貴州紅粘土物理性及部分力學實驗的研究

佟婧博

貴州為典型的喀斯特地貌,廣泛分布著碳酸鹽巖,亞熱帶的溫濕季風氣候,為紅粘土的形成提供了良好條件,在地表除基巖裸露地段外,普遍分布著一層棕紅、褐黃色高塑性紅粘土。紅粘土是一種區域性特殊土,具有表面收縮、上硬下軟、裂隙發育的特征。這類土雖然具有較高的天然含水率及孔隙比大的弱點,但也具有較高的地基強度與較低的地基壓縮性,是良好的建筑基礎。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

紅粘土,采于貴州大學蔡家關校區附近。化學成分見表 1。

表1 紅粘土化學成分 %

1.2 試驗方法

試驗參照JTG E 40-2007公路土工試驗規程進行。

2 實驗結果

2.1 含水率測定

含水率測定結果見表 2。

表2 含水率測定

其中,w為含水率;m為濕土質量;md為干土質量。

計算至0.01%,得含水率的平均值為38.64%。

表3 液塑限試驗結果

2.2 液塑限試驗

以含水率為橫坐標,圓錐下沉深度為縱坐標,在雙對數坐標紙上繪制關系曲線,三點連一直線。在含水率與圓錐下沉深度的關系圖上查得下沉深度為 20mm時所對應的含水率為液限,查得下沉深度為 2 mm時所對應的含水率為塑限。取值以百分數表示,準確至于 0.01%。液塑限試驗結果見表 3。

雙對數曲線圖見圖 1,由圖 1可得該土樣的液限為 87.88%,塑限為27.91%。

2.3 密度試驗

密度試驗結果見表 4。

表4 密度試驗結果

實驗所用的環刀為內徑61.8mm,高度20mm。由此得土的濕密度為1.58g/cm3。

2.4 比重試驗

比重試驗結果見表 5。

表5 比重試驗結果

3 結語

紅粘土的物理力學性質可歸納為下列幾點:

1)高塑性和分散性顆粒細而均勻,粘粒含量很高,呈高分散性,因而膠體化學作用強,固化凝聚力高,屬高塑性土。

2)高含水率與低密實度天然含水率一般為35%～60%,最高可達 90%,飽和度在 95%以上;孔隙比很大,一般在 1.1～1.7,最高可達2.3;塑性指數高,一般塑限30%～60%,最高達90%;由于塑限含水量高,所以這種土在天然含水量較高的情況下仍處于硬塑狀態。

3)高強度及低壓縮性堅硬或硬塑狀態的紅粘土,其承載力一般可達200MPa～300MPa,壓縮系數a1-2=0.4MPa-1,多屬中～低壓縮性土。

4)收縮性明顯且膨脹性輕微,失水后原狀土的收縮率一般為7%～22%,最高可達 25%,擾動土可高達到 40%～50%。侵水后多數膨脹性較弱,膨脹率一般均小于 2%,個別較大些。紅粘土物理力學性質的變化規律一般來說有三個方面:a.天然含水率、孔隙比、壓縮系數等隨深度的增加而變大,塑性狀態隨深度增加而由硬變軟以致流塑,地基強度隨深度增加而由高到低,故在縱向上的變化是不均勻的。如貴陽地區,在近地表 3.0 m以內,一般處于堅硬或硬塑狀態,地基承載力可達200 kPa～280 kPa;在深度3.0m～6.0m之間,多處于硬、可塑狀態,地基承載力在140 kPa～200 kPa,在深度 6.0 m以下,一般呈軟塑狀態,地基承載力在90 kPa～140 kPa范圍;在溶溝、溶槽中,由于受地下水的補給或毛細作用,使地下水易在深部貯存,故土的天然含水量往往大于液限,呈流塑狀態,地基承載力很低,均小于80 kPa。b.物理力學性質隨地形、地貌及水文條件的不同而改變,如坡崗地帶排水條件好的地段地下水埋藏較深,其天然含水率、孔隙比、壓縮系數等均較好,地基強度較大,承載力較高,巖溶洼地或谷地則相反,尤其在溶溝、溶槽等易于積水的紅粘土,往往形成軟土性質,所以平面上的變化亦不均勻。c.以收縮變形為主的紅粘土往往裂隙發育,破壞土體的完整性,因而降低了地基承力。如貴陽、安順、六枝等地的紅粘土都具有一定的收縮性。

[1] 相興華.晉東南紅土的力學性質及設計參數的選用[J].山西建筑,2010,36(3):109-111.