贵州红黏土工程性质探讨

2015-12-29杜忠全黄涛黄凯

河南建材 2015年4期

关键词：压缩性抗剪黏土

杜忠全黄涛黄凯

贵州师范大学材料与建筑工程学院（550025）

贵州红黏土工程性质探讨

杜忠全黄涛黄凯

贵州师范大学材料与建筑工程学院（550025）

通过大量的物理力学试验统计总结出贵州花溪大学城附近红黏土的工程性质，可为该地区红黏土科学研究提供真实可靠的基础数据，也可供该地区工程建设参考使用。

红黏土；孔隙比；含水率；液塑限；压缩性

0 前言

红黏土在贵州地区的分布极广，常常被应用于各种工程的地基基础部分等，也广泛应用于水利、公路等工程当中。红黏土的力学强度特性影响着地基和边坡的稳定性，也决定了工程地基边坡的处理方法。

作为一种工程性质不良的土，红黏土是一种特殊性土，比其他黏土具有高含水率、易失水干裂、大孔隙比和受水强度骤降等特点。在贵州花溪大学城附近取土样，在学校的试验室和工地上提供的实验环境下进行了大量的基础物理力学试验和天然快剪试验,统计出了红黏土的各项物理性质指标。

1 红黏土的基本力学指标

借用工地钻机取自地下2～5 m深的土,各种实验得到结果如表1:

表1 红黏土的基本力学指标

总结试验的结果得出如下结论:

1）所取红黏土具有较高含水率、较高液塑限和较大孔隙比等特征。孔隙比较大使得红黏土的压实性能较差。通常，液限大于70%，塑性指数大于35，平均比重1.86，孔隙比大于1.0，饱和度大于95%，属于饱和性土[1]。

2）天然状态下的红黏土在垂直面上，湿度具有从上到下逐渐增大的规律，基本上是地表呈坚塑或硬塑状态、向下逐渐变软的规律。因此，天然状态下红黏土地基具有随深度的增大而强度降低的特点。红黏土具有一定程度的地基强度和抗变形的能力。也具有一定的弱膨胀性，受大气影响后土体易失水收缩，出现裂缝，裂缝呈竖向向上开口状，往深处慢慢减弱，呈网状连续微裂隙。由于裂缝的产生，土体的整体性会遭到破坏，总体强度也会减弱。

3）查阅资料得到:红黏土的物理力学性质比较好,多数为硬塑或可塑状态，局部的有坚塑状态。由于红黏土孔隙比较大，压缩性不高，且随着压力的增加,不同深度处红黏土的固结系数也会随之增大。当施加的压力小于某一特定值时，随着压力的不断增加，取土深度对红黏土的固结系数的影响比较明显。当施加压力大于某一特定值时,随着压力的不断增加，取土深度对红黏土的固结系数的影响较小[2]。

2 抗剪强度值

对红黏土进行天然快剪试验。

试验根据库仑定律，土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比。土粒之间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌作用产生的摩阻力，决定于土粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级配等因素。黏性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒之间的黏结力[3]。用库仑定律表达如式（1）所示:

τ——土的抗剪强度（KPa）

φ——内摩擦角（°）

c——黏聚力（KPa）

试验得到的结果如表2。

1）分析试验结果得到红黏土的黏聚力在30 kPa以上，内摩擦角在11°左右时压缩系数平均为0.32～ 0.41 MPa-1。天然快剪强度较高，可以作为良好的地基持力层。这些都体现了红黏土孔隙比大、含水率高、塑性高，但具有比较高的力学强度等的特殊性质。

2）红黏土属于低压缩性土。这种特殊性与一般土体的情况明显不同，且具有反向的特征。从红黏土的成分组成情况分析，胶结作用所形成的团粒结构增大了红黏土颗粒,影响了土体的排列结构，团粒与团粒之间的孔隙增大，宏观的表现为孔隙比变大[4]。

表2 抗剪强度试验结果表

3 红黏土微观分析

以上相关试验的结果表明了该地红黏土具有高孔隙比、高含水率、高液限、低压缩性等特殊性质。

从对红黏土的微观研究可知:红黏土的矿物组成成分主要为高岭石、伊利石和蒙脱石，其中蒙脱石的含量相对较少。通过对红黏土的几种矿物组成成分的研究表明:这些矿物具有很大的比表面积，吸附作用自然比较明显，这就是红黏土中的结合水比一般黏土大很多的原因。在测含水率时，由于烘箱的作用，水分散失包括了红黏土中的结合水,因此测得的含水率就大大增加了[5]。同理可得，在测定红黏土的液、塑限值时，得到的界限含水率比一般黏土明显高很多也是这个原因。

红黏土经过了特殊的红土化作用、地质作用以及温度环境的影响等，许多硅、铝、铁的游离氧化物存在于粘土颗粒之间，该游离氧化物是红黏土胶结物的重要连接物，这就是红黏土矿物特殊的性质所在。

这种游离氧化物与高岭石、伊利石等相互作用形成了独特的结构连接，同时红黏土颗粒本身十分细小，颗粒具有较大的比表面积，这就使红黏土与水的作用力更强。