红粘土的组成和工程性质

红粘土的组成和工程性质

制作人：魏平什么是红粘土？红粘土【redclay】一般用来指代古近纪晚期我国广大地区广泛堆积的土状堆积物。其不同于目前南方湿热环境的红土。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，过去由于其含有较多的三趾马化石而被称之为三趾马红土。关于其成因，目前存在争议，不过多数学者倾向于风成说。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、红粘土的定义与形成条件2、红粘土的分布规律3、红粘土的成因和分类4、红粘土的判定方法5、红粘土的组成6、红粘土的物性指标特征7、红粘土的力学性质红粘土的组成和工程性质一、红粘土的定义与形成条件红粘土的定义：碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红或褐黄等色的高塑性粘土称为原生红粘土。其液限一般大于或等于50%，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬运、沉积后仍保留红粘土基本特征，液限大于45%的粘土称为次生红粘土。红粘土的形成条件（1）气候条件：气候变化大，年降水量大于蒸发量，因而气候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风化，风化的结果便形成红粘土。（2）岩性条件：主要为碳酸盐类岩石。当岩层褶皱发育，岩石破碎，易于风化时，更易形成红粘土。二、红粘土的分布规律

红粘土主要分布在云南、贵州、广西、安徽、四川东部等亚热带地区。这些地方广泛分布的红粘土主要是由于第四季风环流形成以来，在热带-亚热带高温湿条件下经历了复杂的红土化过程而形成的，它具有独特的游离氧化铁的胶结结构。它对红粘土的强度起着重要作用，红粘土游离氧化铁含量越高，其初始段变形模量就越大。因此，在红粘土地区尽量选择含游离氧化铁较高的红粘土作为地基，可得到较大的允许承载力和引起较小的地基沉降。三、红粘土的成因和分类成因类型：残积、坡积、和残、坡积。注：上部为坡积，下部为残积的情况居多。主要分布在云南、贵州、广西、安徽、四川东部等。四、红粘土的成分和结构特征红粘土的粘粒组分（粒径<0.005mm）含量高，一般可达55～70%，粒度较均匀，高分散性。粘土颗粒主要是多水高岭石和伊利石类粘土矿物为主。主要化学成分为：SiO2(33.5~68.9%)、Al2O3(9.6~12.7%)、Fe2O3(13.4~36.4%)、硅铝率一般均小于2。常呈蜂窝状结构，常有很多裂隙（网状裂隙）、结核和土洞。五、红粘土的判定方法按照红粘土的结构进行分类它主要是根据红粘土的发育特征按照下表进行的分类具体见表1。按照红粘土的复浸水特性进行分类具体如表2。六、红粘土的物性指标特征

1）高塑性、高液限、高孔隙比。其中ω、ωp、ωL、e等物性指标都明显大于其他土类，相当于软土。红粘土中粘土矿物虽然缺乏强亲水性的蒙脱石，但因其粒度组成的高分散性，因而反映在表征其塑性的ωL和Ip以及表征密度的孔隙比e的值都很高。以致有的公路部门将高含水量、高塑性、高孔隙比合称为“三高土”。而且研究表明，风干脱水对红粘土的液、塑限没有明显影响，因此，对含水量较高的红粘土作为路基填料，翻晒后虽然含水量降低了，但是并不能改变其塑性的大小。此外，作为路基填料，红粘土在达到压实度时的最佳含水量也远远高于一般粘性土。2）物性指标变化幅度大。如ω、ωp、ωL、e等及其对应的力学指标变化均较大。

3）天然红粘土的饱和度Sr多在90%以上，使红粘土成为两相分散系，含水量和孔隙比呈现出良好的线性关系。红粘土的含水量较高、饱和度大显然与其较强的滞水性有关，由于其粘粒含量高、孔隙比较高、孔隙多而小，因而粘粒表面形成了较多的吸附水。

4）渗透性差，可视为不透水层。在无压条件下充分浸水，胀限含水量只比天然含水量增加了1%～3%，足见其渗透性之差。

5)胀缩性能特征。一般粘土在浸水和失水后，由于其粘土片间的水膜厚度和减薄，都会表现出一定的胀缩性。阳离子交换的结果会使粘土矿物周围结合水的扩散层水膜厚度发生改变，使粘土表现出胀缩性，这种特性对红粘土也不例外。其胀缩性仅次于膨胀土，而比一般粘土显著。

七、红粘土的力学性质

红粘土虽然内摩擦角小，但粘聚力大，无侧限抗压强度（达200～400KPa）比软土高数倍至十余倍，因而具有较高的抗剪强度，承载力也较高；其空隙比大，但压缩系数却甚小，说明红粘土的力学指标不同于一般粘土和其他特殊土，而具有独自的特点和相关规律。

红粘土的高孔隙、低压缩、高塑性、高承载力的工程特性是由红粘土较为独特的结构所决定的。研究表明红粘土的强度主要由游离氧化铁所形成的铁质胶结作用产生的，红粘土中的游离氧化铁以胶态和微晶两种形式赋存。研究表明，红粘土的结构联接强度不仅取决于土中所含游离氧化铁的多少，更重要的是游离氧化铁存在的物态形式，红粘土中的游离氧化铁含量越高，其力学指标越高，土中晶质的氧化铁对胶态的氧化铁比值越高，其力学指标也越高。八、红粘土的工程地质勘探要点红粘土的工程分类（1）安土的成因分类按地质成因可分为：红粘土和次生红粘土。次生红粘土的状况比较复杂，在成分上由于迁徙过程中掺和了一些其他成分和较粗粒度的物质，固结度也较差。相关分析结果表明，对同一物性指标，次生红粘土的承载力只及红粘土的3/4。它成可塑、软塑状态的比例在总量中也明显增高，压缩性也普遍较红粘土高。因此，岩土工程勘察中，应注意将不同成因的两类土区别开来，单独予以研究。（2）按土体结构状态分类天然状态的红粘土为整体致密状，土中形成网状裂隙，使之变成了由不同的延伸方向、宽度和长度的裂隙面与其间的土块所构成的土体。致密状少裂隙与富裂隙的土体，它们的工程性能有明显差别。根据土中裂隙特征的描述与量测以及天然与保湿扰动状态土样的无侧限抗压强度之比St，提出土体结构的分类，见下表（3）按土的复水特征分类Ⅰ类:收缩后再浸水，膨胀量能回到原来的位置；Ⅱ类：收缩后再浸水，膨胀量不能恢复到原来位置。（4）按地基均匀性分类按地基均匀性，即按基底下深度为Z范围内地层组成分为两类：Ⅰ类：全由红粘土组成；Ⅱ类：由红粘土与岩石共同组成。

红粘土分布地区的道路工程除遵照现行的《公路工程地质勘察规范》的常规要求外，还应在各勘察阶段，分别针对路基工程、桥梁工程、隧道工程及筑路材料料场等，根据红粘土自身特点，进行工程地勘察，其勘察要点如下：

（1）工程地质调查与测绘

工程地质调查与测绘时，应首先查明下列问题：

1）道路中线两侧150～200m范围内红粘土分布地段的地形地貌特征、微地貌形态，主要地貌单元、地形形态与地表坡度的变化，天然边坡和人工开挖边坡的稳定情况，红粘土边坡的滑坡溜坍、地裂的发育程度，天然红粘土中裂隙的密度、延伸深度、延伸方向等，以及由于红粘土的胀缩性及土洞坍塌引起的不良地质现象的类型、规律和分布特点。

2）当地的气候资料：年降水量、蒸发量、雨季与旱季的持续时间；气候条件的改变对红粘土边坡稳定性的影响等。

3）不同地貌单元上红粘土与次生红粘土的分布范围、厚度、物质组成等。

4)地表水及地下水的分布、动态及对红粘土湿度状态竖向分布、土质软化的影响。

5）红粘土分布区段已有各类建筑物的使用情况，已有道路的病害及其原因分析，红粘土工程地质勘察与道路工程设计施工的经验、有效工程措施及其经济分析。

（2）勘探

勘探应分阶段进行，从初勘到祥勘，逐次深入。勘探方法应以钻探为主，辅以人力钻探和挖深等方法进行。对土洞的勘探应以综合物探法为主结合钻孔验证。同时应结合进行原位试验、取样和室内土工试验。

1）勘探应查明的问题

红粘土的厚度，下覆层岩岩性，岩溶发育特征，红粘土的横向厚度变化及土洞分布情况。

通过实验确定红粘土的物质组成、土性、土体结构等特征及其差异。

红粘土在垂直剖面上的颜色、土质、土性、湿度及物理力学性质的变化。

2）路基勘探

勘探点应沿道路中心线布置。当红粘土厚度不大时，钻孔应钻至基岩顶面一下3m；当红粘土较厚时，填方段钻孔深度不应小于6m，挖方段应钻至路基设计标高一下5m。

3）桥梁勘探

桥位勘探应结合桥型方案的墩台位置布置勘探孔，钻孔深度应穿过红粘土，深入基岩的深度按岩溶区桥位勘探要求进行。对桩基的墩台，应每桩1孔，以查明红粘土的厚度变化和基岩起伏情况；对扩大基础，每一墩台基础的