貴州紅黏土工程性質(zhì)探討

杜忠全 黃濤 黃凱

貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院（550025）

貴州紅黏土工程性質(zhì)探討

杜忠全 黃濤 黃凱

貴州師范大學(xué)材料與建筑工程學(xué)院（550025）

通過大量的物理力學(xué)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)總結(jié)出貴州花溪大學(xué)城附近紅黏土的工程性質(zhì)，可為該地區(qū)紅黏土科學(xué)研究提供真實(shí)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可供該地區(qū)工程建設(shè)參考使用。

紅黏土；孔隙比；含水率；液塑限；壓縮性

0 前言

紅黏土在貴州地區(qū)的分布極廣，常常被應(yīng)用于各種工程的地基基礎(chǔ)部分等，也廣泛應(yīng)用于水利、公路等工程當(dāng)中。紅黏土的力學(xué)強(qiáng)度特性影響著地基和邊坡的穩(wěn)定性，也決定了工程地基邊坡的處理方法。

作為一種工程性質(zhì)不良的土，紅黏土是一種特殊性土，比其他黏土具有高含水率、易失水干裂、大孔隙比和受水強(qiáng)度驟降等特點(diǎn)。在貴州花溪大學(xué)城附近取土樣，在學(xué)校的試驗(yàn)室和工地上提供的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)物理力學(xué)試驗(yàn)和天然快剪試驗(yàn),統(tǒng)計(jì)出了紅黏土的各項(xiàng)物理性質(zhì)指標(biāo)。

1 紅黏土的基本力學(xué)指標(biāo)

借用工地鉆機(jī)取自地下2～5 m深的土,各種實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果如表1:

表1 紅黏土的基本力學(xué)指標(biāo)

總結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果得出如下結(jié)論:

1）所取紅黏土具有較高含水率、較高液塑限和較大孔隙比等特征。孔隙比較大使得紅黏土的壓實(shí)性能較差。通常，液限大于70%，塑性指數(shù)大于35，平均比重1.86，孔隙比大于1.0，飽和度大于95%，屬于飽和性土[1]。

2）天然狀態(tài)下的紅黏土在垂直面上，濕度具有從上到下逐漸增大的規(guī)律，基本上是地表呈堅(jiān)塑或硬塑狀態(tài)、向下逐漸變軟的規(guī)律。因此，天然狀態(tài)下紅黏土地基具有隨深度的增大而強(qiáng)度降低的特點(diǎn)。紅黏土具有一定程度的地基強(qiáng)度和抗變形的能力。也具有一定的弱膨脹性，受大氣影響后土體易失水收縮，出現(xiàn)裂縫，裂縫呈豎向向上開口狀，往深處慢慢減弱，呈網(wǎng)狀連續(xù)微裂隙。由于裂縫的產(chǎn)生，土體的整體性會(huì)遭到破壞，總體強(qiáng)度也會(huì)減弱。

3）查閱資料得到:紅黏土的物理力學(xué)性質(zhì)比較好,多數(shù)為硬塑或可塑狀態(tài)，局部的有堅(jiān)塑狀態(tài)。由于紅黏土孔隙比較大，壓縮性不高，且隨著壓力的增加,不同深度處紅黏土的固結(jié)系數(shù)也會(huì)隨之增大。當(dāng)施加的壓力小于某一特定值時(shí)，隨著壓力的不斷增加，取土深度對(duì)紅黏土的固結(jié)系數(shù)的影響比較明顯。當(dāng)施加壓力大于某一特定值時(shí),隨著壓力的不斷增加，取土深度對(duì)紅黏土的固結(jié)系數(shù)的影響較小[2]。

2 抗剪強(qiáng)度值

對(duì)紅黏土進(jìn)行天然快剪試驗(yàn)。

試驗(yàn)根據(jù)庫侖定律，土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比。土粒之間的滑動(dòng)摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用產(chǎn)生的摩阻力，決定于土粒表面的粗糙度、密實(shí)度、土顆粒的大小以及顆粒級(jí)配等因素。黏性土的抗剪強(qiáng)度由兩部分組成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒之間的黏結(jié)力[3]。用庫侖定律表達(dá)如式（1）所示:

τ——土的抗剪強(qiáng)度（KPa）

φ——內(nèi)摩擦角（°）

c——黏聚力（KPa）

試驗(yàn)得到的結(jié)果如表2。

1）分析試驗(yàn)結(jié)果得到紅黏土的黏聚力在30 kPa以上，內(nèi)摩擦角在11°左右時(shí)壓縮系數(shù)平均為0.32～ 0.41 MPa-1。天然快剪強(qiáng)度較高，可以作為良好的地基持力層。這些都體現(xiàn)了紅黏土孔隙比大、含水率高、塑性高，但具有比較高的力學(xué)強(qiáng)度等的特殊性質(zhì)。

2）紅黏土屬于低壓縮性土。這種特殊性與一般土體的情況明顯不同，且具有反向的特征。從紅黏土的成分組成情況分析，膠結(jié)作用所形成的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增大了紅黏土顆粒,影響了土體的排列結(jié)構(gòu)，團(tuán)粒與團(tuán)粒之間的孔隙增大，宏觀的表現(xiàn)為孔隙比變大[4]。

表2 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

3 紅黏土微觀分析

以上相關(guān)試驗(yàn)的結(jié)果表明了該地紅黏土具有高孔隙比、高含水率、高液限、低壓縮性等特殊性質(zhì)。

從對(duì)紅黏土的微觀研究可知:紅黏土的礦物組成成分主要為高嶺石、伊利石和蒙脫石，其中蒙脫石的含量相對(duì)較少。通過對(duì)紅黏土的幾種礦物組成成分的研究表明:這些礦物具有很大的比表面積，吸附作用自然比較明顯，這就是紅黏土中的結(jié)合水比一般黏土大很多的原因。在測含水率時(shí)，由于烘箱的作用，水分散失包括了紅黏土中的結(jié)合水,因此測得的含水率就大大增加了[5]。同理可得，在測定紅黏土的液、塑限值時(shí)，得到的界限含水率比一般黏土明顯高很多也是這個(gè)原因。

紅黏土經(jīng)過了特殊的紅土化作用、地質(zhì)作用以及溫度環(huán)境的影響等，許多硅、鋁、鐵的游離氧化物存在于粘土顆粒之間，該游離氧化物是紅黏土膠結(jié)物的重要連接物，這就是紅黏土礦物特殊的性質(zhì)所在。

這種游離氧化物與高嶺石、伊利石等相互作用形成了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)連接，同時(shí)紅黏土顆粒本身十分細(xì)小，顆粒具有較大的比表面積，這就使紅黏土與水的作用力更強(qiáng)。

4 總結(jié)

紅黏土具有高孔隙比、高含水率、高液限、低壓縮性等特殊性質(zhì),同時(shí)黏聚力和內(nèi)摩擦角都不低，在堅(jiān)塑或硬塑狀態(tài)下紅黏土可以作為一般建筑物基礎(chǔ)持力層。

[1]何曉民,蘇華,顏惠和,李漢萍.昆明新國際機(jī)場紅粘土工程特性研究[J].人民長江,2008,39(24):49-52.

[2]龔曉南.地基處理技術(shù)[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社.

[3]陳瑤平.桂林紅黏土的土工試驗(yàn)指標(biāo)關(guān)系分析[J].桂林工學(xué)院報(bào),2007,27(3):348-354.

[4]施斌,朱志澤,劉松玉.土工試驗(yàn)原理及方法[M].南京:南京大學(xué)出版社,1994.

[5]白曉紅.幾種特殊土地基的工程特性及地基處理[J].工程力學(xué),2007(12):83-100.