6红粘土

第六节红粘土一、红粘土的形成和分布(一)红粘土的定义与形成条件1．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。2．红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件。（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为残积、坡积类型，因而其分布多在山区或丘陵地带。这种受形成条件所控制的土，为一种区域性的特殊性土。在我国以贵州、云南、广西省(区)分布最为广泛和典型，其次在安徽、川东、粤北、鄂西和湘西也有分布。一般分布在山坡、山麓、盆地或洼地中。其厚度的变化与原始地形和下伏基岩面的起伏变化密切相关，分布在盆地或洼地时，其厚度变化大体是边缘较薄，向中间逐渐增厚；分布在基岩面或风化面上时，则取决于基岩起伏和风化层深度。当下伏基岩的溶沟、溶槽、石芽等较发育时，上覆红粘土的厚度变化极大，常有咫尺之隔，竟相差10rn之多；就地区论，贵州的红粘土厚度约3~6m，超过l0m者较少，云南地区一般为7~8m，个别地段可达10~20m；湘西、鄂西、广西等地一般在10m左右。二、红粘土的工程地质特征（一）红粘土的物理力学性质1．红粘土物理力学指标的经验值红粘土的物理力学指标的经验值见表2-6-1。红粘土物理力学性质的经验值表2-6-1指标粒组含量土的天然含水量w(%)最优含水量wop(%)土的重度γ(kN/m3)最大干重度γdmax(kN/m3)比重G粒径(mm)0.005~0.002粒径(mm)0.002一般值10~2040~7030~6027~4016.5~18.513.8~14.92.76~2.90指标饱和度Sr(%)孔隙比e液限wL(%)塑限wP(%)塑性指数IP液性指数IL含水比αw一般值951.1~1.760~11030~6025~50-0.1~0.40.5~0.75指标压缩模量ES(MPa)变形模量E0(MPa)自由膨胀率eF.S(%)膨胀率ePS(%)膨胀压力PP(kPa)体缩率eS(%)线缩率eSL(%)一般值6~1610~3025~690.1~2.114~317~222.5~8.0指标三轴剪切无侧限抗压强度qu(kPa)比例界限p0(kPa)孔隙渗透系数k(cm/sec)裂隙渗透系数k'(cm/sec)压缩系数a1-2(MPa-1)内摩擦角φ(º)粘聚力c(kPa)一般值0~350~160200~400160~300i*10-8i*10-5~i*10-30.1~0.42．红粘土物理力学性质的基本特点从表2-6-1可看出红粘土具有两大特点。一是土的天然含水量、孔隙比、饱和度以及塑性界限(液限、塑限)很高，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性；二是各种指标的变化幅度很大。红粘土中小于0.005mm的粘粒含量为60~80％，其中小于0.002mm的胶粒占40~70％，使红粘土具有高分散性。(二)红粘土的矿物成分1．红粘土的矿物成分，见表2-6-2，主要为高岭石、伊利石和绿泥石。粘土矿物具有稳定的结晶格架、细粒组结成稳固的团粒结构，土体近于两相体且土中水又多为结合水，这三者是构成红粘土具有良好力学牲能的基本因素。红粘土的矿物成分表2-6-2粒组成分(以常见顺序排列)鉴定方法碎屑针铁矿、石英目测、偏光显微镜小于2μ的颗粒高岭石、伊利石、绿泥石部分土中还有蒙脱石、云母、多水高岭石、三水铝矿X衍射、电子显微镜、差热(三)红粘土厚度变化与由硬变软的现象1．厚度变化：这与所处地貌、基岩的岩性与岩溶发育程度有关；在其它因素相近的条件下，碳酸盐类岩体的岩性决定着岩溶发展程度的差异。石灰岩、白云岩易于岩溶化，岩体表面起伏剧烈，导致上覆红粘土层厚度变化很大，泥灰岩、泥质灰岩的岩溶化较弱，故表面较平整，上覆红粘土层的厚度变化也较小。2．由硬变弱现象，地层从地表向下由硬变软，相应地，土的强度则逐渐降低，压缩性逐渐增大。工程实践中，红粘土的软硬程度多以含水比来划分的。据统计结果，上部坚硬、硬塑状态的土约占红粘土层的75%以上，厚度一般都大于5m，可塑状态的土约占10~20%，多分布在接近基岩处；软塑、流塑状态的土小于10%，位于基岩凹部溶槽内。(四)红粘土的裂隙性与胀缩性1．红粘土的裂隙性：在坚硬和硬塑状态的红粘土层由于胀缩作用形成了大量裂隙。裂隙发育深度一般为3~4m，已见最深者达6.0m。裂隙面光滑，有的带擦痕、有的被铁锰质浸染。裂隙的发生和发展速度极快，在干旱气候条件下，新挖坡面数日内便可被收缩裂隙切割得支离破碎，使地面水易侵入，土的抗剪强度降低，常造成边坡变形和失稳。2．红粘土的胀缩性：有些地区的红粘土具有一定的胀缩性，如贵州的贵阳、遵义、铜仁；广西的桂林、柳州、来宾、贵县等。这些地区由于红粘土地基的胀缩变形，致使一些单层(少数为2~3层)民用建筑物和少数热工建筑物出现开裂破坏，其中以广西地区较为严重，贵州地区较轻，有些地区红粘土的胀缩性很轻微，可不作膨胀土对待。红粘土的胀缩性能表现为以缩为主。即在天然状态下膨胀量微小，收缩量较大(见表2-6-1)，经收缩后的土试样浸水时，可产生较大的膨胀量。(五)红粘土中的地下水特征红粘土的透水性微弱，其中的地下水多为裂隙性潜水和上层滞水，它的补给来源主要是大气降水，基岩岩溶裂隙水和地表水体，水量一般均很小。在地势低洼地段的土层裂隙中或软塑、流塑状态土层中可见土中水，水量不大，且不具统一水位。红粘土层中的地下水水质属重碳酸钙型水，对混凝土一般不具腐蚀性。(六)红粘土的分类按土的特性，地质条件等对红粘土的分类应符合下列规定：1．按成因类型可分为原生红粘土与次生红粘土。2．按湿度状态，红粘土地区经过相关分析得出含水比αw与液性指数IL之间存在如下关系：55.045.0LwI（2-6-1）考虑到红粘土的液塑比Ir多变化于1.3~2.3之间，若用Ir=1.8将红粘土划分为两档，则可按αw与液性指数IL的下列关系，用αw代替IL对红粘土的状态作进一步细分(液塑比：Ir=wL/wp)：当Ir1.8时，αw=0.34IL+0.66（2-6-2）当Ir1.8时，αw=0.49IL+0.51（2-6-3）用静力触探的比贯人阻力ps与红粘土的强度之间建立了相关系数，通过强度的转换，可求出ps与αw的关系，而用ps划分红粘土的软硬状态。上述用IL、αw、ps，划分红粘土的软硬状态标准如表2-6-3。红粘土按状态分类标准表2-6-3状态液性指数IL含水比αw含水比αw比贯入阻力ps(MPa)Ir1.8Ir1.8坚硬≤00.55≤0.63≤0.50≥2.3硬塑0IL≤0.330.55αw≤0.700.63~0.750.5~0.671.3~2.3可塑0.33IL≤0.670.70αw≤0.850.75~0.880.67~0.840.7~1.3软塑0.67IL≤1.00.85αw≤1.00.88~1.00.84~1.00.2~0.7流塑1.01.01.01.00.23.按土体结构：按土的外观裂隙特征和灵敏度St划分为：致密状(偶见裂隙)St1.2巨块状(较多裂隙)1.2≥St0，8碎块状(富裂隙)St≤0.84.按土的复浸水特性，即以土的界限液塑比Irˊ及液塑比Ir划分为：Ⅰ类：Ir≥Irˊ，收缩后再浸水膨胀量能恢复到原来位置；Ⅱ类：IrIrˊ，收缩后再浸水膨胀量不能恢复到原来位置。界限液塑比Irˊ与液限wL的相关公式为：LrwI0066.04.1'（2-6-4）5.按地基均匀性，即按基底下深度为Z范围内的地层组成，分为两类：均匀地基：全部由红粘土组成；不均匀地基：由红粘土与岩石共同组成。当单独基础的总荷重p1为500~3000kN,条形基础每延米荷载p2为100~250kN/m时，Z值(m)可分别按下式确定：单独基础：5.111pZ（2-6-5）条形基础：5.422pZ（2-6-6）式中：η1、η2——系数，η1=0.003m/kN，η2=0.05m2/kN。三、红粘土的岩土工程评价（一）基础埋置深度的确定利用表层较硬土层作地基持力层：应充分利用红粘土上硬下软的湿度状态垂向分布特征，基础尽量浅埋。对三级建筑物，当满足持力层承载力时，即可认为已满足下卧层承载力的要求。（二）地基均匀性的评价红粘土的厚度随下卧基岩面起伏而变化，致使红粘土的厚度变化较大，常引起地基不均匀沉降。不均匀沉降的可能性，按下列条件判定：当相邻基础的荷载和尺寸相近，凡符合下列条件之一者，可不考虑地基不均匀对建筑物的影响。1．对均匀地基，相邻基础底面以下的土层厚度大于表2-6-4所列勘探孔深度时。2．对不均匀地基，相邻基础底面以下呈坚硬、硬塑状态，厚度均大于表2-6-5中所列h1值或均小于h2值时。红粘土勘探点深度表2-6-4单独基础条形基础荷载(kN)勘探孔深度(m)每沿米荷载(kN/m)勘探孔深度(m)3000200010005006.5（4.0）5.0（3.5）3.5（2.5）1.0（0）2502001501005.0（3.0）3.5（0.5）1.5（0）1.0（0）注：勘探孔深度从基础底面算起，括号内数值系指地基沉降计算深度内存在软塑土层时应增加的勘探深度值。红粘土基底下土层厚度限值表2-6-5单独基础条形基础荷载(kN)土层厚度(m)每延米荷载(kN/m)土层厚度(m)h1h2h1h23000200010005003.52.51.32.0.60.80.91.01.12502001201002.01.51.00.50.91.01.22.0不均地基的处理，应优先考虑地基处理为主的措施，宜采用改变基宽、调整相邻地段基底压力、增减基础埋深，使基底下可压缩土厚相对均一。对外露的石芽，用可压缩材料的褥垫处理，对土层厚度、状态分布不均的地段，用低压缩的材料作置换处理。（三）、地基承载力的评价红粘土的地基承载力可按表2-6-6确定。当考虑红粘土地基承载力设计值修正时，应区别土的成因，土性(如液塑比Ir等)、土体结构特征，并考虑湿度状态的动态影响等。当基础浅埋，外侧地面倾斜或有临空面或承受较大水平荷载等情况时，应考虑土体结构及裂隙的存在对承载力的可能影响，以及开挖面长时间暴露，裂隙发展和复浸水对土质的影响。红粘土承载力表表2-6-6土的名称第二指标液塑比第一指标含水比0.50.60.70.80.91.0红粘土≤1.7380270210180150140≥2.3280200160130110100次生红粘土250190150130110100（四）裂隙和胀缩性的评价红粘土的网状裂隙及土层的胀缩性，对边坡及地基均有不利影响。评价时应决定是否按膨胀土地基考虑。若为膨胀土时，对低层、三级建筑物建议的基础埋深应大于当地大气影响急剧层深度。对炉窑等高温设备基础，应考虑基底土不均匀收缩变形的影响。开挖明渠，应考虑土体干湿循环以及在有石芽出露的地段，由于土的收缩形成通道，导致地表水下渗冲蚀形成地面变形的可能性，并避免把建筑物设置在地裂密集带和深长地裂地段。（五）土洞的影响由于下卧基岩岩溶现象发育，因而覆于其上的红粘土层中常有土洞存在，土洞对建筑物地基的稳定性极为不利。对土洞、塌陷的处理，各种成因的土洞，都有发育速度快，易引起地面塌陷的特点，尤其是在土层较薄的地段，严重危及建筑场地和地基的稳定性。预防土洞塌陷的关键在于“治水”，如杜绝地表水大量集中下渗，稳定和控制地下水动态变化等。对于地面塌陷和顶板较薄的土洞的处理，可清除其软土后用块石、碎石、砂土、粘土自下而上地做反滤层予以处理。对埋藏较深的土洞，可用梁板跨越或用混凝土灌注土洞及其下的岩溶通道。（六）人工边坡的评价对红粘土尤其是对复浸水特性属Ⅰ类的红粘土，人工边坡稳定性评价时，土的计算参数设计值的确定，应考虑开挖