紅土的成因及工程特點

紅土的成因及工程特點信陽原狀黏土的巖土工程特性摘要:為加深對信陽原狀黏土巖土工程特性的認(rèn)知,對取自信陽師范學(xué)院主校區(qū)的原狀土樣開展系統(tǒng)全面的物理、化學(xué)、力學(xué)等巖土工程特性測試,主要結(jié)論如下:(1)土樣粉粒含量57.0%,黏粒含量42.4%,為細(xì)粒土；液限41.6%,塑限18.8%,為低液限黏土。天然狀態(tài)下液性指數(shù)0.19,處于硬塑狀態(tài)。最優(yōu)含水率14.7%,最大干密度1.88g/cm3。(2)陽離子交換量206mmol/kg,自由膨脹率40%,膨脹潛勢為弱。膨脹含水率26.6%,體膨脹率0.2%；體縮率3.4%,收縮系數(shù)0.12,縮限11.9%；脹縮變形較小。(3)原生礦物包括石英、斜長石和鐵白云石,占比69.7%；黏土礦物包括伊利石、高嶺石、綠泥石、伊/蒙混層,占比30.3%。(4)先期固結(jié)壓力454.1kPa,超固結(jié)比7.7,為重超固結(jié)土。壓縮指數(shù)0.283,回彈指數(shù)0.038,壓力100～200kPa范圍內(nèi)壓縮系數(shù)0.166,為中等壓縮性土。(5)原狀樣峰值抗剪強度有效黏聚力33.6kPa、有效內(nèi)摩擦角25.5°,殘余強度有效內(nèi)摩擦角23.7°。(6)采用變水頭滲透試驗獲得其滲透系數(shù)為5.97×10-7cm/s。關(guān)鍵詞:原狀黏土；排水抗剪強度；峰值強度；殘余強度；壓縮變形；脹縮變形；固結(jié)系數(shù)；滲透系數(shù)紅土地是指紅色土壤的土地，紅土在中國主要分布于長江以南的低山丘陵區(qū)，包括：江西、湖南兩省的大部分，滇南、湖北的東南部，廣東、福建北部及貴州、四川、浙江、安徽、江蘇等的一部分，以及西藏南部等地。長江以南的廣大丘陵地區(qū)，分布著一種在當(dāng)?shù)馗邷囟嘤晗掳l(fā)育而成的紅色土壤，叫紅壤。這種土壤含鐵、鋁成分較多，有機質(zhì)少，酸性強，土質(zhì)黏重，是我國南方的低產(chǎn)土壤之一。紅壤的改良當(dāng)?shù)厝藗円虻刂埔?，通過增施有機肥、補充熟石灰，對紅壤進(jìn)行了改良，并種植適宜在酸性土壤中生長的茶樹、油茶、杉木和馬尾松等經(jīng)濟林木，既保持了水土，又提高了經(jīng)濟效益。紅壤的特征土壤顯酸性，顏色為紅棕色。云南東川紅土地被專家認(rèn)為是全世界除巴西里約熱內(nèi)盧外最有氣勢的紅土地，而其景象比巴西紅土地更為壯美。云南地處溫暖濕潤的環(huán)境，土壤里的鐵質(zhì)經(jīng)過氧化慢慢沉積下來，逐漸形成了炫目的色彩。東川紅土地指的是位于昆明市東川區(qū)西南40多公里的新田鄉(xiāng)、有一名叫“花石頭”（在109公里程碑處）的地方，這里方圓近百里的區(qū)域是云南紅土高原上最集中、最典型、最具特色的紅土地。每年9至12月，一部分紅土地翻根待種，另一部分紅土地已經(jīng)種上綠綠的青稞或小麥和其他農(nóng)作物，遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，就像上天涂抹的色塊，色彩絢麗斑斕，襯以藍(lán)天、白云和那變幻莫測的光線，構(gòu)成了紅土地壯觀的景色。形成原因1.由于人多地少，過度開發(fā)，加上土壤本身的特性，紅壤區(qū)的土壤生產(chǎn)力低下，水土流失嚴(yán)重，并在不少地區(qū)嚴(yán)重退化，形成“紅色荒漠化”。2.南方山區(qū)丘陵水土流失嚴(yán)重，危害大于黃土高原。導(dǎo)致石質(zhì)裸露，不能恢復(fù)，形成“紅色荒漠”。3.陡坡開墾或過度墾殖，或者毀林開荒，砍林取薪破壞地表植被導(dǎo)致水土流失，土地退化。紅色荒漠化：南方低山丘陵區(qū)水土流失土地退化紅壤裸露石質(zhì)荒漠化：南方低山丘陵區(qū)水土流失土地退化紅壤裸露紅壤進(jìn)一步侵蝕石質(zhì)裸露黃色沙漠：西北地區(qū)沙漠廣布白色沙漠：南極大陸冰雪覆蓋土地荒漠化：土地沙漠化、土地鹽堿化、紅色荒漠化、石質(zhì)荒漠化。紅色荒漠的原因水蝕作用：即被水侵蝕了土地。形成的人為原因“紅色荒漠”形成的人為原因主要是濫伐森林。江西省中南部山區(qū)屬我國丘陵山區(qū)，“紅色荒漠”的形成是水土流失的結(jié)果，其自然原因從外力作用看應(yīng)是流水侵蝕作用，造成水土流失的人為原因主要是濫伐森林所致。紅土有哪些特點？紅土又被人們稱為紅壤，因其呈現(xiàn)出酸性紅色而得名。紅土就是發(fā)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。紅土的主要特點是它里面含有豐富的鐵、鋁氧化物，但它里面缺乏堿金屬和堿土金屬。紅土具有明顯的發(fā)育網(wǎng)紋層，通常是深厚的紅色土層。酸性、鹽基飽和度低是紅土發(fā)育的主要因素。因此紅土中含有很多金屬化合物，其中就包括了鐵化合物和鋁化合物。褐鐵礦與赤鐵礦等在紅土鐵化合物中非常常見，紅土含赤鐵礦也特別多。當(dāng)紅土遭雨水淋洗時，許多化合物都被洗去，但是氧化鐵（鋁）很不容易被溶解，反而會在結(jié)晶生成過程中一層層包覆于黏粒外部，構(gòu)成了一個個的粒團，最后也不易因雨水沖刷而破壞，所以紅土在雨水的淋洗下發(fā)育構(gòu)造反而會越來越好。紅土的特性和構(gòu)造決定了其不適合種植農(nóng)作物，但是對于山地中的植被影響卻很大，它發(fā)源于森林之中，同時又進(jìn)一步為植被的生長提供豐富的營養(yǎng)。紅土在世界上主要分布在非洲、亞洲、大洋洲及南美洲、北美洲的低緯度地帶，常見于熱帶雨林區(qū)。北緯30°大致就是紅土的分界線，30°以北紅土就不常見了。歐洲特別是在地中海東岸和巴爾干半島地區(qū)也有類似于紅土的土壤存在。東亞地區(qū)北起長江沿岸，南到南海諸島、南洋群島，東邊從臺灣開始，西邊到達(dá)云貴高原及橫斷山脈的范圍是紅土分布較為集中的地帶。主要成土過程（1）脫硅富Fe、Al化作用在高溫高濕條件下，礦物發(fā)生強烈的風(fēng)化產(chǎn)生大量可溶性的鹽基、硅酸Fe(OH)3、Al(OH)3。在淋溶條件下，鹽基和硅酸被不斷淋洗進(jìn)入地下水后流走。由于Fe(OH)3、Al(OH)3的活動性小，發(fā)生相對積累，這些積聚的Fe(OH)3、Al(OH)3在干燥條件下發(fā)生脫水形成無水的Fe2O3和Al2O3，紅色的赤鐵礦使紅土呈現(xiàn)紅色，形成富含F(xiàn)e、Al的層次。（2）旺盛的生物小循環(huán)在亞熱帶常綠闊葉林下，水熱條件優(yōu)越，植被生長旺盛，生物的小循環(huán)作用也十分旺盛。紅土的形成以富鐵、鋁化過程為基礎(chǔ)，生物小循環(huán)是肥力發(fā)展的前提，這兩個過程構(gòu)成了紅土特殊的形狀和剖面特征。紅土剖面特征O層：在森林植被下，當(dāng)年凋落物。A層：暗棕紅色，團粒結(jié)構(gòu)，無人為破壞下可達(dá)30cm左右，疏松。B層：棕紅色、紅色，核狀或核塊狀結(jié)構(gòu)，可達(dá)0.5—1m，比較緊實，質(zhì)地較粘，常有Fe結(jié)核存在。在B層以下常有一個由紅、黃、白三色交錯而成的網(wǎng)狀紋，網(wǎng)狀紋較堅硬，對植物生長不利。其形成機制尚無定論。C層：母質(zhì)層淋溶：以溶液的形式從一處遷移到另一處的活動。淋洗：物質(zhì)被下行水遷移帶出整個土體。理化性狀和肥力特點（1）全剖面呈酸性，pH為5.0—5.5（2）粘土礦物主要為高嶺石、赤鐵礦，粘粒硅鋁率為2.0—2.2（3）交換量低，常為5—10cmol/kg土，細(xì)土的CEC/粘粒<0.24（4）紅土中有較多的游離態(tài)Fe、Al，而P易被固定，細(xì)土游離Fe2O3不小于2%（5）肥力特點：礦質(zhì)養(yǎng)分少、酸性大、易產(chǎn)生鋁錳毒害、保肥性能差和質(zhì)地粘重或砂粒過多。改良措施紅土改良措施包括植樹造林、平整土地、客土摻砂、加強水利建設(shè)、增加紅土有機質(zhì)含量、科學(xué)施肥、施用石灰、采用合理的種植制度等?？梢栽鍪┑?、磷、鉀等礦質(zhì)肥料，氮肥宜用粒狀或球狀深施，磷肥宜與有機肥混合制成顆粒肥施用；施用石灰降低紅土酸性；合理耕作；選種適當(dāng)?shù)淖魑铩⒘帜?，種植綠肥是改良紅土的關(guān)鍵措施；旱地改水田，減少水土流失并有利于有機質(zhì)積累，提高紅土生產(chǎn)力；保護(hù)植被，防治侵蝕，凡坡度大于25°的陡坡應(yīng)以種樹種草為主，小于25°的坡地根據(jù)陡緩狀況修建寬窄不等的等高梯地或梯田種植。可種植物種紅土一般可以種植稻米、茶、絲、甘蔗，山地還適于種植杉樹、油桐、柑橘、毛竹、