土体灾害特殊土之红粘土讲义

工程地质学中国科学院研究生院硕士课程(土体工程地质与地质灾害部分)一、土的基本物理力学性质二、土体微结构力学三、特殊土工程地质性质与评价(一)黄土(二)膨胀土(三)软土(四)红黏土四、地质灾害及其勘查评价

提纲中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程红粘土：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。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。红黏土的定义中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程1977年版《工业与民用建筑和地基基础设计规范》:红粘土是碳酸盐类岩石经风化后残积、坡积形成的褐红色、棕红色、黄褐色粘土。玄武岩、花岗岩、碎屑岩、粉砂岩及某些黏土岩都有可能风化形成红粘土云南东川的红粘土景观中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程●红黏土地貌云南东川的红粘土景观中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程●红黏土地貌中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程灰岩基岩红黏土●红黏土地貌中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程云南元谋的红粘土土林●红黏土地貌—土林红粘土主要分布在北纬30°与南纬30°之间的热带、亚热带地区。我国红粘土分布广泛,主要分布区在我国南方各省区,总出露面积达20余万平方公里。如云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、丘陵地带顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。●红黏土分布中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程黔、桂、滇等地古溶蚀地面上堆积的红粘土层，由于基岩起伏变化及风化深度的不同，造成其厚度变化极不均勾．常见为5－8m，最薄为0.5m，最厚为20m。在水平方向常见咫尺之隔，厚度相差达10m之巨。上层中常有石芽、溶洞或土洞分布其间，给地基勘察、设计工作造成困难。中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程对红粘土的成因:红粘土化过程基本上是一个化学、物理化学的变化或母岩中矿物的迁移、过渡、交代、沉淀的过程,并归纳为下列三个发展阶段:第一阶段:(最初风化)原始矿物部分地或完全地物理或化学的风化,基本元素、倍半氧化物胶体的“释放”。第二阶段:(次生风化或红粘土化)母岩部分地或完全地淋滤。一些矿物分解、迁移、矿物间部分的重新组合。第二阶段的风化程度与原始矿物的化学风化程度及本质有关。第三阶段:部分的或完全的水合胶体,氧化铁、铝的脱水。●红黏土成因红粘土的一般特点是含水量高、孔隙比大，塑性强，却具有较高的力学强度和较低的压缩性。红粘土的含水量高、孔隙比大，塑性强等物理指标与软黏土相似，但是其较高的力学强度和低压缩性，与软粘土差别巨大。中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程●红黏土基本物理力学性质中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程●红黏土基本物理理力学性质在液限—孔隙比散点图上上，可看出红粘粘土的液限比软软土液限上限大大很多。中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程●红黏土与软土工工程力学特性比比较在压缩系数—孔隙比散点图上上，可看出相同同孔隙比条件下下，红粘土的压压缩系数比软土土压缩系数下限限低很多。中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程在无侧限抗压强强度—孔隙比散点图上上，可看出红粘粘土的抗压强度度比软土抗压强强度的上限大很很多。●红黏土与软土工工程力学特性比比较中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程在剪应力—孔隙比散点图上上，可看出红粘粘土的抗剪强度度比软土抗剪强强度上限要大。。●红黏土与软土工工程力学特性比比较虽然红粘土的含水量高、孔隙比大，塑性强等物理指指标比软黏土差，但是其工程程性能却远比软软土要好。这一一特性是红粘土土被视为特殊土的主要原原因。红粘土的组成成成分红粘土的一般物物理力学特征红粘土的物理力力学性质变化范范围及其规律性性裂隙对红粘土强强度和稳定性的的影响●红粘土的成分、、物理力学特征征及其变化规律律红粘土的主要工工程性质与评价价中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程由于红粘土系碳酸盐类及其他他类岩石的风化化后期产物，母岩中的较活活动性的成分SO2-4、Ca2+、Na+、K+经长期风化淋滤滤作用相继流失失，SiO2部分流失，此时时地表则多集聚聚含水铁铝氧化物物及硅酸盐矿物物，并继而脱水变为为氧化铁铝，使土染成褐红红至砖红色。因此，红土化过过程同时也是脱脱硅富铝铁的地地球化学过程。。红粘土的组成成成分中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程红粘土的矿物成成分除仍含有一一定数量的石英英颗粒外，大量量的粘土颗粒则则主要为多水高岭石、水水云母类、胶体体二氧化硅及赤赤铁矿、三水铝铝土矿等组成，不含或极少含有有机质。红粘土的主要矿矿物有:高岭石、伊利石石、针铁矿、褐褐铁矿、蒙脱石石、石英、绿泥泥石和水铝英石石等。中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程红粘土颗粒周围围的吸附阳离子子成分也以水化化程度很弱的三价铁、铝为主。红粘土的粒度较较均匀，呈高分分散性。粘粒含量一般般为60％－70％，最大达达80％。1、天然含水量高高，一般为40％－60％，高达90％。红粘土的一般般物理力学特特征2、密度小，天天然孔隙比一一般为1.4-1.7，最高2.0，具有大孔性性。5、一般呈现较较高的强度和和较低的压缩缩性，固结快快剪内摩擦角角为8。－18。，内聚力40－90kPa。压缩系数a0.2-0.3=0.1-0.4MPA-1，变形模量10-30MPa，最高可达50MPA，荷载试验比比例界限200－300kPa。3、高塑性。液液限一般为60％－80％，高达110％；塑限一般般为40％－60％，高达90％；塑性指数数一般为20－50。4、由于塑限很很高，所以尽尽管天然含水水量高，一般般仍处于坚硬硬或硬可塑状状态，液性指指数一般小于于0.25。但是其饱和和度一般在90％以上，因此此，甚至坚硬硬粘土也处于于饱水状态。。6、不具有湿陷陷性，其湿陷陷系数0.0004－0.0008《0.015。原状土浸水水后膨胀量很很小(＜2％)，但失水后收收缩剧烈，原原状土体积收收缩率25％，而扰动土土可达40％－50％。红粘土：虽然然天然含水量量高，孔隙比比很大，但却却具有较高的的力学强度和和较低的压缩缩性生成环境及其其相应的组成成物质和坚固固的粒间连结结特性。原因中国科学院研研究生院《工程地质学》硕士课程红粘土呈现高孔隙性首先在于其颗颗粒组成的高分散性，是粘粒含量量特别多和组组成这些细小小粘粒的含水铁铝硅氧氧化物在地表高温条条件下很快失失水而相互凝聚胶结，从而较好地地保存了它的的絮状结构的结果。因此，红粘土土有较高的强强度，主要是是因为这些铁铁、铝、硅氧氧化物颗粒本本身性质稳定定及互相胶结结所造成的。。特别是在风风化后期，有有些氧化物的的胶体颗粒会会变成结晶的的铁、铝、硅硅氧化物，粒粒间连结强度度大。另外，由于红红粘土颗粒周周围吸附阳离子成成分主要为三价铁和铝，这些铁、铝铝化的颗粒外外围的结合水膜很薄薄，也加强了其其粒间的连结结强度。中国科学院研研究生院《工程地质学》硕士课程红粘土的高天天然含水量的的原因：颗粒高分散性性，表面能很很大，吸附了了大量水分子子。红粘土的高塑塑限值的原因因：——土中孔隙是被被强结合水(吸着水)所充填，而强强结合水由于于受土颗粒的的吸附力很大大，分子排列列很密，具有有很大的粘滞滞性和抗剪强强度。——由于分布地区区环境地表温温度高，分布布在山坡、山山岭或坡脚地地势较高地段段的红粘土，，其地表水和和地下水的排排泄条件好，，使土的天然然含水量也只只接近于塑限限，使土体处处于坚硬或硬硬可塑状态。。这些红粘土的的组成成分及及其粒间连结结和含水特性性，也是它所所以呈现高孔孔隙性和大孔孔性，而又不不具有浸水湿湿陷性的主要要原因。已有资料分析知，，红粘土本身身的物理力学学性质指标又又有相当大的的变化范围。。以贵州省的的红粘土为例例：天然含水量25％－88％；天然孔隙比0.7－2.4；液限36－l25；塑性指数18－75；液性指数0.45－1.4；内摩擦角2－31度，内聚力10－140kPa，变形模量4－36MPa。其物理力学性质质变化如此之之大，承载力自然然会有显著的的差别。貌似似均匀的红粘粘土，其工程程性能的变化化却十分复杂杂，这也是红红粘土的一个个重要特点。。红粘土的物理理力学性质变变化范围及其其规律性中国科学院研研究生院《工程地质学》硕士课程1）在深度方向向，随着深度度的加大，其其天然含水量量、孔隙比和和压缩性都有有较大的增高高，状态由坚坚硬、硬塑可可变为可塑、、软塑以至流流塑状态，因因而强度则大大幅度降低。。1m处的内聚力为为190kPa，到11m则降为9kPa，只及1m处的1／20。上硬下软。2）在水平方向向，随着地形形地貌及下伏伏基岩的起伏伏变化，红粘粘土的物理力力学指标也有有明显的差别别。在地势较较高的部位，，由于排水条条件好，其天天然含水量、、孔隙比和压压缩性均较低低，强度较高高，而地势较较低处则相反反。在地势低低洼地带，由由于经常积水水，即使上部部土层，其强强度也大为降降低。水平各向异性性。中国科学院研研究生院《工程地质学》硕士课程红粘土物理力力学特征在空空间上的变化化规律由于红粘土中中细粒粘土矿矿物含量高，，且主要是以以高岭石、伊利利石（少量的蒙脱脱石、绿泥石石和水铝英石石）为主，塑塑性强，膨胀特性表现很弱或不不明显。但是，红粘土土失水收缩的特特性最明显。中国科学院研研究生院《工程地质学》硕士课程红粘土的胀缩缩特性红粘土失水收缩性性而发育裂隙也是是红粘土的一大特特征。坚硬、硬可塑状态态的红粘土，在近近地表部位或边坡坡地带，往往裂隙隙发育，土体内保保存许多光滑的裂隙隙面。裂隙对红粘土强强度和稳定性的的影响中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程●确定红粘土地基基承载力的几个个原则问题红粘土的主要工工程性质与评价价1、在确定红粘土土地基承载力时时，要随埋深变变化的湿度和上上部结构情况，，分别确定。因因为红粘土物理理力学特性变化化范围很大，即即使同一成因和埋藏条条件下的、红粘土的地基承载力也也有所不同。2、为了有效地利利用红粘土作为为天然地基，针针对其强度具有有随深度递减的的特征，基础宜宜尽量浅埋，把把土层坚硬或硬硬可塑状态的土土层作为地基的的持力层，既可可充分利用表层层红粘土的承载载能力，又可节节约基础材料，，便于施工。中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程3、红粘土一般强强度高，压缩性性低，对于一般般建筑物，地基基承载力往往由由地基强度控制制，不考虑地基变形。但由于同一建筑地基上各部分分红粘土厚度和和性质很不均匀，从而形成过大大的差异沉降，往往是天然地地基上建筑物产生裂缝的主要原因。此时，按变形计算地基对于合理地利用用地基强度，正确反映上部结结构及使用要求求具有特别重要要的意义。同时，还须根据据地基、基础与上部结构构共同作用原理理，适当配合以加加强上部结构刚度度的措施，提高建筑物对对不均匀沉降的的适应能力。中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程4、无论按强度还还是按变形考虑虑地基承载力，，必须考虑红粘粘土物理力学性性质指标的垂直直向变化，划分土质单元元，分层统计、、确定设计参数数，按多层地基基进行计算。中国科学院研究究生院《工程地质学》硕士课程关于红粘土地基基承载力的确定定方法，一般有有：用地基规范通过过一定的物理指指标查表；通过载荷试验；；通过室内或野外外剪切试验