特殊土課件綜述資料講解

特殊土課件綜述紅黏土2023/1/13紅黏土

紅黏土作為一種特殊土類，最早報道見于在印度西部馬拉巴爾地區(qū)，該地區(qū)約60％分布此黏土，因顏色為紅色，稱之為紅土(lateriteorlateriticsoil)，因此，一般認(rèn)為印度西部馬拉巴爾地區(qū)是紅土工程性質(zhì)研究的發(fā)源地。2023/1/13紅黏土

定義

紅黏土是指由石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類在亞熱帶溫?zé)釟夂驐l件下經(jīng)風(fēng)化作用而形成的褐紅色的黏性土。2023/1/13紅黏土

物質(zhì)組成

礦物成分以黏土礦多水高嶺石為主，其他包括伊利石、綠泥石、水鋁石、蛙石等，也有少量特殊紅黏土中含蒙脫石。氧化物含量也較高，其化學(xué)成分主要為硅、鋁、鐵氧化物，SiO2(33.5%—68.9%),Al2O3(9.6%—12.7%),Fe2O3(13.4%—

36.4%)等。其中,Fe2O3含量占5%—15%時，紅黏土顏色為褐黃、黃色；Fe2O3含量達15%—25%時，則紅黏土呈現(xiàn)為褐紅、棕紅色。碎屑礦物較少，水溶鹽和有機質(zhì)較少見。2023/1/13紅黏土

分類

地質(zhì)成因原生紅黏土：顏色為棕紅或褐黃，覆蓋于鹽酸

鹽系之上，其液限大于或等于 50%的高塑性黏土次生紅黏土：原生紅黏土經(jīng)搬運、沉積，仍保留

其基本特征，且其液限大于45%的

黏土

含水比（貫入阻力）堅硬紅黏土硬塑紅黏土可塑紅黏土流塑紅黏土軟塑紅黏土2023/1/13紅黏土

成因

殘積說：認(rèn)為紅黏土是巖石就地剝蝕、風(fēng)化堆積而成的紅色

風(fēng)化殼。已被大多數(shù)學(xué)者否定，因為紅黏土不符合

殘積作用的一般特點。水成說：主張紅黏土是巖石風(fēng)化剝蝕后經(jīng)流水搬運至低洼處

或河湖兩岸堆積的河湖相或沖積相沉積物。風(fēng)成說：強調(diào)紅黏土與其上覆第四紀(jì)黃土一樣都是風(fēng)塵堆積

產(chǎn)物。2023/1/13紅黏土

成因

對于其成因，仍存在很大爭議，不僅局限于前面三種觀點，同時許多學(xué)者也提出了“早起水成，晚期風(fēng)成”、“與地下水作用有關(guān)”、“風(fēng)成堆積為主的多成因類型”、“巖溶堆積成土觀點”、“喀斯特成土作用說”、“碳酸鹽巖黏土化觀點”等假說。目前對紅黏土的成因的認(rèn)識多限于沉積學(xué)和地球化學(xué)方面的證據(jù)。目前急待開展紅黏土地層系統(tǒng)的生物地層學(xué)研究。2023/1/13紅黏土

形成條件紅粘土的形成，一般應(yīng)具備氣候和巖性兩個條件：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，有利于巖石的機械風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)

化，風(fēng)化的結(jié)果便形成紅黏土。巖性條件：在碳酸鹽類巖石分布區(qū)內(nèi)，經(jīng)常夾雜著一些

非碳酸鹽類巖石，它們的風(fēng)化物與碳酸鹽類

巖石的風(fēng)化物混雜在一起，構(gòu)成了紅黏土的

物質(zhì)來源。2023/1/13紅黏土分布

主要分布在北緯30°與南緯30°之間的熱帶與亞熱帶地區(qū)，我國的紅黏土主要分布于華南、西南、華東以及華中部分地區(qū)，如貴州、廣西、云南、廣東以及湖南等省份。在北方，紅黏土零星分布在一些較溫濕的巖溶盆地，如陜南、魯南和遼東等地。其分布區(qū)域的地形地貌具有典型特征，主要發(fā)育于地形舒緩、波狀起伏的剝蝕夷平臺地、巖溶斷陷盆地及巖溶谷地兩側(cè)的高原丘陵坡腳。2023/1/13紅黏土

工程地質(zhì)特征

一、物理力學(xué)性質(zhì)：主要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)2023/1/13紅黏土

工程地質(zhì)特征

一、物理力學(xué)性質(zhì)的基本特點：顆粒組成的高分散性，其中小于0.005mm的黏粒含量為60%—80%；小于0.002mm的膠粒含量占40%—70%

天然含水率、飽和度、塑性界限（液限、塑限、塑性指數(shù)）和天然孔隙比都很高，且具有較高的力學(xué)強度和較低的壓縮性有很多指標(biāo)變化幅度很大，如天然含水率、液限、塑限、天然孔隙比土中裂隙的存在，使土體與土塊的力學(xué)參數(shù)尤其是抗剪強度指標(biāo)相差很大2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

厚度分布：

紅黏土的厚度變化與所處地形地貌、基巖巖性及巖溶發(fā)育程度有關(guān)。一般情況下，分布在盆地或洼地時，其厚度變化大體是邊緣較薄，向中間逐漸增厚；在厚層及中厚層石灰?guī)r、白云巖分布區(qū)，由于巖體表面巖溶化強烈，巖面起伏大，導(dǎo)致紅黏土厚薄不一；當(dāng)下伏基巖的溶溝、溶槽、石芽等較發(fā)育時，上覆紅黏土厚度變化極大，常有咫尺之隔，最大厚度相差10m之多，所以平面上的變化亦不均勻。2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

上硬下軟：

紅黏土具有典型的“上硬下軟”特征。表現(xiàn)為堅硬—硬塑—可塑—軟塑—流塑狀態(tài)，土的強度逐漸降低，壓縮性逐漸增大。以堅硬、硬塑狀態(tài)紅黏土為主，在地表廣泛發(fā)育?？伤堋浰堋⒘魉軤钪徽夹〔糠?，主要發(fā)育于近下伏基巖面的溶蝕溝、槽底部，多呈透鏡體狀小范圍產(chǎn)出。盆地、谷地（洼地）中心的次生紅黏土土層多為可塑或軟塑狀態(tài)。2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

脹縮性：

由于多數(shù)紅黏土中不含非水穩(wěn)性礦物蒙脫石，卻含有親水性不強的亞水穩(wěn)性礦物蛭石，使得天然狀態(tài)下的紅黏土具有弱膨脹性，其自由膨脹率一般為35%—55%。而紅黏土具有高孔隙比、高含水率、高分散性及飽和狀態(tài)，致使具很高的收縮量。因此，紅黏土的脹縮性表現(xiàn)為以失水后強烈收縮為主，天然狀態(tài)下的膨脹率僅為0.1%一2.0%，但線縮率一般為2.5%—8.0%，最大可達14%。2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

脹縮性的危害：

紅粘土的地質(zhì)和工程災(zāi)害也不少見。最為普遍和突出的是脹縮性紅黏土的失水強收縮引起的裂隙，有網(wǎng)狀和線狀兩類。通常把由于收縮引起的線狀裂縫稱為“地裂”。當(dāng)?shù)亓言诜课萁ㄖ写┻^或在附近產(chǎn)生時，往往對建筑物產(chǎn)生較大危害。

紅黏土中的土洞可由地表、地下水的作用和生物作用形成。在地下水位高于基巖面的場地，由于自然和人為因素，常使地下水水位的巖土交界面附近作頻繁的升降變化，地下水對土體不斷產(chǎn)生潛蝕甚至吸蝕作用，容易形成土洞，土洞繼續(xù)向上發(fā)展，便形成地表塌陷。2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

復(fù)親水性：

紅黏土復(fù)浸水的脹縮特性即土體風(fēng)干失水收縮后復(fù)浸水，復(fù)浸水土的內(nèi)部團粒并不能完全分離，導(dǎo)致復(fù)浸水土的含水量增量微小，脹縮循環(huán)呈現(xiàn)縮勢，土的分散性、塑性及液塑比值降低，表現(xiàn)出膠體的不可逆性，復(fù)浸水土體的膨脹量幾乎不能恢復(fù)到原位。2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

裂隙：

由于紅黏土具有弱膨脹性和強收縮性，失水后含水率低于縮限，土中開始出現(xiàn)裂縫，向深處漸弱，呈網(wǎng)狀閉合微裂隙發(fā)育，并且裂隙發(fā)育和發(fā)展的速度極快。在干旱氣候條件下，新挖坡面數(shù)日后便可被裂隙切割得支離破碎，使地面水容易侵入，導(dǎo)致裂隙向深部延伸，加深加寬原有裂隙，嚴(yán)重時甚至形成深長地裂。土中裂隙發(fā)育深度一般為2—4m，深者可達8m。裂面中可見光鏡面、擦痕、鐵錳質(zhì)侵染現(xiàn)象。2023/1/13紅黏土工程地質(zhì)特征

地下水特征：

當(dāng)紅黏土呈致密結(jié)構(gòu)時，透水性微弱，可視為不透水層。當(dāng)土中存在裂隙時，碎裂、碎塊或鑲嵌狀土塊周邊便具有較大的透氣、透水性，大氣降水和地表水可滲入其中，在土體中形成依附網(wǎng)狀裂隙賦存的含水層。含水層不穩(wěn)定，水量一般均很小，在地勢低洼的土層裂隙中或軟—流塑狀土層中可見土中水，水對混凝土一般不具腐蝕性。2023/1/13紅黏土試驗

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗：試驗成果：2023/1/13紅黏土試驗

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗：

確定紅黏土的狀態(tài)確定地基承載力確定土的抗剪強度指標(biāo)確定土的變形參數(shù)2023/1/13紅黏土試驗

壓汞試驗：試樣：通過控制干密度的方法，制備了4種干密度(1.58、 1.51、1.44g/cm3和1.37g/cm3)的環(huán)刀樣。試驗方法：把試樣浸入水銀中，通過對水銀施加壓力迫

使水銀逐漸進入到試樣孔隙內(nèi)。水銀浸入孔隙所

需的壓力與孔隙直徑存在對應(yīng)關(guān)系。Washburn (1921年)據(jù)此提出如下公式:2023/1/13紅黏土試驗

壓汞試驗結(jié)果

1、孔隙體積分布

由上表可以看出不同干密度試樣的孔隙分布差異主要體現(xiàn)在孔徑(d>10μm)的范圍內(nèi)，而試樣的孔隙體積則主要分布在孔徑(d<0.1μm)的范圍內(nèi)。2023/1/13紅黏土試驗

壓汞試驗結(jié)果

2、孔隙孔徑分布

孔隙孔徑分布存在2個峰值，峰值①處不同干密度試樣對應(yīng)的孔徑及其孔隙分布密度差別不大，但峰值②處對應(yīng)的孔徑差別非常懸殊，最大孔徑直徑是最小孔徑直徑的17倍，前者對應(yīng)的孔隙分布密度也是后者的12倍。2023/1/13紅黏土試驗

三軸試驗：試樣：原狀土試樣制備是從試樣筒中取出事先準(zhǔn)備好的原狀土，

重塑土采用擊實法制備。試驗方法：試驗采用應(yīng)變控制式三軸儀，剪切速率為 0.9mm/min，試驗類型為不固結(jié)不排水，圍壓分別

為50,100,150,200,250kPa，然后保持在不排水情

況下增加軸向壓力直到剪切破壞為止。2023/1/13紅黏土試驗

原狀土

三軸試驗結(jié)果：

試驗結(jié)果表明，原狀紅黏土破壞形式受圍壓的影響較大。2023/1/13紅黏土試驗

重塑土

三軸試驗結(jié)果：

不論在何種圍壓下，初始含水率增大，壓實紅黏土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系由弱軟化型向弱硬化型轉(zhuǎn)化，土的破壞模式由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模徊徽撛诤畏N圍壓之下，隨著壓實度的不斷增大，壓實紅黏土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系由弱硬化型向軟化型轉(zhuǎn)化，并且圍壓越低，高壓實度下壓實紅黏土軟化峰值所對應(yīng)的應(yīng)變越小，亦即紅黏土的破壞出現(xiàn)的越早。2023/1/13凍土定義成土條件分類物理力學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)分布凍脹/融沉危害及防治2023/1/13凍土定義凍土是指具有負(fù)溫或零溫度并含有冰的土（巖）

分類凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)時間多年凍土隔年凍土季節(jié)凍土易溶鹽含量（泥炭化程度）鹽漬化凍土泥炭化凍土體積壓縮系數(shù)（總含水量）堅硬凍土塑性凍土松散凍土2023/1/13凍土成土條件氣候：全年結(jié)冰日長達200多天，而且降水較少，蒸發(fā)量

也較??；植被：以苔蘚、地衣為主組成的苔原植被，生長緩慢，矮

小且畸形，各種植物的年生長量均不大；地形、母質(zhì)：分布區(qū)的地形主要是陡峭的山坡，角鋒、刃

脊、第四紀(jì)和近代冰川所形成的冰斗和冰磧

垅堤，寬谷，湖盆的湖積平原等2023/1/13凍土分布

中國多年凍土又可分為高緯度多年凍土和高海拔多年凍土，前者分布在東北地區(qū)，后者分布在西部高山高原及東部一些較高山地。2023/1/13凍土物理性質(zhì)

總含水量：是指凍土中所有冰和未凍水的總質(zhì)量與凍

土骨架質(zhì)量之比

相對含冰量：指冰的質(zhì)量與凍土中全部水的質(zhì)量之比

質(zhì)量含冰量：指凍土中冰的質(zhì)量與凍土中干土質(zhì)量之比

體積含冰量：指凍土中冰的體積與凍土總體積之比

未凍水含量：在一定負(fù)溫條件下，凍土中未凍水質(zhì)量與干

土質(zhì)量之比2023/1/13凍土力學(xué)性質(zhì)融化下沉系數(shù)：凍土融化過程中，在自重作用下產(chǎn)生的相對融化下沉量融化壓縮系數(shù)：指凍土融化后，在單位荷重下產(chǎn)生的相對壓縮變形量凍脹率：指單位凍結(jié)深度的凍脹量凍脹力：指土的凍脹受到約束時產(chǎn)生的力，包括法向凍脹力、切向凍脹力凍結(jié)力：土中水在負(fù)溫下變成冰的同時，將土和地基膠結(jié)在一起。這種膠

結(jié)力稱為凍結(jié)力抗剪強度：是指凍土在外力作用下，抵抗剪切滑動的極限強度2023/1/13凍土熱學(xué)性質(zhì)比熱：又稱重量熱容量，是使單位質(zhì)量的土溫度升高1°C所需

的熱量容積熱容量：是指單位體積的土體溫度變化1°C所吸收或釋放的

熱量導(dǎo)熱系數(shù)：是表示凍土在溫度梯度作用下傳導(dǎo)熱能能力的指標(biāo)導(dǎo)溫系數(shù)：凍土熱慣性指標(biāo)，表示土中某一點在相鄰點溫度變化

的作用下改變自身溫度的能力，在數(shù)值上等于導(dǎo)熱系

數(shù)與容積熱容量的比值2023/1/13凍土融沉性

土的凍脹是由于土溫度降至冰點以下，土體原孔隙中的部分水結(jié)冰體積膨脹，以及更主要的是在土壤水勢梯度作用下未凍區(qū)的水分向凍結(jié)緣遷移聚集，并凍結(jié)膨脹所致。