤土礦床的表層，雜質較多，大多為鉆井鉆井膨潤土、混合土，較好的鈉基鉆井膨潤土一般埋藏在幾十米乃至上百米深以下。