貴州紅黏土工程性質探討

杜忠全 黃濤 黃凱

貴州師范大學材料與建筑工程學院（550025）

貴州紅黏土工程性質探討

杜忠全 黃濤 黃凱

貴州師范大學材料與建筑工程學院（550025）

通過大量的物理力學試驗統計總結出貴州花溪大學城附近紅黏土的工程性質，可為該地區紅黏土科學研究提供真實可靠的基礎數據，也可供該地區工程建設參考使用。

紅黏土；孔隙比；含水率；液塑限；壓縮性

0 前言

紅黏土在貴州地區的分布極廣，常常被應用于各種工程的地基基礎部分等，也廣泛應用于水利、公路等工程當中。紅黏土的力學強度特性影響著地基和邊坡的穩定性，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、大孔隙比和受水強度驟降等特點。在貴州花溪大學城附近取土樣，在學校的試驗室和工地上提供的實驗環境下進行了大量的基礎物理力學試驗和天然快剪試驗,統計出了紅黏土的各項物理性質指標。

1 紅黏土的基本力學指標

借用工地鉆機取自地下2～5 m深的土,各種實驗得到結果如表1:

表1 紅黏土的基本力學指標

總結試驗的結果得出如下結論:

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?？紫侗容^大使得紅黏土的壓實性能較差。通常，液限大于70%，塑性指數大于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）天然狀態下的紅黏土在垂直面上，濕度具有從上到下逐漸增大的規律，基本上是地表呈堅塑或硬塑狀態、向下逐漸變軟的規律。因此，天然狀態下紅黏土地基具有隨深度的增大而強度降低的特點。紅黏土具有一定程度的地基強度和抗變形的能力。也具有一定的弱膨脹性，受大氣影響后土體易失水收縮，出現裂縫，裂縫呈豎向向上開口狀，往深處慢慢減弱，呈網狀連續微裂隙。由于裂縫的產生，土體的整體性會遭到破壞，總體強度也會減弱。

3）查閱資料得到:紅黏土的物理力學性質比較好,多數為硬塑或可塑狀態，局部的有堅塑狀態。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系數也會隨之增大。當施加的壓力小于某一特定值時，隨著壓力的不斷增加，取土深度對紅黏土的固結系數的影響比較明顯。當施加壓力大于某一特定值時,隨著壓力的不斷增加，取土深度對紅黏土的固結系數的影響較小[2]。

2 抗剪強度值

對紅黏土進行天然快剪試驗。

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

τ——土的抗剪強度（KPa）

φ——內摩擦角（°）

c——黏聚力（KPa）

試驗得到的結果如表2。

1）分析試驗結果得到紅黏土的黏聚力在30 kPa以上，內摩擦角在11°左右時壓縮系數平均為0.32～ 0.41 MPa-1。天然快剪強度較高，可以作為良好的地基持力層。這些都體現了紅黏土孔隙比大、含水率高、塑性高，但具有比較高的力學強度等的特殊性質。

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，膠結作用所形成的團粒結構增大了紅黏土顆粒,影響了土體的排列結構，團粒與團粒之間的孔隙增大，宏觀的表現為孔隙比變大[4]。

表2 抗剪強度試驗結果表

3 紅黏土微觀分析

以上相關試驗的結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。

從對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較少。通過對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合水比一般黏土大很多的原因。在測含水率時，由于烘箱的作用，水分散失包括了紅黏土中的結合水,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，得到的界限含水率比一般黏土明顯高很多也是這個原因。

紅黏土經過了特殊的紅土化作用、地質作用以及溫度環境的影響等，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物的重要連接物，這就是紅黏土礦物特殊的性質所在。

這種游離氧化物與高嶺石、伊利石等相互作用形成了獨特的結構連接，同時紅黏土顆粒本身十分細小，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。

4 總結

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,同時黏聚力和內摩擦角都不低，在堅塑或硬塑狀態下紅黏土可以作為一般建筑物基礎持力層。

[1]何曉民,蘇華,顏惠和,李漢萍.昆明新國際機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[M].西安:陜西科學技術出版社.

[3]陳瑤平.桂林紅黏土的土工試驗指標關系分析[J].桂林工學院報,2007,27(3):348-354.

[4]施斌,朱志澤,劉松玉.土工試驗原理及方法[M].南京:南京大學出版社,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,2007(12):83-100.