桂林紅粘土與云南紅粘土的比較研究

蒙高磊 譚國(guó)強(qiáng)

（1.桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧530001；2.云南巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明650000）

桂林紅粘土與云南紅粘土的比較研究

蒙高磊1譚國(guó)強(qiáng)2

（1.桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧530001；2.云南巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明650000）

根據(jù)國(guó)內(nèi)的文獻(xiàn)資料，通過(guò)對(duì)桂林與云南兩地紅粘土的物質(zhì)組成、物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較后，得出云南紅粘土風(fēng)化程度比桂林紅粘土高，粘土礦物的主要成分有較大不同，雖然都有看似不好的物理性質(zhì)但卻都擁有良好的工程特性的結(jié)論。

紅粘土；物質(zhì)組成；物理力學(xué)性質(zhì)

0 前言

紅粘土是指石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖在亞熱帶高溫潮濕氣候條件下經(jīng)過(guò)風(fēng)化、淋蝕和紅土化作用后形成的褐紅、棕紅、褐黃等色的高塑性的粘土。根據(jù)其成因又可分為紅粘土、次生紅粘土[1]。紅粘土作為一種特殊土，以其特殊的性質(zhì)與工程問(wèn)題引起學(xué)術(shù)界與工程界的廣泛關(guān)注，與北方的特殊性黃土并稱為“南紅北黃”[2]。由于紅粘土分布的廣泛性，為避免盲目的根據(jù)一些個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)工程造成不可挽回的損失，因此研究不同地區(qū)紅粘土的工程地質(zhì)特性對(duì)各地區(qū)的工程建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害防治有一定的指導(dǎo)作用[3]。本文就桂林紅粘土與云南紅粘土的工程特性進(jìn)行討論。

1 兩地紅粘土的工程特性

1.1 物質(zhì)組成

桂林紅粘土主要形成于更新世并經(jīng)后期濕熱化作用改造后的殘積、坡殘積和沖洪積、坡洪積組成。殘積、坡殘積和坡洪積土的粘粒（粒徑＜0.005mm）含量均較高，平均含量52.9%～61.5%[4]。桂林地區(qū)粘土礦物僅個(gè)別樣品是以混層礦物（蒙脫石/伊利石混層礦物）為主，多數(shù)樣品中的粘土礦物以伊利石為主，其次是高嶺石、綠泥石，含少量蒙脫石，土質(zhì)細(xì)膩，分散度高[5]。

云南紅粘土主要為殘積、坡殘積組成，粘粒含量相當(dāng)高，一般可達(dá)55%～70%。粘土礦物組成以多水高嶺石為主，其他礦物有蒙脫石、伊利石、綠泥石石英等，土質(zhì)均勻細(xì)膩，具高分散性[1]。兩地紅粘土的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 紅粘土的主要化學(xué)成分（%）

1.2 物理性質(zhì)

根據(jù)資料[1-6]，兩地紅粘土的主要物理性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 紅粘土的主要物理性質(zhì)指標(biāo)

桂林 26～50 2.72～2.80 0.74～1.46 19～35 35～70 16～35 79～100桂林碧水山莊 32～44 2.75～2.79 0.91～1.25 23～33 45～62 23～29 92～100

由上表可以看出兩地的紅粘土有以下物理特性：

桂林紅粘土孔隙比變化較大，因地區(qū)不同可能有很大差異，一般為0.74～1.46，這主要是因?yàn)楣鹆旨t粘土的不同成因造成的。比重在2.7與2.8之間，含水量為26%～50%，液限一般為35%～70%，塑限一般為19%～35%，塑性指數(shù)16～35，土體飽和度很高，一般大于90%。桂林紅粘土粘粒含量一般大于50%，其滲透系數(shù)也較小，一般為1.34×10-8～3.8×10-6cm/s。

云南紅粘土孔隙比較大，一般都大于1.0，比重也比一般的粘性土大，一般為2.75～2.92。土體含水量接近塑限含水量，大致為30%～55%，且液限、塑限、塑性指數(shù)都較高，分別為40%～90%、25%～55%、17～40。土體飽和度也相當(dāng)高，局部可達(dá)100%，滲透系數(shù)k為1.0×10-6～8.0×10-6cm/s。

1.3 力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)資料[1-6]，兩地紅粘土的主要力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 紅粘土的主要力學(xué)指標(biāo)

由上表可以看出兩地的紅粘土有以下力學(xué)特性：

桂林紅粘土具有較低的壓縮性，壓縮系數(shù)一般在0.3MPa-1以下，雖然擁有較大的孔隙比和含水量，但仍有較大的抗剪強(qiáng)度，粘聚力和內(nèi)摩擦角最高分別可達(dá)110～130kPa和37°～40°[4]。

云南紅粘土的壓縮性也不高，其壓縮系數(shù)一般為0.1～0.5MPa-1，壓縮模量一般為5.0～8.0，屬于中等或中等偏低壓縮性土，抗剪強(qiáng)度也比一般的粘性土大得多，一般40～80kPa,局部地區(qū)可達(dá)140kPa[1]。

1.4 脹縮性

桂林紅粘土普遍具有弱—中等脹縮性，以縮為主，縮大于脹，且在剖面上脹縮變形具有下層大于上層的特點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)表明，桂林紅粘土膨脹率大于1%的約占36%，自由膨脹率大都為30%～40%，在50KPa荷載作用下，膨脹率也有相當(dāng)部分顯示出負(fù)值。而體縮率則較大，有63%的土樣體縮率大于10%，最大可達(dá) 28%，線縮率也在7.0% 以上[4]。

云南紅粘土的自由膨脹率一般為35%～55%,屬于具有弱膨脹潛勢(shì)的膨脹土，按照《云南省膨脹土建筑技術(shù)規(guī)定》計(jì)算地基變形量評(píng)價(jià)地基膨脹等級(jí)，云南的紅粘土基本屬于Ⅰ級(jí)膨脹土，脹縮變形以收縮為主，收縮性明顯，失水后強(qiáng)烈收縮，天然狀態(tài)下的膨脹率僅為0.1%～2.0%，線縮率一般為2.5%～8%，最大可達(dá)14%[1]。

桂林近年來(lái)地下水活動(dòng)頻繁以及因各種原因地下水水質(zhì)的改變，云南這幾年來(lái)持續(xù)大旱，連昆明都不時(shí)停水，這些外界環(huán)境的因素可能導(dǎo)致現(xiàn)在兩地紅粘土的一些物理力學(xué)性質(zhì)與前文有些出入，故以實(shí)際為準(zhǔn)，文中數(shù)據(jù)僅供參考。

2 討論（機(jī)理分析）

由前文可知，桂林紅粘土中粘土礦物以伊利石為主，其次是高嶺石、綠泥石，而云南紅粘土中粘土礦物組成以高嶺石為主。高嶺石構(gòu)造是由一層硅氧四面體晶體和一層鋁氧八面體晶片結(jié)合，形成一個(gè)單位晶胞，屬于1：1型礦物，理論結(jié)構(gòu)式為Al4[Si4O10]（OH）8。而伊利石是含鉀量高的原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后的初期產(chǎn)物，每個(gè)晶胞是由兩片硅氧四面體晶片中間夾一片鋁氧八面體晶片構(gòu)成，屬于2：1型礦物，其理論結(jié)構(gòu)式為KAl2[AlSi3O10]（OH）2nH2O[7]。綠泥石則是2：2型礦物，從礦物組成由綠泥石過(guò)渡到高嶺石，反映風(fēng)化作用主要是去堿和去硅的變化，因此粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)類型反映了風(fēng)化作用的深度。隨著風(fēng)化作用的不斷加強(qiáng)，硅酸鹽礦物則由2：2型到2：1型再到1：1型，高嶺石的多少反映了風(fēng)化作用的深度，桂林紅粘土粘土礦物中以伊利石為主，反映其成土過(guò)程的風(fēng)化程度僅達(dá)中等程度，而云南紅粘土粘土礦物以高嶺石為主，則表明其風(fēng)化程度比桂林高[5]。

從主要的化學(xué)成分來(lái)看，云南紅粘土的鐵鋁含量比較高，所以其比重比桂林紅粘土稍大。兩地紅粘土雖然都具有高含水率、高孔隙比和高液限高塑性，但卻有著較大的抗剪強(qiáng)度和較低的壓縮性，這是由其特殊的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)連接方式?jīng)Q定的。在紅粘土的結(jié)構(gòu)中，單元粒團(tuán)的絮凝結(jié)構(gòu)和粒團(tuán)之間的架空結(jié)構(gòu)使得紅粘土可有較大的孔隙比和高含水率，聯(lián)結(jié)粒團(tuán)的膠結(jié)物質(zhì)是由極細(xì)的膠粒為骨架的凝膠組成，具有較大的表面積和吸附水的能力，對(duì)土體的液、塑限有明顯的貢獻(xiàn)。以游離氧化鐵膠粒為核心的水化物聚合物具有很高的含水率，但卻不能流動(dòng)，它在土中所占的體積比比氧化鐵的含量大得多，一方面，使得土體含水率和孔隙比提高，另一方面，它的存在使得有效滲流孔截面減小，滲透性也就跟著減小，所以兩地紅粘土的滲透性都很差[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)桂林和云南兩地紅粘土的一些物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行比較后，可以得知兩地紅粘土除了因?yàn)轱L(fēng)化程度不同而導(dǎo)致的物質(zhì)組成有所區(qū)別外，在工程環(huán)境上都具有高孔隙比、高含水率、高液限、高塑限、高塑性、高強(qiáng)度和低壓縮性和透水性、膨脹性等工程地質(zhì)特征，所以兩地在工程建設(shè)方面有一定的參照性，但不可盲目套用，要對(duì)當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)勘察后才可做決定。

［1］劉振波，趙春宏.云南紅粘土工程特性及巖土工程問(wèn)題與對(duì)策[J].電力勘察設(shè)計(jì)，2005（3）：32-35.

［2］徐榴勝.紅粘土在環(huán)境地質(zhì)工程中的隱患[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1995（5）：40-43.

［3］熊探宇，張宇雙，等.滇西北紅粘土的工程地質(zhì)特性及災(zāi)害效應(yīng)[J].地質(zhì)通報(bào)，2008，27（11）：1894-1899.

［4］韋復(fù)才.桂林紅粘土的物質(zhì)組成及其工程地質(zhì)特征[J].江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，29（5）：460-464.

［5］龐春勇，賴來(lái)仁.桂林市紅粘土的礦物組成與化學(xué)組成特征[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2001，15（6）：734-737.

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［7］唐大榮，劉佑榮，張文殊，王清.工程巖土學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1998.

［8］譚羅榮，孔令偉.某類紅粘土的基本特性與微觀結(jié)構(gòu)模型[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23（4）：458-462.

［責(zé)任編輯：田吉捷］

A Comparative Study of Red Clay at Guilin and Yunnan

MENG Gao-lei1TAN Guo-qiang2
(1.Campus of Nanning Guilin University of Technology,Nanning Guangxi 530001，China; 2.Yunnan geotechnical engineering investigation and Design Research Institute,Kunming Yunnan 650000，China)

According to the domestic literature,after compared the material compositions、Physical and mechanical properties of the red clay in Guilin and Yunnan province,we come to a conclusion that the degree of weathering of red clay in Yunnan province is higher than in Guilin,the basis of clay minerals have big different,Although both of them have the bad physical property,but still have good engineering characteristics.

Red clay;Material compositions;Physical and mechanical properties

蒙高磊（1990—），男，壯族，廣西河池人，碩士，助教，主要從事巖土工程研究。