对膨胀土浸水膨胀特性的试验研究，按吸力控制与否分类，分为不控制吸力的双面进水及底部浸水和吸力控制的浸水试验；按体积变化与否，分为竖向荷载恒定下的膨胀变形试验（Constant Stress Swelling Deformation Test）以及膨胀力试验（Constant Volume Swelling Pressure Test）。
3.2.2.1 按吸力控制与否划分
1.不控制吸力的浸水试验
如图3.13所示为土体循环进出水膨胀装置示意图（Agus和Schanz，2008）。不锈钢侧环内壁涂润滑剂以减小摩擦。将试样推进侧环，使试样下表面与陶土板紧密贴合，在试样上表面放置透水石。安装压力传感器，使透水石与试样恰好接触，即试样不受明显的外部压力作用。膨胀试验中，试样从初始吸力值直接降至0。蒸馏脱气水在试样的底部与顶部循环。该装置底部出水孔与顶部进水孔通过尼龙管连接，顶部出水孔与双通阀相连，用于冲刷气泡。该循环进水试验中，水由试样下部浸入，封闭于试样中的气泡会被排出，聚焦在上部透水石内，因此需要定期冲刷气泡。冲刷时，脱气蒸馏水从底部进水孔流入，经由底部出水孔、尼龙管、顶部进水孔、透水石，最终由顶部出水孔流出。当在冲刷水流中没有观察到气泡时即可判断透水石达到完全饱水状态。关闭双通阀，由压力传感器测试试样的浸水膨胀力。
图3.13 循环进出水膨胀装置（Agus和Schanz，2008）
如图3.14所示为改装的可测侧向压力的浸水膨胀变形压缩仪，用橡皮膜将该仪器的侧向压力测定腔与试样隔开，膜内充满脱气水，由压力传感器测定侧向压力。竖向加压装置通过杠杆用砝码加压，杠杆比例为10：1。试样竖向位移的变化通过安装在仪器顶部的位移计测得。压力传感器及位移计与数据采集仪相连，试验过程中能够准确地测量侧向压力与试样的竖向变形。在容器的底部（低于试样的下边缘）装一个进水阀门，当阀门关闭时，该仪器为普通的K0压缩仪；当阀门开启时，容器底部与注满脱气蒸馏水的体变管通过软管相连，在水头压的作用下水进入试样，试样逐渐吸水饱和。进水量可以通过体变管测得，竖向膨胀变形可通过位移计测得。
浸水试验还可以在普通的压缩仪容器内进行，如图3.15所示。浸水初期，容器内的水位控制在试样顶面以下，水只从试样底部浸入，使试样内的气泡从顶部排出，之后再向容器内注水完全浸没试样。
图3.14 可测侧向压力的浸水膨胀变形压缩仪
图3.15 普通压缩仪及浸水示意图
2.吸力控制下的浸润试验
如图3.16所示是早期的可以控制吸力的膨胀测量装置示意图（Mou和Chu，1981），试验过程中，通过控制试样的吸力可以得到吸力改变产生的膨胀量。通过改变U形管左右两侧的压差，可以调节压力室下部基座室内的水压力。该控制吸力仪器还可用来评估土体在干湿循环中的体积变化特性。
图3.16 吸力控制的膨胀试验装置（Mou和Chu，1981）
如图3.17所示为利用轴平移技术测试多级膨胀力试验装置示意图。使用轴平移技术研究膨胀力随基质吸力降低的变化规律。压力室基座安装有高进气值陶土板。底部入水口连接到与其距离为30cm的恒定水位的储水容器。因此，在整个试验中保持3kPa的恒定水压。底部出水口连接一个两通阀，用于定期冲刷陶土板底部聚集的气泡的。由步进电机控制器确保气压的稳定输入，精度为1kPa。试验过程中，由压力传感器量测每级吸力下的膨胀力。试验结束后，量测试样的质量及含水率。
图3.17 利用轴平移技术测试多级膨胀力实验装置示意图（Agus，2005）
如图3.18所示为使用蒸汽平衡技术控制吸力的膨胀试验装置示意图。通过改变试样孔隙中的相对湿度来实现试样多级吸力的控制。使用蒸汽平衡技术可实现的总吸力控制范围不小于3MPa。该膨胀力试验在22±0.5℃的恒温聚苯乙烯泡沫箱中进行。使用的盐溶液为氯化钠（NaCl）溶液。试验前一天制备盐溶液，并将盛有盐溶液的锥形瓶置于聚苯乙烯泡沫塑料盒中进行热平衡，以使其具有热稳定性。使用气动泵使盐溶液上方的具有一定相对湿度的空气在试样的顶部及底部边界循环。使用精密电压表进行膨胀力的测量。试验结束后量测试样的质量和含水率。(www.xing528.com)
图3.18 利用蒸汽平衡技术测试多级膨胀力试验装置示意图（Agus，2005）
3.2.2.2 按体积变化与否划分
以膨润土与砂混合物湿化膨胀的示意图为例，说明与膨胀性土湿化膨胀相关的两大类试验，一类为竖向荷载恒定下的膨胀变形试验，如图3.19（a）所示，另一类为膨胀力试验，如图3.19（b）所示（Komine和Ogata，1999）。湿化过程中，膨润土中蒙脱石吸水膨胀，最终填满试样的孔隙，无论是膨胀力试验还是膨胀变形试验，在湿化完成时，试样均达到饱和。
1.膨胀变形试验
膨胀变形试验指的是在相同竖向压力作用下试样吸水膨胀，吸力逐渐下降直至为0，试样最终达到饱和。膨胀土湿化膨胀过程中，膨胀应变依赖于初始状态。Kassiff等（1973）对高塑性黏土进行膨胀变形试验，试验结果表明给定干密度和侧限应力，湿化膨胀量取决于试样的初始含水率或初始吸力，试样的初始含水率越高，膨胀量越小；给定干密度和初始含水率（或初始吸力），膨胀应变受作用于土体上的应力水平的影响，应力水平越高，湿化时的膨胀应变越小，如图3.20（a）所示。Brackley（1973）指出膨胀应变也依赖于试样的初始孔隙比，给定初始含水率（或初始吸力），湿化时的膨胀应变取决于初始干密度/初始孔隙比。初始干密度越大/初始孔隙比越小，湿化时的膨胀应变越大，如图3.20（b）所示。
图3.19 膨润土与砂混合物湿化膨胀示意图（Komine和Ogata，1999）
图3.20 膨润土湿化时的膨胀应变
Brackley（1973）和Justo（1984）分别研究了膨胀力和膨胀应变与应力路径的依存关系，包括吸力和荷载的改变，如图3.21所示，图中有4种不同的应力路径，分别为在初始状态下吸水膨胀至饱和然后加载进行压缩试验（a）、受荷膨胀试验（b）、恒体积湿化至饱和后卸载试验（c）及在初始状态下施加荷载进行正常压缩试验（d）。由图可见，试样经过以上4种不同的试验路径产生的体积膨胀量有明显的差异，说明应力路径对土的膨胀变形特性有较大的影响。
2.膨胀力试验
膨胀力为试样饱和后保持初始孔隙比不变的外加荷载。在膨胀力试验过程中有多种方法可以使试样达到饱和，经常使用以下三种方法（Gens和Alonso，1992），如图3.22所示。
图3.21 膨胀变形与应力路径的关系
图3.22 膨胀力的3种量测方法示意图
第一种方法为恒体积湿化法，也称为平衡加荷法，即在吸水过程中不断增大外加荷载以保持体积不变，进水稳定后的荷载即为膨胀力，对应于图中的ps3；第二种方法为自由膨胀再加载方法，即试样在较小荷载下湿化饱和后，再加载至初始孔隙比，该荷载即为膨胀力，对应于图中的ps2；第三种方法为受荷膨胀方法，即对几个试样分别施加不同的竖向荷载固结，待固结稳定后浸水，试样发生膨胀或湿陷。试样最终的平衡状态可连成“受荷膨胀曲线”。与初始孔隙比相对应的荷载定义为膨胀力，即图中的ps1。通常膨胀再加载方法得到的膨胀力值最大，最小为受荷膨胀方法，恒体积湿化法测得的膨胀力在两者之间。
在湿化过程中，最终的膨胀力取决于土体的初始干密度（Mesri等，1994）。如图3.23所示为两组试验中膨胀力与初始干密度的关系图（加藤一行等，2002）。两组试验分别以膨润土与砂干质量比为5：5和8：2的混合物压实样为研究对象，试样初始干密度越大，膨胀力越高，初始干密度相同条件下膨润土含量高的试样膨胀力较大。
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