紅粘土的組成和工程性質

1、紅粘土的組成和工程性質紅粘土的組成和工程性質 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。關于其成因，目前存在爭議，不過多數學者傾向于風成說。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結核層交替成層分布。壓實后水穩(wěn)性較好，強度較高。 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、紅粘土的物性指標特征 7、紅粘土的力學性質紅粘土的組成和工程性質紅粘土的組成和工程性質一、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。 經再搬運、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，有利于巖石的機械風化和化學風化，

3、風化的結果便形成紅粘土。 （2）巖性條件）巖性條件：主要為碳酸鹽類巖石。當巖層褶皺發(fā)育，巖石破碎，易于風化時，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環(huán)流形成以來，在熱帶-亞熱帶高溫濕條件下經歷了復雜的紅土化過程而形成的，它具有獨特的游離氧化鐵的膠結結構。它對紅粘土的強度起著重要作用，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構特征結構特征紅粘土的粘粒組分（粒徑0.005mm）含量高，一般可達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。常呈蜂窩狀結構，常有很多裂隙（網狀裂隙）、結核和土洞。五、紅粘土的五、紅粘土的判定方法判定方法 按照紅粘土的結構進行分類它主要是根

5、據紅粘土的發(fā)育特征按照下表進行的分類具體見表1。 按照紅粘土的復浸水特性進行分類具體如表2。六、六、紅粘土的物性紅粘土的物性指標特征指標特征 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等等物性指標都明顯大于其他土類，相當于軟土。紅粘土中粘物性指標都明顯大于其他土類，相當于軟土。紅粘土中粘土礦物雖然缺乏強親水性的蒙脫石，但因其粒度組成的高土礦物雖然缺乏強親水性的蒙脫石，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，風干風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，紅粘土在達到壓實度時的最佳含水量也遠遠高于一般粘性土。粘土在達到壓實度時的最佳含水量也遠遠高于一般粘性土。2 2）物性指標變化幅度大。物性指標變化幅度大。

7、如如、p p、L L、 e e等及等及其對應的力學指標變化均較大。其對應的力學指標變化均較大。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)出良好的線性關系。紅粘土的含水量較高、飽和度大顯然與其性關系。紅粘土的含水量較高、飽和度大顯然與其較強的滯水性有關，由于其粘粒含量高、孔隙比較較強的滯水性有關，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。陽離子交換的結果會使粘土礦物周圍結合水的擴性。陽離子交換的結果會使粘土礦物周圍結合水的擴散層水膜厚度發(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性質力學性質 紅粘土雖然紅粘土雖然內摩擦角小，但粘聚力大內摩擦角小，但粘聚力大，無側限抗壓強度（達無側限抗壓強度（達200200400KPa400KPa）比軟土高數倍至十余倍，因而具有較高的抗剪強度，承載力也較高；）比軟土高數倍至十余倍，因而具有較高的抗剪強度，承載力也較高；其空其空隙比大，但壓縮系數卻甚小，隙比大，但壓縮系數卻甚小，說明紅粘土的力學指標不同于一般粘土和其說明紅粘土的力學指標不同于一般粘土和其他特殊土，而具有獨自的特點和相關規(guī)律。他特殊土，而具有獨自的特點和相關規(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特的結構所決定的。研究表明紅粘土的強度主要由游離氧化鐵所形成的紅粘土較為獨特的結構所決定的。研究表明紅粘土的強度主要由游離氧化鐵所形成的鐵質膠結作用產生的，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，鐵質膠結作用產生的，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，紅粘土的結構聯(lián)接強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構聯(lián)接強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、其力學指標越高，土中晶質的鐵存在的物態(tài)形式，紅粘土中的游離氧化鐵含量越高，其力學指標越高，土中晶質的氧化鐵對膠態(tài)的氧化鐵比值越高，其力學指標也越高。氧化鐵對膠態(tài)的氧化鐵比值越高，其力學指標也越高。八、紅粘土的八、紅粘土的工程地質勘探要點工程地質勘探要點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成因可分為按地質成因可分為：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，固結度也較差。相關分析結果表明，對同一物性指標，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，應注意將不同成因的兩類土區(qū)別開來，單獨予以研究。（2 2）按土體結構狀態(tài)分類）按土體結構狀態(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)土樣的無側限抗壓強度之比St，提出土體結構的分類，見下表（3 3）按土的復水特征分類）按土的復水特征分類類類: :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)行的公路工程地質公路工程地質勘察規(guī)范勘察規(guī)范的常規(guī)要求外，還應在各勘察階段，分別針對路的常規(guī)要求外，還應在各勘察階段，分別針對路基工程、橋梁工程、隧道工程及筑路材料料場等，根據紅粘基工程、橋梁工程、隧道工程及筑路材料料場等，根據紅粘土自身特點，進行工程地勘察，其勘察要點如下：土自身特點，進行工程地勘察，其勘察要點如下： （1 1）工程地質調查與測繪）工程地質調查與測繪 工程地質調查與測繪時，應首先查明下列問題：工程

14、地質調查與測繪時，應首先查明下列問題： 1 1）道路中線兩側道路中線兩側150 150 200m200m范圍內紅粘土分布地段的地形范圍內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現(xiàn)象的類

15、型、規(guī)律和分布特點。塌引起的不良地質現(xiàn)象的類型、規(guī)律和分布特點。2 2）當地的氣候資料：年降水量、蒸發(fā)量、雨季與旱季的持當地的氣候資料：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、物質組成等。物質組成等。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，紅粘土工程地質勘察與道路工程設計施工的經驗、有效工程措施及其分析，紅粘土工程地質勘察與道路工程設計施工的經驗、有效工程措施及其經濟分析。經濟分析。 （2 2）勘探）勘探 勘探應分階段進行，從初勘到祥勘，逐次深入?？碧椒椒☉糟@探為勘探應分階段進行，從初勘到祥勘，逐次深入?？碧椒椒☉糟@探為主，輔以人力鉆探和挖深等方法進行。對土洞的勘探應以綜合物探法為主結主，輔以人力鉆探和挖深等方法進行。對土洞的勘探應以綜合物探法為主結合鉆孔驗證。同時應結合進行原位試驗、取樣和室內土工試驗。合鉆孔驗證。同時應結合進行原位試驗、

17、取樣和室內土工試驗。1 1）勘探應查明的問題）勘探應查明的問題 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。通過實驗確定紅粘土的物質組成、土性、土體結構等特征及其差異。通過實驗確定紅粘土的物質組成、土性、土體結構等特征及其差異。紅粘土在垂直剖面上的顏色、土質、土性、濕度及物理力學性質的變化。紅粘土在垂直剖面上的顏色、土質、土性、濕度及物理力學性質的變化。2 2）路基勘探）路基勘探 勘探點應沿道路中心線布置。當紅粘土厚度不大時，鉆孔應鉆至基巖頂勘探點應沿道路中心線布置。當紅粘土厚度不大

18、時，鉆孔應鉆至基巖頂面一下面一下3m3m；當紅粘土較厚時，填方段鉆孔深度不應小于；當紅粘土較厚時，填方段鉆孔深度不應小于6m6m，挖方段應鉆至路，挖方段應鉆至路基設計標高一下基設計標高一下5m5m。 3 3）橋梁勘探）橋梁勘探 橋位勘探應結合橋型方案的墩臺位置布置勘探孔，鉆橋位勘探應結合橋型方案的墩臺位置布置勘探孔，鉆孔深度應穿過紅粘土，深入基巖的深度按巖溶區(qū)橋位勘探孔深度應穿過紅粘土，深入基巖的深度按巖溶區(qū)橋位勘探要求進行。對樁基的墩臺，應每樁要求進行。對樁基的墩臺，應每樁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；對擴大基礎，每一墩臺基礎的厚度變化和基巖起伏情況；對擴大基礎，每一墩臺基礎的鉆孔數應不小于鉆孔數應不小于5 5個，勘探點最小間距可達個