江西紅壤粘土擊實試驗探究

郭曉娟, 李圣凡

(1.江西省水利規劃設計院，江西 南昌　330029； 2.萍鄉市水利水電勘察設計院，江西 萍鄉　337000)

0　引言

紅壤為發育于熱帶和亞熱帶雨林﹑季雨林或常綠闊葉林植被下的土壤[1]。其主要特征是缺乏堿金屬和堿土金屬而富含鐵﹑鋁氧化物，呈酸性紅色。紅壤在中亞熱帶濕熱氣候常綠闊葉林植被條件下，發生脫硅富鋁過程和生物富集作用，發育成紅色，鐵鋁聚集，酸性，鹽基高度不飽和的鐵鋁土[2]。經土顆粒分析，江西大部分紅壤屬于粘土，擊實試驗所探究的工程土體即屬于此環境中的粘土，故稱之為紅壤粘土。

受江南氣候及巖性條件影響，形成了江西境內廣泛分布的紅壤粘土，主要分布在丘崗地帶，且多成為水利工程的建筑物地基，或堤壩天然建筑材料。因此，關于紅壤粘土的擊實試驗研究就顯得尤為重要。

1　概述

1.1　原理概述

室內擊實試驗是為了確定擾動土料在一定量擊實功能作用下干密度隨含水率變化的關系曲線，以求得土的最大干密度和最優含水率，了解土的壓實特性，為工程設計和現場施工碾壓提供土的壓實性資料。

土的壓實程度與含水率、壓實功能和壓實方法都有著密切的關系。當壓實功能和壓實方法不變時，則土的干密度隨含水率的增加而增加；當干密度達到某一最大值后，含水率的繼續增加反而會使干密度不斷減小。此一最大值就稱為土料的最大干密度，相應的含水率稱為最優含水率。

1.2　影響因素

(1)擊實試驗方法擊實試驗分為輕型和重型兩種。兩種儀器尺寸規格見表1。

表1　輕型、重型試驗儀器規格

(2)土樣制備方法土樣制備方法烘干法、風干法和自然法不同所得出的擊實試驗結果也會有較大的差異*馮友兵，淺析紅粘土擊實比對試驗，2011。。

(3)余土高度擊實后余土高度不等，干密度和含水率的曲線就不是一條等功能曲線。因此規程規定余土高度不得超過6 mm。

(4)潤滑劑擊實時在筒壁涂抹一層薄的凡士林可以有效地減小摩擦，大量的研究數據表明：涂抹潤滑劑所得的干密度要大于未涂抹潤滑劑的結果。

(5)土樣重復使用重復使用的土樣比表面積小，所得最大干密度要大于未重復使用的土料。

2　工程實例

江西省吉安市某堤防加固工程，因堤身填土的最大干密度是評判填土是否壓實的重要指標之一，因此進行了室內擊實試驗。室內試驗采用輕型試驗方法，余土高度均<6 mm，且都使用了凡士林潤滑劑，土料均未重復試驗。該批土料采用了四種不同的含水率制備方法，對四種方法的試驗結果進行分析總結研究。該批土料共計8組，取樣地點為同一料場范圍內，其物理性試驗和顆粒分析指標見表2。成果表明，8組試樣可歸為同一類土。

表2　紅壤粘土物理性試驗和顆粒分析指標

室內擊實試驗依據土樣制備方法不同共分為3組,其中1號、2號試樣為烘干土，3號、4號、5號、6號為風干土，7號、8號為天然土，而第2組風干土又依據含水率的配制方法不同分為2組，一組是將天然含水率的土風干為不同含水率進行擊實，另一組是將土風干，然后再加水制備成不同含水率的試樣。擊實試驗成果見表3。

表3　紅壤粘土試驗不同制備方法擊實試驗成果對照表

從以上的試驗結果可以看出因為土樣制備方法的不同從而引起土樣擊實的最終結果存在不同程度的差異。其中最大干密度以烘干法最大，風干法次之，而自然法是最小的，而引起這種差異的原因是由組成紅壤粘土膠粒的主要化學成分游離氧化鐵的性質引起的。因為游離氧化鐵在巖土中的膠結作用不僅與它們的含量、分布形式有關，還與它們的結晶程度、水化程度等有關。在105℃的高溫烘干下，游離氧化鐵的結晶和水化形態都被高溫破壞蒸發，從而引起了膠粒性質的很大變化，因此烘干法對紅壤粘土的最大干密度的影響是最大的。

在風干法中依據含水率的配制方法得出的試驗結果中，第一種方法由天然土風干成不同含水率進行的擊實試驗得出的最大干密度要小于將天然土先風干再加土制備不同含水率的試驗結果，這也證明了溫度對紅壤粘土擊實試驗的影響是很明顯的。

從紅壤粘土這種特殊的性質對工程地質的影響考慮，試驗結果應最后采用風干法中風干成不同含水率的擊實指標，這樣更合理和符合實際情況。

此批紅壤粘土亦檢測了天然含水率及濕密度，從表中可以看出天然狀態下的干密度達到1.47 g/cm3，比室內烘干法測得的最大干密度1.44 g/cm3還要大許多。這是因為紅壤粘土的粘粒含量很高，天然狀態是經過固結而成的固結土或超固結土，土中孔隙內的水及空氣在日積月累的固結過程中慢慢消散直至無法壓縮。而室內擊實試驗由于受到時間、空間以及擊實功等諸多因素影響，無法像天然狀態一樣使土達到固結狀態，因而它所得出的最大干密度往往較天然狀態小。

3　結束語

紅壤粘土作為一種特殊土，在江西境內廣泛分布，因而研究它的工程特性對工程地質的影響就顯得尤為重要。實驗證明，在風干法中依據含水率的配制方法得出的試驗結果中，由天然土風干成不同含水率進行的擊實試驗得出的最大干密度要小于將天然土先風干再加土制備不同含水率的試驗結果，且試驗溫度對紅壤粘土擊實試驗成果也具有明顯影響。因此，從紅壤粘土這種特殊的性質對工程地質的影響考慮，試驗結果應最后采用風干法中風干成不同含水率的擊實指標，這樣更合理和符合實際情況。

參考文獻：

[1]方少文，楊潔.江西省紅壤粘土壤侵蝕與防治技術研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2010.

[2]黃道友，彭廷柏，陳桂秋，王克林.亞熱帶紅壤丘陵區季節性干旱成因及其發生規律研究[J].中國生態農業學報,2004(1):124-126.