紅粘土的組成和工程性質(zhì)

1、紅粘土的組成和工程性質(zhì)紅粘土的組成和工程性質(zhì) 制作人：制作人： 魏平魏平什么是什么是紅粘土紅粘土？ 紅粘土【red clay】一般用來指代古近紀(jì)晚期我國廣大地區(qū)廣泛堆積的土狀堆積物。其不同于目前南方濕熱環(huán)境的紅土。在黃土高原地區(qū)其不連續(xù)分布于上覆黃土之下，部分地區(qū)整合接觸。其下界年齡約8Ma，即形成于晚中新世，過去由于其含有較多的三趾馬化石而被稱之為三趾馬紅土。關(guān)于其成因，目前存在爭議，不過多數(shù)學(xué)者傾向于風(fēng)成說。和黃土相比，紅粘土沒有濕陷性，但是其在暴露地表時容易龜裂，成為破碎顆粒。野外剖面中可見紅粘土和鈣質(zhì)結(jié)核層交替成層分布。壓實(shí)后水穩(wěn)性較好，強(qiáng)度較高。 1、紅粘土的定義與形成條件 2、紅粘

2、土的分布規(guī)律 3、紅粘土的成因和分類 4、紅粘土的判定方法 5、紅粘土的組成 6、紅粘土的物性指標(biāo)特征 7、紅粘土的力學(xué)性質(zhì)紅粘土的組成和工程性質(zhì)紅粘土的組成和工程性質(zhì)一、一、紅粘土的紅粘土的定義定義與與形成條件形成條件 紅粘土的定義：碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅或褐黃等色的高塑性粘土稱為原生紅粘土。其液限一般大于或等于50%，上硬下軟，具明顯的收縮性，裂隙發(fā)育。 經(jīng)再搬運(yùn)、沉積后仍保留紅粘土基本特征，液限大于45%的粘土稱為次生紅粘土。 紅粘土的形成條件紅粘土的形成條件 （1）氣候條件）氣候條件：氣候變化大，年降水量大于蒸發(fā)量，因而氣候潮濕，有利于巖石的機(jī)械風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化，

3、風(fēng)化的結(jié)果便形成紅粘土。 （2）巖性條件）巖性條件：主要為碳酸鹽類巖石。當(dāng)巖層褶皺發(fā)育，巖石破碎，易于風(fēng)化時，更易形成紅粘土。 二、紅粘土的二、紅粘土的分布規(guī)律分布規(guī)律 紅粘土主要分布在云南、貴州、廣西、安徽、四川東部等亞熱帶地區(qū)。這些地方廣泛分布的紅粘土主要是由于第四季風(fēng)環(huán)流形成以來，在熱帶-亞熱帶高溫濕條件下經(jīng)歷了復(fù)雜的紅土化過程而形成的，它具有獨(dú)特的游離氧化鐵的膠結(jié)結(jié)構(gòu)。它對紅粘土的強(qiáng)度起著重要作用，紅粘土游離氧化鐵含量越高，其初始段變形模量就越大。因此，在紅粘土地區(qū)盡量選擇含游離氧化鐵較高的紅粘土作為地基，可得到較大的允許承載力和引起較小的地基沉降。三、紅粘土的三、紅粘土的成因成因和和

4、分類分類 成因類型成因類型：殘積、坡積、和殘、坡積。 注：上部為坡積，下部為殘積的情況居多。 主要分布主要分布在云南、貴州、廣西、安徽、四川東部等。四、紅粘土的四、紅粘土的成分成分和和結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征紅粘土的粘粒組分（粒徑0.005mm）含量高，一般可達(dá)5570%，粒度較均勻，高分散性。粘土顆粒主要是多水高嶺石和伊利石類粘土礦物為主。主要化學(xué)成分為：SiO2(33.568.9%)、Al2O3(9.612.7%)、Fe2O3(13.436.4%)、硅鋁率一般均小于2。常呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，常有很多裂隙（網(wǎng)狀裂隙）、結(jié)核和土洞。五、紅粘土的五、紅粘土的判定方法判定方法 按照紅粘土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類它主要是根

5、據(jù)紅粘土的發(fā)育特征按照下表進(jìn)行的分類具體見表1。 按照紅粘土的復(fù)浸水特性進(jìn)行分類具體如表2。六、六、紅粘土的物性紅粘土的物性指標(biāo)特征指標(biāo)特征 1 1）高塑性、高塑性、高液限高液限、高孔隙比。、高孔隙比。其中其中、p p、L L、 e e等等物性指標(biāo)都明顯大于其他土類，相當(dāng)于軟土。紅粘土中粘物性指標(biāo)都明顯大于其他土類，相當(dāng)于軟土。紅粘土中粘土礦物雖然缺乏強(qiáng)親水性的蒙脫石，但因其粒度組成的高土礦物雖然缺乏強(qiáng)親水性的蒙脫石，但因其粒度組成的高分散性，因而反映在表征其塑性的分散性，因而反映在表征其塑性的L L和和I Ip p以及表征密度的以及表征密度的孔隙比孔隙比e e的值都很高。以致有的公路部門將高

6、含水量、高的值都很高。以致有的公路部門將高含水量、高塑性、高孔隙比合稱為塑性、高孔隙比合稱為“三高土三高土”。而且研究表明，。而且研究表明，風(fēng)干風(fēng)干脫水對紅粘土的液、塑限沒有明顯影響，因此，對含水量脫水對紅粘土的液、塑限沒有明顯影響，因此，對含水量較高的紅粘土作為路基填料，翻曬后雖然含水量降低了，較高的紅粘土作為路基填料，翻曬后雖然含水量降低了，但是并不能改變其塑性的大小。但是并不能改變其塑性的大小。此外，作為路基填料，紅此外，作為路基填料，紅粘土在達(dá)到壓實(shí)度時的最佳含水量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般粘性土。粘土在達(dá)到壓實(shí)度時的最佳含水量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般粘性土。2 2）物性指標(biāo)變化幅度大。物性指標(biāo)變化幅度大。

7、如如、p p、L L、 e e等及等及其對應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)變化均較大。其對應(yīng)的力學(xué)指標(biāo)變化均較大。3 3）天然紅粘土的飽和度天然紅粘土的飽和度S Sr r多在多在90%90%以上，以上，使紅粘土使紅粘土成為兩相分散系，含水量和孔隙比呈現(xiàn)出良好的線成為兩相分散系，含水量和孔隙比呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。紅粘土的含水量較高、飽和度大顯然與其性關(guān)系。紅粘土的含水量較高、飽和度大顯然與其較強(qiáng)的滯水性有關(guān)，由于其粘粒含量高、孔隙比較較強(qiáng)的滯水性有關(guān)，由于其粘粒含量高、孔隙比較高、孔隙多而小，因而粘粒表面形成了較多的吸附高、孔隙多而小，因而粘粒表面形成了較多的吸附水。水。4 4）滲透性差，可視為不透水層。滲透性差

8、，可視為不透水層。在無壓條件下充分在無壓條件下充分浸水，脹限含水量只比天然含水量增加了浸水，脹限含水量只比天然含水量增加了1% 1% 3%3%，足見其滲透性之差。足見其滲透性之差。 5)5)脹縮性能特征。脹縮性能特征。一般粘土在浸水和失水后，由于其一般粘土在浸水和失水后，由于其粘土片間的水膜厚度和減薄，都會表現(xiàn)出一定的脹縮粘土片間的水膜厚度和減薄，都會表現(xiàn)出一定的脹縮性。陽離子交換的結(jié)果會使粘土礦物周圍結(jié)合水的擴(kuò)性。陽離子交換的結(jié)果會使粘土礦物周圍結(jié)合水的擴(kuò)散層水膜厚度發(fā)生改變，使粘土表現(xiàn)出脹縮性，這種散層水膜厚度發(fā)生改變，使粘土表現(xiàn)出脹縮性，這種特性對紅粘土也不例外。其脹縮性僅次于膨脹土，而

9、特性對紅粘土也不例外。其脹縮性僅次于膨脹土，而比一般粘土顯著。比一般粘土顯著。七、七、紅粘土的紅粘土的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì) 紅粘土雖然紅粘土雖然內(nèi)摩擦角小，但粘聚力大內(nèi)摩擦角小，但粘聚力大，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（達(dá)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（達(dá)200200400KPa400KPa）比軟土高數(shù)倍至十余倍，因而具有較高的抗剪強(qiáng)度，承載力也較高；）比軟土高數(shù)倍至十余倍，因而具有較高的抗剪強(qiáng)度，承載力也較高；其空其空隙比大，但壓縮系數(shù)卻甚小，隙比大，但壓縮系數(shù)卻甚小，說明紅粘土的力學(xué)指標(biāo)不同于一般粘土和其說明紅粘土的力學(xué)指標(biāo)不同于一般粘土和其他特殊土，而具有獨(dú)自的特點(diǎn)和相關(guān)規(guī)律。他特殊土，而具有獨(dú)自的特點(diǎn)和相關(guān)規(guī)律。 紅粘

10、土的紅粘土的高孔隙、低壓縮、高塑性、高承載力的工程特性高孔隙、低壓縮、高塑性、高承載力的工程特性是由是由紅粘土較為獨(dú)特的結(jié)構(gòu)所決定的。研究表明紅粘土的強(qiáng)度主要由游離氧化鐵所形成的紅粘土較為獨(dú)特的結(jié)構(gòu)所決定的。研究表明紅粘土的強(qiáng)度主要由游離氧化鐵所形成的鐵質(zhì)膠結(jié)作用產(chǎn)生的，紅粘土中的游離氧化鐵以膠態(tài)和微晶兩種形式賦存。研究表明，鐵質(zhì)膠結(jié)作用產(chǎn)生的，紅粘土中的游離氧化鐵以膠態(tài)和微晶兩種形式賦存。研究表明，紅粘土的結(jié)構(gòu)聯(lián)接強(qiáng)度不僅取決于土中所含游離氧化鐵的多少，更重要的是游離氧化紅粘土的結(jié)構(gòu)聯(lián)接強(qiáng)度不僅取決于土中所含游離氧化鐵的多少，更重要的是游離氧化鐵存在的物態(tài)形式，紅粘土中的游離氧化鐵含量越高，

11、其力學(xué)指標(biāo)越高，土中晶質(zhì)的鐵存在的物態(tài)形式，紅粘土中的游離氧化鐵含量越高，其力學(xué)指標(biāo)越高，土中晶質(zhì)的氧化鐵對膠態(tài)的氧化鐵比值越高，其力學(xué)指標(biāo)也越高。氧化鐵對膠態(tài)的氧化鐵比值越高，其力學(xué)指標(biāo)也越高。八、紅粘土的八、紅粘土的工程地質(zhì)勘探要點(diǎn)工程地質(zhì)勘探要點(diǎn)紅粘土的工程分類紅粘土的工程分類（1 1）安土的成因分類）安土的成因分類按地質(zhì)成因可分為按地質(zhì)成因可分為：紅粘土和次生紅粘土。次生紅粘土的狀況比較復(fù)雜，在成分上由于遷徙過程中摻和了一些其他成分和較粗粒度的物質(zhì)，固結(jié)度也較差。相關(guān)分析結(jié)果表明，對同一物性指標(biāo)，次生紅粘土的承載力只及紅粘土的3/4。它成可塑、軟塑狀態(tài)的比例在總量中也明顯增高，壓縮性也

12、普遍較紅粘土高。因此，巖土工程勘察中，應(yīng)注意將不同成因的兩類土區(qū)別開來，單獨(dú)予以研究。（2 2）按土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)分類）按土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)分類天然狀態(tài)的紅粘土為整體致密狀，土中形成網(wǎng)狀裂隙，使之變成了由不同的延伸方向、寬度和長度的裂隙面與其間的土塊所構(gòu)成的土體。致密狀少裂隙與富裂隙的土體，它們的工程性能有明顯差別。根據(jù)土中裂隙特征的描述與量測以及天然與保濕擾動狀態(tài)土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比St，提出土體結(jié)構(gòu)的分類，見下表（3 3）按土的復(fù)水特征分類）按土的復(fù)水特征分類類類: :收縮后再浸水，膨脹量能回到原來的位置；類：類：收縮后再浸水，膨脹量不能恢復(fù)到原來位置。（4 4）按地基均勻性分類）按地基均勻性分

13、類按地基均勻性，即按基底下深度為Z范圍內(nèi)地層組成分為兩類：類：類：全由紅粘土組成；類類：由紅粘土與巖石共同組成。 紅粘土分布地區(qū)的道路工程除遵照現(xiàn)行的紅粘土分布地區(qū)的道路工程除遵照現(xiàn)行的公路工程地質(zhì)公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范勘察規(guī)范的常規(guī)要求外，還應(yīng)在各勘察階段，分別針對路的常規(guī)要求外，還應(yīng)在各勘察階段，分別針對路基工程、橋梁工程、隧道工程及筑路材料料場等，根據(jù)紅粘基工程、橋梁工程、隧道工程及筑路材料料場等，根據(jù)紅粘土自身特點(diǎn)，進(jìn)行工程地勘察，其勘察要點(diǎn)如下：土自身特點(diǎn)，進(jìn)行工程地勘察，其勘察要點(diǎn)如下： （1 1）工程地質(zhì)調(diào)查與測繪）工程地質(zhì)調(diào)查與測繪 工程地質(zhì)調(diào)查與測繪時，應(yīng)首先查明下列問題：工程

14、地質(zhì)調(diào)查與測繪時，應(yīng)首先查明下列問題： 1 1）道路中線兩側(cè)道路中線兩側(cè)150 150 200m200m范圍內(nèi)紅粘土分布地段的地形范圍內(nèi)紅粘土分布地段的地形地貌特征、微地貌形態(tài)，主要地貌單元、地形形態(tài)與地表坡地貌特征、微地貌形態(tài)，主要地貌單元、地形形態(tài)與地表坡度的變化，天然邊坡和人工開挖邊坡的穩(wěn)定情況，紅粘土邊度的變化，天然邊坡和人工開挖邊坡的穩(wěn)定情況，紅粘土邊坡的滑坡溜坍、地裂的發(fā)育程度，天然紅粘土中裂隙的密度、坡的滑坡溜坍、地裂的發(fā)育程度，天然紅粘土中裂隙的密度、延伸深度、延伸方向等，以及由于紅粘土的脹縮性及土洞坍延伸深度、延伸方向等，以及由于紅粘土的脹縮性及土洞坍塌引起的不良地質(zhì)現(xiàn)象的類

15、型、規(guī)律和分布特點(diǎn)。塌引起的不良地質(zhì)現(xiàn)象的類型、規(guī)律和分布特點(diǎn)。2 2）當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y料：年降水量、蒸發(fā)量、雨季與旱季的持當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y料：年降水量、蒸發(fā)量、雨季與旱季的持續(xù)時間；氣候條件的改變對紅粘土邊坡穩(wěn)定性的影響等。續(xù)時間；氣候條件的改變對紅粘土邊坡穩(wěn)定性的影響等。3 3）不同地貌單元上紅粘土與次生紅粘土的分布范圍、厚度、不同地貌單元上紅粘土與次生紅粘土的分布范圍、厚度、物質(zhì)組成等。物質(zhì)組成等。4)4)地表水及地下水的分布、動態(tài)及對紅粘土濕度狀態(tài)豎向分布、土質(zhì)軟化的地表水及地下水的分布、動態(tài)及對紅粘土濕度狀態(tài)豎向分布、土質(zhì)軟化的影響。影響。5 5）紅粘土分布區(qū)段已有各類建筑物的使用情況，已有

16、道路的病害及其原因紅粘土分布區(qū)段已有各類建筑物的使用情況，已有道路的病害及其原因分析，紅粘土工程地質(zhì)勘察與道路工程設(shè)計(jì)施工的經(jīng)驗(yàn)、有效工程措施及其分析，紅粘土工程地質(zhì)勘察與道路工程設(shè)計(jì)施工的經(jīng)驗(yàn)、有效工程措施及其經(jīng)濟(jì)分析。經(jīng)濟(jì)分析。 （2 2）勘探）勘探 勘探應(yīng)分階段進(jìn)行，從初勘到祥勘，逐次深入?？碧椒椒☉?yīng)以鉆探為勘探應(yīng)分階段進(jìn)行，從初勘到祥勘，逐次深入。勘探方法應(yīng)以鉆探為主，輔以人力鉆探和挖深等方法進(jìn)行。對土洞的勘探應(yīng)以綜合物探法為主結(jié)主，輔以人力鉆探和挖深等方法進(jìn)行。對土洞的勘探應(yīng)以綜合物探法為主結(jié)合鉆孔驗(yàn)證。同時應(yīng)結(jié)合進(jìn)行原位試驗(yàn)、取樣和室內(nèi)土工試驗(yàn)。合鉆孔驗(yàn)證。同時應(yīng)結(jié)合進(jìn)行原位試驗(yàn)、

17、取樣和室內(nèi)土工試驗(yàn)。1 1）勘探應(yīng)查明的問題）勘探應(yīng)查明的問題 紅粘土的厚度，下覆層巖巖性，巖溶發(fā)育特征，紅粘土的橫向厚度變化紅粘土的厚度，下覆層巖巖性，巖溶發(fā)育特征，紅粘土的橫向厚度變化及土洞分布情況。及土洞分布情況。通過實(shí)驗(yàn)確定紅粘土的物質(zhì)組成、土性、土體結(jié)構(gòu)等特征及其差異。通過實(shí)驗(yàn)確定紅粘土的物質(zhì)組成、土性、土體結(jié)構(gòu)等特征及其差異。紅粘土在垂直剖面上的顏色、土質(zhì)、土性、濕度及物理力學(xué)性質(zhì)的變化。紅粘土在垂直剖面上的顏色、土質(zhì)、土性、濕度及物理力學(xué)性質(zhì)的變化。2 2）路基勘探）路基勘探 勘探點(diǎn)應(yīng)沿道路中心線布置。當(dāng)紅粘土厚度不大時，鉆孔應(yīng)鉆至基巖頂勘探點(diǎn)應(yīng)沿道路中心線布置。當(dāng)紅粘土厚度不大

18、時，鉆孔應(yīng)鉆至基巖頂面一下面一下3m3m；當(dāng)紅粘土較厚時，填方段鉆孔深度不應(yīng)小于；當(dāng)紅粘土較厚時，填方段鉆孔深度不應(yīng)小于6m6m，挖方段應(yīng)鉆至路，挖方段應(yīng)鉆至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高一下基設(shè)計(jì)標(biāo)高一下5m5m。 3 3）橋梁勘探）橋梁勘探 橋位勘探應(yīng)結(jié)合橋型方案的墩臺位置布置勘探孔，鉆橋位勘探應(yīng)結(jié)合橋型方案的墩臺位置布置勘探孔，鉆孔深度應(yīng)穿過紅粘土，深入基巖的深度按巖溶區(qū)橋位勘探孔深度應(yīng)穿過紅粘土，深入基巖的深度按巖溶區(qū)橋位勘探要求進(jìn)行。對樁基的墩臺，應(yīng)每樁要求進(jìn)行。對樁基的墩臺，應(yīng)每樁1 1孔，以查明紅粘土的孔，以查明紅粘土的厚度變化和基巖起伏情況；對擴(kuò)大基礎(chǔ)，每一墩臺基礎(chǔ)的厚度變化和基巖起伏情況；對擴(kuò)大基礎(chǔ)，每一墩臺基礎(chǔ)的鉆孔數(shù)應(yīng)不小于鉆孔數(shù)應(yīng)不小于5 5個，勘探點(diǎn)最小間距可達(dá)個