贵州红粘土物理性及部分力学实验的研究

佟婧博

贵州为典型的喀斯特地貌,广泛分布着碳酸盐岩,亚热带的温湿季风气候,为红粘土的形成提供了良好条件,在地表除基岩裸露地段外,普遍分布着一层棕红、褐黄色高塑性红粘土。红粘土是一种区域性特殊土,具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征。这类土虽然具有较高的天然含水率及孔隙比大的弱点,但也具有较高的地基强度与较低的地基压缩性,是良好的建筑基础。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

红粘土,采于贵州大学蔡家关校区附近。化学成分见表 1。

表1 红粘土化学成分 %

1.2 试验方法

试验参照JTG E 40-2007公路土工试验规程进行。

2 实验结果

2.1 含水率测定

含水率测定结果见表 2。

表2 含水率测定

其中,w为含水率;m为湿土质量;md为干土质量。

计算至0.01%,得含水率的平均值为38.64%。

表3 液塑限试验结果

2.2 液塑限试验

以含水率为横坐标,圆锥下沉深度为纵坐标,在双对数坐标纸上绘制关系曲线,三点连一直线。在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为 20mm时所对应的含水率为液限,查得下沉深度为 2 mm时所对应的含水率为塑限。取值以百分数表示,准确至于 0.01%。液塑限试验结果见表 3。

双对数曲线图见图 1,由图 1可得该土样的液限为 87.88%,塑限为27.91%。

2.3 密度试验

密度试验结果见表 4。

表4 密度试验结果

实验所用的环刀为内径61.8mm,高度20mm。由此得土的湿密度为1.58g/cm3。

2.4 比重试验

比重试验结果见表 5。

表5 比重试验结果

3 结语

红粘土的物理力学性质可归纳为下列几点:

1)高塑性和分散性颗粒细而均匀,粘粒含量很高,呈高分散性,因而胶体化学作用强,固化凝聚力高,属高塑性土。

2)高含水率与低密实度天然含水率一般为35%～60%,最高可达 90%,饱和度在 95%以上;孔隙比很大,一般在 1.1～1.7,最高可达2.3;塑性指数高,一般塑限30%～60%,最高达90%;由于塑限含水量高,所以这种土在天然含水量较高的情况下仍处于硬塑状态。

3)高强度及低压缩性坚硬或硬塑状态的红粘土,其承载力一般可达200MPa～300MPa,压缩系数a1-2=0.4MPa-1,多属中～低压缩性土。

4)收缩性明显且膨胀性轻微,失水后原状土的收缩率一般为7%～22%,最高可达 25%,扰动土可高达到 40%～50%。侵水后多数膨胀性较弱,膨胀率一般均小于 2%,个别较大些。红粘土物理力学性质的变化规律一般来说有三个方面:a.天然含水率、孔隙比、压缩系数等随深度的增加而变大,塑性状态随深度增加而由硬变软以致流塑,地基强度随深度增加而由高到低,故在纵向上的变化是不均匀的。如贵阳地区,在近地表 3.0 m以内,一般处于坚硬或硬塑状态,地基承载力可达200 kPa～280 kPa;在深度3.0m～6.0m之间,多处于硬、可塑状态,地基承载力在140 kPa～200 kPa,在深度 6.0 m以下,一般呈软塑状态,地基承载力在90 kPa～140 kPa范围;在溶沟、溶槽中,由于受地下水的补给或毛细作用,使地下水易在深部贮存,故土的天然含水量往往大于液限,呈流塑状态,地基承载力很低,均小于80 kPa。b.物理力学性质随地形、地貌及水文条件的不同而改变,如坡岗地带排水条件好的地段地下水埋藏较深,其天然含水率、孔隙比、压缩系数等均较好,地基强度较大,承载力较高,岩溶洼地或谷地则相反,尤其在溶沟、溶槽等易于积水的红粘土,往往形成软土性质,所以平面上的变化亦不均匀。c.以收缩变形为主的红粘土往往裂隙发育,破坏土体的完整性,因而降低了地基承力。如贵阳、安顺、六枝等地的红粘土都具有一定的收缩性。

[1] 相兴华.晋东南红土的力学性质及设计参数的选用[J].山西建筑,2010,36(3):109-111.