红黏土特性研究

红粘土一、概述红粘土一般用来指代世纪晚期中国广大地区广泛堆积的土状堆积物。在黄土高原地区其不连续分布于上覆黄土之下，部分地区整合接触。其下界年龄约8Ma，即形成于晚、中新世纪，过去由于其含有较多的\o"三趾马化石"三趾马化石而被称之为三趾马红土。关于其成因，还存在争议，一般认同风成说。和黄土相比，红粘土没有湿陷性，但是其在暴露地表时容易龟裂，成为破碎颗粒。野外剖面中可见红粘土和钙质结核层交替成层分布。压实后水稳性较好，强度较高。1、定义红粘土是碳酸盐岩系地区，由石灰岩，白云岩等(属碳酸盐类岩石)在亚热带温湿气候条件下，经风化，残积、坡积或残—坡积所形成并覆盖于基岩上，呈棕红、褐黄等色的高塑性粘土。2、分布红粘土广泛分布于我国的云贵高原、四川东部、广西、安徽、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、丘陵地带的顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。3、分类其液限大于或等于50%，上硬下软，具有明显的失水收缩性，裂隙发育，称为原生红粘土；原生红粘土经再搬运，沉积后仍保留红粘土的基本特征，液限大于45%的土称为次生红粘土。从红粘土的形成过程分析可以看出，由于物质的来源的差异及经历不同程度的红粘土化作用，形成的红粘土类型不同：一类是各种岩石的残积（或局部坡积）风化壳上部的原生残积红粘土(经过再搬运而形成的，称为次生红粘土)；一类是非残坡积成因，在氧化环境中经过搬运、沉积、红粘土化作用而形成的红粘土。我国分布最广的红粘土有如下几类：花岗岩残积红粘土：华南各地广泛分布着燕山期花岗岩类，发育着较厚的红色风化壳，表层全风化带为残积土。根据其成分和结构特征，可分为均质红粘土、网纹红粘土和杂色粘性土，前两者统称残积红粘土。玄武岩残积红粘土：雷州半岛和海南岛北部，第四纪期间多期大面积喷发的玄武岩，经分化后，形成厚薄不等的风化壳，其表层的红色粘性土就是残积红粘土。南方其他地方也有零星的分布。红层残积红粘土：华中、华南等地分布着第三系或侏罗——白垩系的内陆盆地沉积的红色岩层，主要是砂岩、粉砂岩和泥岩等，所形成的红色风化壳的表层为土装带，其中粘性土即为残积红粘土。红粘土：在我国红粘土是特指碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经残积或局部坡积所形成的褐红、棕红等色的粘性土，以贵州、云南、广西分布最广，川南、两湖、广东、江西也有分布，厚度变化很大；处残坡积成因外，还有洪积、冲击等不同成因的次生红粘土。冲积纹网红粘土：在我国华中、华南地区零星分布着一种以河流冲积相为主的中更新世地层。它是在高温湿润气候条件下地表浅部沉积物受红粘土作用而形成的，一般是一套具有二元结构的红色粘性土和砂砾石层，红色粘性土即一般所谓的网纹红粘土或花斑土。4、红粘土的判别红粘土是一种发育于第三纪或第四纪红色粘土上剖面尚无明显分异的初育土，表现强烈的母质特性。分布于黄土高原侵蚀强烈的沟谷地区，系黄土被侵蚀后红土出露地表所形成。红粘土土体粘粒含量高，塑性强，呈棱块或大块状结构。生物作用较弱，无明显发生层次，表现强烈的母质特性。由于肥力较低，除河南一带的红粘土开垦较多外，其余地区的红粘土较少农业利用。红粘土划分3个亚类。海岛上的复盐基红粘土亚类特有的土壤类型，它发育于红色富铝风化壳，由于海岛特有的气候条件，产生了复盐基现象，pH值可达6.6-7.5，盐基饱和度高达80-90%。红粘土作为地区性特殊土，在外观上有自身的特点，可按以下几方面进行鉴别：土体分布地貌位置识别。分布于长江以南的红粘土多见于2级阶地以上的剥蚀台地、岩溶洼地及谷底边缘、丘陵坡麓及垄岗等处。岩溶洼地与谷底中心太多分布次生红粘土。成土母岩的鉴别。红粘土及次生红粘土，基本成土物质都来自碳酸岩系岩石。因此红粘土分布必然是碳酸盐岩系分布区成因类型分布区鉴别。红粘土有残积、坡积、冲积、洪积、冰积等成因类型。残积成因分布于母岩之上；坡积成因见于台地边缘及丘陵斜坡处；冲、洪积次生粘土分布在岩溶洼地及谷地；冰积次生红粘土分布在红粘土及其他残积土之上土体的颜色的区分。红粘土的颜色，反映了土体中铁的成分，它又是所处位置和湿热条件的反映。一般说来自北而南或地势由高到低，红粘土颜色由浅而深。就地理位置而言，贵州高原、川南、桂北、湘西、鄂西、滇东的红粘土多成黄色、褐黄色，其他地区红粘土呈棕红色。同一地区的次生红粘土较红粘土色泽要浅些。土性与状态鉴别。红粘土是高塑性粘性土，其液限WL应大于50，次生者也应大于45，这是红粘土与其他粘土的区别的标志之一。标称图的状态多呈坚硬、硬塑，而软塑、流塑者处于下伏基岩下凹的地形处。土体结构鉴别。未失水的红粘土呈致密状结构；若裂隙将土体切割成大小不等的块体，则呈碎块状结构；外露红粘土多为第二种结构，这是识别红粘土的又一标志。红粘土与次生红粘土的区别。红粘土质地纯净，无任何层理，次生红粘土含一定数量粗颗粒，一般上粗下细；红粘土的液限及天然孔隙比都较次生红粘土大，但其力学指标都好于次生红粘土；红粘土上部多呈坚硬、硬塑状态，且裂隙发育，次生红粘土则很少发育裂隙红粘土分布于碳酸盐岩系岩石之上，次生红粘土则分布于红粘土及其他土体之上。二、红粘土的组成1、红粘土的矿物组成红粘土是热带、亚热带湿热气候条件下的产物，风化程度高，矿物、化学成分变化强烈，碎屑矿物主要有石英和少量未风化的长石；粘粒含量较多，粘土矿物以高岭石为主，伊利石含量较少；含一定量的针铁矿物和赤铁矿，部分含有三水铝石。红粘土是以亲水性较弱的高岭石和石英为主，活动性较低，有铁质胶结的红色粘性土。红粘土的颗粒成分与母岩关系密切，砂岩、砾岩、花岗岩残积红粘土的粒度粗，砾砂含量多，粘粒含量较少（20%——40%）；碳酸盐类岩石和玄武岩和玄武岩残积红粘土，粒度细，粘粒含量多（40%—80%）。2、红粘土的化学成分化学成分以SiO2，Al2O3和Fe2O3为主，其他含量很少，硅铝比低，ph值低，有机质和可溶盐含量极少，有利氧化铁含量占全铁的50%—80%。发育在第四纪老黄土的红粘土富含钙质和硅质，发育在第三纪红色土层的红粘土，则具脱钙少硅的区别。发育在第三纪红色土层上的红粘土，土体\o"氧化硅"氧化硅含量较少，而\o"铝"铝、\o"铁"铁、\o"钛"钛的含量甚多，\o"钾"钾含量明显减少，\o"磷"磷的含量较高。发育在第四纪老黄土（红色条带）上的土壤，氧化硅的含量仍较高，\o"钙"钙和\o"镁"镁的含量也较高，二者在化学性状上仍有很大的差别。如下图所示：3、红粘土-土壤的化学性质（1）、红粘土多呈\o"中性或"中性或\o"微碱性反应"微碱性反应，少部分呈\o"微酸性"微酸性。在检测样品中，多以水解性酸为主，在0.1-12.47me/100g之间，而交换性酸较少，多在2me/100g以下。盐基饱和度在70%-90%之间，少部分在50%-70%之间。（2）、\o"土壤阳离子交换量"土壤阳离子交换量较高，一般在20me/100g以上，主要是粘粒含量较高所致，仅有个别砂性较强，有机质含量较低的红粘土，其交换量在20me/100g以下。（3）、土体深厚，质地粘重，结持紧实，孔隙度较低（41%-49%）。（4）、胀缩率也很高，膨胀率12%-32%，收缩率10%-15%，渗水性差，渗透率低，每分钟约0.7毫米，重力水渗透深度只有50厘米左右。三、红粘土的工程性质红粘土具有下述工程性质：1.物理特性(1)天然含水量高，低密实度。一般情况下接近于塑限，范围一般为40%~60%。与塑性基本相当，液性指数很低；天然孔隙比一般为1.4—1.7，有的超过2.0，具有大孔隙性；饱和度一般在90%以上，甚至坚硬粘土也处于饱水状态，有机质含量非常小，一般小于1%。(2)颗粒细而均匀，粘粒含量（粒径小于0.002mm的颗粒含量）较高。一般在50%~70%之间，具有高分散性。液限、塑限和塑性指数均较高，液限一般在60%~80%之间，塑限一般在30%~60%之间，塑性指数一般在25~50之间。(3)渗透性低。由于红粘土中的游离氧化铁胶结作用水稳性较好，胶结体在水中不易分散，故其抗渗性比较好。又由于该类土中存在着大小集合体，集合体间存在较大孔隙，故其渗透系数比分散性黏土的渗透系数相对要大。2.力学特性(1)强度高，压缩性较低。前期固结压力和超固结比很大，除少数软塑红粘土外，均为超固结土，这与游离氧化物胶结有关；强度变化范围交大，一般较高。内聚力一般为10~60kpa，内摩擦角为：10~30度或更大；一般常具有中等偏低的压缩性；浸水后强度一般降低，部分含粗粒较多的红粘土，湿化崩解明显。(2)抗剪强度。红粘土虽然天然含水率较高，干容重较低，孔隙比较大，但其抗剪强度较高。3.胀缩特性具有明显的收缩行，膨胀性轻微。失水后原状土的体缩率一般为7%~22%，最高达25%，扰动土可达40%~50%，浸水后多数膨胀性轻微，膨胀率＜2%，个别较大些。某些红粘土土化程度较低的“黄层”收缩性较强，原状红粘土浸水后膨胀性极弱，这与粒度、矿物、胶结物情况有关。4、红粘土-利用与改良矿物成分主要为高岭石，并含一定量的蒙脱石和石英颗粒等，含水率为10％左右，孔隙比为0.5～0.7，干容重为16～17kN/m3，\o"塑性指数"塑性指数为1l～16。但是随隧洞开挖其含水率不断增加，一般为15％～22％，甚至有的洞段土体含水率达到塑限，\o"天然压缩系数"天然压缩系数a1-2=0.09-0.1MPa-1，\o"饱和压缩系数"饱和压缩系数a1-2-0.1～0.15MPa-1，自由膨胀率为5％～20％。从上述物理性质指标判别N2红粘土为低至中偏低压缩性、\o"非膨胀性"非膨胀性土。(1)、陡坡地红粘土侵蚀严重，应恢复和保护植被；已垦殖的陡坡耕地，应退耕种植林草，控制\o"水土流失"水土流失。(2)、种植\o"绿肥"绿肥，增施有机肥，秸秆还田，科学施用\o"磷肥"磷肥，可有效地改善土壤的理化性状。(3)、复盐基红粘土的土体深厚，酸碱度适中，盐基饱和，矿质养分较丰富，是浙江沿海岛屿区重要土壤资源之一。利用状况有三种；一是\o"坡耕地"坡耕地，种植大麦、甘薯、玉米和夏类作物。二是\o"林地"林地，主要分布在大、中岛屿上，栽种黑松、毛竹，以黑松为主。黑松较抗风，又耐旱、耐瘠，适应性强。目前黑松占岛屿林种的93%，但宜间套阔叶树，以防病虫危害；三是\o"灌丛草地"灌丛草地，处于半荒芜状态，多分布于边远小岛，而部分大、中岛屿近村庄处的山坡地亦有小面积的分布。四、红粘土的工程性质的机理天然含水量高，孔隙比很大，但却具有很高的力学强度和较低的压缩性，表明红粘土是一种具有特殊工程性质的粘土，这种