典型红粘土与膨胀土的对比试验研究

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昆明新国际机场红粘土工程特性研究

昆明新国际机场红粘土工程特性研究

)
1. 71
粘土
23. 3
20. 4
1. 65
粉质粘土 20. 4
17. 8
1. 77
(2) 红粘土的最优含水量比塑限含水量小很多 ,粘土的最 优含水量比塑限略偏小 ,粉质粘土的最优含水量也比塑限小些 。
(3) 料场 3种细料土的击实曲线以峰值点左右对称 ,且击 实曲线右侧都与理论饱和曲线渐近 ,其中粘土的右侧击实曲线 偏离理论饱和曲线程度较大 ,表明该土击实后的非饱和程度大 , 孔隙密闭或连通性不好 ,含较多空气 ,粘土的击实效率明显比其 他两种细料差 。
根据地质勘察资料 ,针对机场跑道 、航站楼的平面布置与功 能 ,结合场地工程地质条件综合分析 ,本工程建设过程中需要解 决的主要岩土工程问题有 :红粘土地基处理 、土岩组合不均匀地 基的处理 、土石方填筑技术 、高填方地基变形和高边坡稳定性控 制等 。
1 红粘土物理及压实特性
1. 1 物理性质
料场红粘土为红褐色 ,土性特别粘 ,粘土为黄褐色 ,土性较 粘 ,粉质粘土为灰黄色 ,手感为粉质 。其基本物理性质见表 1、 2,包括颗分 、比重 、液塑限 、自由膨胀率试验 。由表 1、2 可以得 知:
93
32. 3 24. 1 205 29. 3 1. 0E - 05
料场粉质粘土的液限为 34. 3% ~34. 8% ,塑限为 20. 2% ~ 20. 5% ,为液限较低的粉质粘土 ,粘粒含量与胶粒含量分别为 32. 0%、19. 1% ,自由膨胀率为 12% ~16%。
(2) 红粘土的自由膨胀率较粘土小 ,并且土颗粒分散效果
差 ,其分散体系实际上仍由更小的颗粒集合体组成 ,因此得到的 颗分粘粒 、胶粒含量均偏小 ,比重值却较高 。

温度对红粘土胀缩特性研究

温度对红粘土胀缩特性研究
表 1 红粘土基本物理指标 “
2 试 验 方 案
2 . 1 样 品 制备
验, 用 百分 表测 量其 膨胀 变形 。
2 . 3 常温 ( 2 5  ̄ C) 和 高温 下 ( 1 0 5  ̄ C) 红 粘 土 收 缩试

采用 静 力 压 实 法 制 备 压 实 度 分 别 为 9 6 %、 9 3 %、 9 0 %和 8 5 %, 含 水率 分别 为 3 0 %、 2 4 %、 2 0 %和
水 饱 和膨 胀 , 土 的 工 程性 质 发 生 变化 , 由此 带 来 的
因此 , 对 于饱 和红 粘 土 的热 特性 实验 研 究不 仅有 很 高 的理论 价值 , 在 工程 应用 领域 也有 很 高 的实用 价
值。
1 红 粘 土 基 本 物 理 性 质
本实 验 的红粘 土取 自贵 州 大 学 新 校 区二 期 工 程, 土样 特 征 : 红褐 色 , 较湿 , 土质 均匀 不含 杂 质 , 土
将 试样 放 在 烘 箱 中, 温 度 分 别 控 制 在 常 温
1 5 %环 刀试 样 , 试样 高 度 2 c m, 面积 3 0 c m 。 2 . 2 常温 ( 2 5  ̄ C) 和高温下 ( 1 0 5  ̄ C) 红 粘 土膨 胀 试

( 2 5 ℃) 和高温 ( 1 0 5 o C) , 采用 收缩 仪进 行 收缩试
第3 4卷 第 5期 2 0 1 7年 l 0月
贵州 大学 学报 (自然科学版 ) J o u n r a l o f G u i z h o u U n i v e r s i t y ( N a t u r M S c i e n c e s )
V o 1 . 3 4 No . 5 0 c t . 2 0 1 7

用模糊综合评价法识别红粘土与膨胀土

用模糊综合评价法识别红粘土与膨胀土

用模糊综合评价法识别红粘土与膨胀土摘要:胀缩性红粘土与膨胀土在工程性质上相似,但两者在物质成分、结构构造、物理化学性质、物理力学性质以及对工程的破坏作用等方面与膨胀土有明显的区别,模糊数学是研究和处理模糊现象的数学方法,所研究的对象与对象之间的关系具有模糊性。

由于红粘土与膨胀土的特性一些相似,所以使用模糊数学来判别两者的区别有其优越性。

而模糊数学在膨胀土分类上的应用也证明了其适用性。

本文应用模糊综合评价法进行了红粘土与膨胀土的识别,并与模糊聚类法的分析结果进行了比较,结论为模糊综合评价法能更综合、更有效的进行识别。

关键词:模糊数学;红粘土;膨胀土1引言红粘土是几种特殊土类之一,我国的红粘土主要分部华南、西南、华东以及华中部分地区,如贵州、广西、云南、广东以及湖南等省份。

另一种特殊土,即膨胀土,也大多分布在这些地区。

一部分红粘土,如胀缩性红粘土与膨胀土在工程性质上相似,一直以来也按膨胀土来处理。

然而胀缩性红粘土在物质成分、结构构造、物理化学性质、物理力学性质以及对工程的破坏作用等方面与膨胀土有明显的区别。

在两者的判别方法中有规范判别分类法、最大胀缩性指标分类法、塑性图判别与分类法、风干含水量法、多指标综合判别分类法、多指标数学判别分类法等。

多指标数学判别分类法中有模糊数学法、灰色理论法、神经网络理论法、可拓学理论法等。

尽管单一或双指标法分类方法具有简单、便于工程应用的优点,但由于特殊土胀缩性影响因素多且复杂,各因素之间也存在一定的相关关系,因此多因素的综合评判方法得到广泛的认可,其中尤以模糊数学法和灰色理论法的研究较多。

模糊数学是研究和处理模糊现象的数学方法,所研究的对象与对象之间的关系具有模糊性。

由于红粘土与膨胀土的特性一些相似,所以使用模糊数学来判别两者的区别有其优越性。

而模糊数学在膨胀土分类上的应用也证明了其适用性。

因此这里使用了模糊模式识别来判别红粘土和膨胀土。

2模糊模型识别简述(1)定义。

击实红黏土与膨胀土的变形特性对比研究

击实红黏土与膨胀土的变形特性对比研究

1 红黏 土与膨胀土路基破坏 形式对 比
红黏 土膨胀 土 主要 分 布 在 国南 方 , 由 于南 方 地 区雨量 充沛 , 温 度偏 高 , 存 在 明显 的干 湿 循 环 , 因此 路面结 构 层 通 常会 在 于 湿循 环 后 发 生 破 坏 J 。 图 1 、 图 2为典 型红 黏 土及 膨 胀 土 路段 路 基 病 害 图 , 图 片分别 摄 于 广 西 南 友 高 速 公 路 和 江 苏 宿沭 高 速 公 路 J , 广 西南 友 高速 是 采 用 红 黏 土 作 为 路 基 填 料 , 江苏 宿沭 高速是 采用 膨胀 土作 为路堤 填土 。 由图 1 ( a ) 、 ( b ) 看 出, 红 黏 土路 面 出现 沿 着 路 面 的纵 向及弧形 裂 缝 , 整个 路 段 出现 横 向滑 移 及 不
由于缺少 针对 红 土地 区的 施工 技 术 规 范 , 且 红
黏土又具有一定 的弱膨胀性而被套用膨胀 土的相 关施工规范处理 , 目前采用较多 的是《 膨 胀土地区 建筑技术规范》 G B J 1 l 2 7 j 。被 广泛采用 的 自
2 0 1 2 年9 月2 4日 收到 , 1 O月 2 5日 修改 第一作者简介 : 张永婷 , 女 。E — m a i l : z y t 2 9 4 1 9 5 5 0 6 @1 6 3 . t o m 。
由膨胀 率 对 膨 胀 土 进 行 分 级 的 方 法 存 在 着 一 定 的 局 限性 , 由于 自由膨 胀 率 是 通 过 扰 动 土 得 来 的 , 因 此, 它只能 反 映 土 的成 分 , 而 不 能 反 映 其 结 构 和 状 态变化 对其 产生 的影 响 ; 西 红 黏 土恰 恰 是 一 种 结 构性很 强 的土 。 通 过调 查 典 型 红 黏 土 及 膨 胀 土 地 区路 破 坏 形 式, 分 别进 行室 内干 湿 循环 变 形 试 验 以及 水 稳 性 试 验来研 究 这 两 种 土 在 干 湿 循 环 作 用 下 胀 缩 变 形 的

膨胀土与红粘土电阻率室内试验比较

膨胀土与红粘土电阻率室内试验比较
度较大 , 含水量也较多 , 电阻率较 低。此外 , 温度对 土的电阻率 也
有一定 的影响 。文 中在 以上 电阻率 理论 的基础 上 , 过室 内电阻 通
率试验测试 了膨胀土 和红粘 土在 不 同含 水量 以及 温度情 况下 的



电阻率变化关 系图。


1 土 的 电阻率 室 内测试 原 理与 方法
关键词 : 膨胀土 , 红粘土 , 电阻率, 测试原理
中 图分 类 号 : U4 12 T 4 导 电性 的基 本 参数 , 物质 的电阻 率值 越 低, 其导 电性 就越 好。土 的 电阻率 是 指 当电 流垂 直通 过 边 长为
1r n的立方 土体 时所呈现 的电阻 , 单位 Q・ 。土 的导 电性 涉及两 r n 个不同的过程 : 一是通过孔 隙水导 电, 二是通 过颗粒 表面导 电( 阳
膨 胀 土 与 红 粘 土 电阻 率 室 内试 验 比较
饶 平 平 陈 小 亮 欧 刚
摘 要 : 绍 了土的电阻率室 内测试原理 与方法 , 介 并对试验土样—— 膨胀土和粘 性土 的物理性质指 标进行 了阐述 , 通过
室内试验测 出膨胀土 与红粘土在不 同温度 、 含水量条件 下的电阻率变化情况, 以得 出一些有 意义 的结 论。
4 温 度对 土的 电 阻率影 响
温度对土 的电 阻率也 有很 大影 响。Kee‘_ lr 等人通 过研 究 , l 3
从 图 2 图 3分析可得以下特点 :) , 1在相 同条件下虽然试验数
据有所震荡 , 但规律 明显 , 过曲线发现二者 的电阻率有一 个“ 通 临
其中, 为电阻值 ; R s为电极的接触面积; L为电极之 间的距离。 界含水量 ” 即“ 界含水 量 ” 在 3 %左右 , , 临 均 0 含水量 在小 于 3 % 0 本次试验采用 自制 的试验模型 : 长方体玻璃容器长 3 0锄 , 宽 范 围内土 的电阻率变化 梯度 较大 , 含水量在大 于 3 %以后其 电阻 0 1 9锄 , 2 高 0锄 , 容器长度方 向 的两 侧壁采 用导 电性能较 好 的薄 率变化梯度相对较 平稳 。2 土 的电 阻率 随着 其含 水量 的增大 而 ) 铜板作为电极 , 了改善 土样 与铜板 电极之 间 的接 触 条件 , 验 为 试 减小 , 膨胀 土与红粘 土 的变 化规律 不 同 , 过拟 合后膨 胀土 电 但 经 中在容器 内电极 内侧涂上一层导 电性优 良的石 墨( 图 1 。土 体 阻率与含水量 的曲线关 系为 : 见 ) Y=0 63 2 4 5 7 .3 x —5 . 5 x+12 5 2 5 .; 的电阻通过高精度万用 电子 表测量 , 根据公 式 ( ) 再 1 换算 出 电阻 红粘土 电阻率与含水量 的曲线 关系 为: y=0 42 —4 ,0 x+ .7 x 82 8 率值 。

广西红粘土击实样强度特性与胀缩性能

广西红粘土击实样强度特性与胀缩性能

第25卷第3期 岩 土 力 学 V ol.25 No.3 2004年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2004收稿日期:2003-04-02基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:19902018);国家重大基础研究前期研究专项项目(编号:2003CCA02200) 作者简介:赵颖文,男,1978年生,硕士,主要从事特殊土的工程特性研究,现工作于上海市城市建设设计研究院。

文章编号:1000-7598-(2004) 03-0369-05广西红粘土击实样强度特性与胀缩性能 赵颖文,孔令伟,郭爱国,拓勇飞( 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学重点实验室,湖北 武汉 430071 )摘 要:通过对广西贵港红粘土重型击实样的室内试验研究,探讨了其力学特性、胀缩性能、孔径分布特征与含水量之间的关系。

结果表明:干密度指标总体上能反映红粘土击实样的强度规律,但非饱和击实样强度峰值对应的含水量因基质吸力作用而偏小,饱和后土体由于吸水膨胀与基质吸力的消失,使得强度峰值对应含水量较饱和前明显增大,红粘土在最优含水量下压实,虽可获得很高的压实度,但饱和后的强度并非最大;红粘土击实样的胀缩性能主要由含水量决定,同时,受到干密度的影响;孔隙主要以孔径在0.01~0.05μm 范围内的小孔隙为主,为进一步掌握红粘土的工程力学特性提供了帮助。

关 键 词:红粘土;胀缩性;基质吸力;干密度;孔径分布 中图分类号: TU 411 文献标识码: A Strength properties and swelling-shrinkage behaviorsof compacted lateritic clay in GuangxiZHAO Ying-wen, KONG Ling-wei, GUO Ai-guo, TUO Yong-fei( Key Laboratory of Rock and Soil Mechanics, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China )Abstract: The relationships among mechanical indexes, swelling-shrinkage properties, pore size distributions and moisture contents of lateritic clay in Guigang of Guangxi Zhuang Autonomous Region, are discussed through experimental research on the heavy-pattern compacted samples. The results show that the dry density can reflect the strength rule of compacted lateritic clay as a whole, and the moisture contents of unsaturated compacted samples corresponding to the maximum of strength indexes are comparatively low because of the effect of matrix suction, while those after saturating increase obviously duo to water absorbing, swelling and the loss of matrix suction. For lateritic clay compacted under the condition of optimum moisture content, its strength is not the highest after saturation although a very high compaction degree is obtained. The swelling-shrinkage properties of compacted lateritic clay are mainly controlled by moisture content, and also affected by dry density. The pores of compacted lateritic clay are mainly small sizes in diameters from 0.01ìm to 0.05ìm, which is useful for the further mastery on the geotechnical properties of lateritic clay.Key words: laterite ;swelling -shrinkage properties ;matrix suction ;dry density ;pore size distribution1 前 言红粘土作为一种典型特殊土,是碳酸盐系岩石风化残坡积,并经过红土化地质作用而形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。

浅析红粘土击实比对试验

浅析红粘土击实比对试验

浅析红粘土击实比对试验路基作为高速公路主体工程,应具有足够的强度、稳定性和耐久性。

红粘土属于特殊的高液限土,天然含水量较高,作为路基填料控制最佳含水量不很容易,导致路基的水稳性差和很难压实。

红粘土风化壳主要是由于第四纪季风环流形成以来,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,具有独特的游离氧化铁的胶结结构;红粘土矿物成分以伊利石与高岭石为主,含少量或不含蒙脱石。

红粘土具有较高的粘粒含量、天然含水量、孔隙比与液塑限。

本合同段K46+650~K53+910区间填土为红粘土。

本着节约工程建设经费,保证红粘土路堤的施工质量和进度,项目部试验室就红粘土的最大干密度和最佳含水量在干土法和湿土法的试验方法上进行了大量比对试验。

干法击实试样制备:取烘干代表性土样,根据塑限预估最佳含水率,并制备5 个不同含水率的一组试样,润湿一昼夜,相邻两个含水率的差值为2 %。

湿法击实试样制备:取天然含水量的土样作为第一个击实试样,将其他土样分别风干到几个不同的含水量,含水量分别控制在2%~3%左右,每个土样应浸润2昼夜使土样均匀。

K53+500干法击实试验数据:K53+500湿法击实试验数据:干法击实曲线:1.481.531.581.631.681820222426283032含水率(%)干密度(g /c m 3)湿法击实曲线:1.481.531.581.631.681820222426283032含水率(%)干密度(g /c m 3)从以上实验数据的比较知道,不同的击实方法获得的最大干密度和最佳含水量有明显的差别,表明红粘土的击实特性与试样制备过程中含水率的变化过程关系密切。

造成这些不同的原因,从微观上分析,干法制样在烘干的过程中,破坏了红粘土颗粒之间的结构,特别是颗粒之间的胶体也被破坏,极大的改变了红粘土的特殊性。

而湿法制样,仅仅是通过风干等方法降低了含水率到一定程度,最大限度的保留了土中胶体物质及内在结构,并且湿法制样和现场压实时含水率的降低方法相同,相对来说更接近施工实际情况。

不同温度下红黏土胀缩性试验研究

不同温度下红黏土胀缩性试验研究

线缩率和收缩系数的影响规律。试验结果表明:膨胀率随着初始含水率的变化而变化,干密度最大的试样的膨胀率
增幅最明显,干密度最小的试样的膨胀率却随着初始含水率的增加而减小;随着温度的升高,膨胀率总体呈增大趋
势,膨胀率在 80℃之前缓慢增长,超过 80℃时增长较快;随着温度的升高,线缩率、体缩率、收缩系数总体呈现递减
第 36卷 第 7期 2019年 7月
长 江 科 学 院 院 报 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute
doi:10.11988/ckyyb.20171311
Vol.36 No.7 Jul. 2 0 1 9
2019,36(7):100-105
称为膨胀性;由于含水率的减小,体积减小的性能称 为收缩性。这种湿胀干缩的性质,统称为土的胀缩 性。土的胀缩性可造成基坑隆起、坑壁拱起或边坡滑 移;土体积收缩时常伴随着产生裂隙,从而增大土的 透水性,降低土的强度和边坡稳定性。因此,研究土
收稿日期:2017-11-14;修回日期:2018-01-11 基金项目:江西省教育厅科技项目(GJJ14496);江西省自然科学基金项目(KJLD13052) 作者简介:彭慈德(1990-),男,江西吉安人,硕士,主要从事岩土力学特性及试验研究工作。Email:1280134499@qq.com
文章编号:1001-5485(2019)07-0100-06
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
ExperimentalStudyБайду номын сангаасnSwellingandShrinkagePropertiesof RedClayatDifferentTemperatures
PENGCide1,2,CHANGLiucheng2 (1.ShanghaiConstructionDesignandResearchInstitute,Shanghai 200030,China;2.SchoolofCivil

高速公路石灰改良膨胀土试验和施工对照分析报告

高速公路石灰改良膨胀土试验和施工对照分析报告

高速公路石灰改良膨胀土试验与施工对照分析胡彦成一、概述在高速公路建设中,沿线经常分布有膨胀土不良土质土源,由于土地珍贵和经济上的因素,有时不得不利用就近的中等或弱膨胀土不良土源作为高速公路路基填料。

膨胀土改良方法,及改良膨胀土路用技术的研究,是近年来我国高等级公路建设中的热点课题之一。

我们以蚌明高速公路的膨胀土为研究对象,蚌明高速公路多个标段通过膨胀土地区,尤其以五标及九标的土质为最差。

我们在施工灰土实验段初期就遇到了击实结果偏大,压实度不能达到设计要求的情况。

从施工工艺上改进后依然不能达到。

这就使我们考虑到控制压实度的一些关键数据,如标干、含水量等。

膨胀土主要是由亲水性较强的粘土矿物成分组成的,具有较大涨缩性能和相对较高的液限、塑限和塑性指数的粘性土。

受生成地质条件、地址、水文及气候环境等因素的影响,具有显著的涨缩性、崩解性、多裂隙性、风化特性和强度衰减性等一系列的特殊、复杂的物理力学性质。

二、膨胀土石灰改良的工作机理1、膨胀土如果处理不当,对工程建设具有潜在的破坏性。

因此,膨胀土改性后再用于高速公路填筑是十分必要的。

石灰改良膨胀土是最普遍、最有效的方法之一。

石灰与膨胀土之间的化学作用非常复杂,石灰改良的工作机理一般认为有:a)化学与物理-化学作用一是离子交换作用,即石灰中钙、镁离子置换土中钠、钾离子,或吸收作用,导致离子单位重量增加。

膨胀土与石灰接触后,这一离子交换作用立即发生,使得胶体吸附层减薄,从而使粘土胶状颗粒发生凝聚,粘胶力的亲水性减弱,细颗粒产生絮凝和凝沉,形成较大的集力或积聚体。

二是碳酸化作用,即石灰中Ca(OH)2吸收CO2形成质地坚固、水稳性好的CaCO3晶体。

这一结晶作用使得土的胶结得到加强,从而提高了石灰土的后期强度。

试验表明,碳酸化学反应只有在水的条件下才能进行,在干燥的碳酸气作用于完全干燥的石灰粉末时,碳酸反应几乎停止,说明这种作用需用水。

三是结晶作用,在石灰土中除了一部分Ca(OH)2发生碳酸化反应外,另一部分则在石灰土中自行结晶Ca(OH)2+nH2O→Ca(OH)2.nH2O由于结晶作用,Ca(OH)2胶状体逐渐变成晶体,这种晶体能互相作用与土结合成晶体,从而把土粒胶结成整体,提高了石灰土的水稳定性。

广西红粘土和膨胀土热力学特性的比较研究

广西红粘土和膨胀土热力学特性的比较研究

第26卷第7期 岩 土 力 学 V ol.26 No.7 2005年7月 Rock and Soil Mechanics Jul. 2005收稿日期:2004-03-01 修改稿收到日期:2004-11-08基金项目:广西科学基金资助项目(No. 桂科青0447002)。

作者简介:欧孝夺,男,1970年生,博士,副教授,主要从事土体结构及其工程特性的研究。

E-mail: ouxiaoduo@文章编号:1000-7598-(2005) 07―1068―05广西红粘土和膨胀土热力学特性的比较研究欧孝夺,吴 恒,周 东(广西大学 土木建筑工程学院,南宁 530004)摘 要:基于广西膨胀土和红粘土的成因类型、物质成分和结构特征,研究常温(-4 ℃~60 ℃)下膨胀土与红粘土的热力学特性,探讨了红粘土与膨胀土的抗剪强度指标与温度之间的相关关系。

试验结果表明,两种土在10 ℃,40 ℃与室温(28 ℃)时,主应力差σ1-σ3峰值变化不大,而60 ℃时有明显增大;在相同条件下,红粘土的主应力差峰值变化更大;红粘土与膨胀土的抗剪强度指标(c , φ)随热状况不同而发生变化,而且红粘土的粘聚力c 和膨胀土的内摩擦角φ在室温,环境有较小值。

分析结果认为,两种土的热效应影响趋势相似,但红粘土的热力学特性较为敏感,这与红粘土的成因类型及胶结特征密切相关。

研究结果为红粘土与膨胀土地区工程建设及减灾防灾提供参考。

关 键 词:红粘土;膨胀土;热力学 中图分类号:TU 441 文献标识码:AComparative study on thermodynamics characteristics of red clayand expansive soils in GuangxiOU Xiao-duo, WU Heng, ZHOU-Dong(College of Civil and Architectural Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)Abstract: Based on analyzing the causes of information, material components and structural characters of the common expansive soil and the red clayed soil in Guangxi, some thermodynamics tests have been done on the red clayed soil and the expansive soil under normal temperature (-4 ℃-60 ℃) to search their thermodynamics characters and their relations between shear strength index and temperature. According to the tests,(σ1-σ3)peak value of the two kinds of soils do not change much under the indoor temperature (28 ℃) and the temperature of 10 ℃, 40 ℃ environment respectively, while under the temperature of 60 ℃ the change is obvious. Under the same conditions the main difference stress peak value of the red clayed soil has a greater change. The shear strength indices c,φ of two soils change with the hot state accordingly. Furthermore, the cohesive stress c of the red clayed soil and the friction angle φ of the common expansive soil are less relatively in the indoor temperature environment. From the tests we can conclude that the tendency of the thermodynamic influence on the red clayed soil and the expansive soil is similar, but the red clayed soil is more sensitive to the thermodynamic change. All these differences are caused by the genetic type and agglutinate character of the common clayed soil. The result of study offers reference for reducing the disasters and taking precautions against the calamities so as to help the construction on the red clayed soil and expansive soil area. Key words: red clay; expansive soil; thermodynamics1 引 言广西地处低纬地带,属亚热带季风气候,夏长冬短,雨量充足,在这样的气候条件下,形成了各种特殊土,其中以膨胀土和红粘土尤为典型。

红粘土固结实验在不同试验方法下的对比分析

红粘土固结实验在不同试验方法下的对比分析

0 9 .5
1. 9 42
O 8 .8
l.9 35
O 5 .8
9 1 .0
O 7 .8
9 3 .4
O 3 .3
52 .6
方法进行 比较分析将 对沉 降计 算的可靠 性提供有 力依 据 。 本文结合贵州一 清镇高速 公路 I ( 5+10红粘 土快速 标准 固 0 结试验结果进行了对 比分析 , 采用 该土样 最佳 含水率 2 % , 实 3 压 度分别为 7 % , % ,5 ,0 ,3 ,6 5 8 0 8 % 9 % 9 % 9 %情 况下进行 两种试 验
△Ⅱ /%
一2 1 一O 9 —1 0 —0 8 —0 8 — . 8 .7 .6 .7 .1 .3 04
Ze X /%
3 0k a 0 P E, %
1 1 .O
24 .6
0 9 .l
14 .3
0 7 .0
—1 0 4
0 6 .4
O 7 .6
7 13 .4
929 .5 8 17 .9
表 1 不 同 压 实度 下 各 压 缩 性 指 标 的 对 比
压 实 度 孔隙比 e 压 缩 指 标 压缩 模 量 E /MP 压 缩 系 数 a. MP ’ a j/ a一 2
03 _ 5 03 - O 02 .5 02 .O
0. 5 1 O. 0 1 0. 5 O O. 0 0
O7 .2
0. O 8
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0 3 .5
0 9 .4
1 两种试 验方 法 的异 同
两种 试 验 方 法 的 区 别 在 于 固 结 时 间 标 准 不 同 。标 准 固 结 试
Za X /%

南宁膨胀土和株洲红粘土对比试验研究_许豪

南宁膨胀土和株洲红粘土对比试验研究_许豪

第40卷,第1期2015年2月公路工程Highway EngineeringVol.40,No.1Feb .,2015[收稿日期]2013—05—29[基金项目]国家自然科学基金资助项目(50978097);湖南省自然科学基金资助项目(08JJ3092)[作者简介]许豪(1982—),男,陕西汉中人,硕士,技术主管,主要从事地基处理技术研究。

南宁膨胀土和株洲红粘土对比试验研究许豪1,肖宏彬2,林明明3(1.中国石化河南石油工程设计有限公司,河南郑州450000;2.中南林业科技大学,湖南长沙410004;3.中国石化集团河南石油勘探局房地产管理处,河南南阳473132)[摘要]通过一系列室内试验,探讨了膨胀土和红粘土在完全相同的试验条件下一维压缩蠕变特性以及回弹特性。

试验结果表明:膨胀土的非稳定蠕变速率随含水率的增加而增大;两种土主固结延续的时间均与含水率呈正比,即随着含水率的增大,主固结完成所需的时间也就越长;在低含水率和低竖向荷载作用的条件下,膨胀土的回弹量比红粘土的大。

[关键词]膨胀土;红粘土;一维压缩;回弹;对比试验[中图分类号]U 416.1+67[文献标识码]A [文章编号]1674—0610(2015)01—0014—04Comparative Experimental Study on Nanning Expansive Soil andZhuzhou Red ClayXU Hao 1,XIAO Hongbin 2,LIN Mingming 3(1.Henan Petroleum Engineering Design Co.,Ltd of China Petrochemical Corporation ,Zhengzhou Henan 450000,China ;2.Central South University of Forestry and Technology ,Changsha ,Hunan 410004,China ;3.Real Estate Management Office of Henan Petroleum Exploration Bureau of China Petrochemi-cal Corporation ,Nanyang ,Henan 473132,China )[Abstract ]On the basis of a series of indoor tests ,one-dimensional compression creep and spring-back characteristics under the completely identical condition of expansive soil and red clay have been re-searched.The results shown that the unsteady creep rate of expansive soil is proportional to moisture con-tent.The consolidation duration of two kinds of soils are proportional to moisture content.That is the more water content ,the more time of primary consolidation.Under the condition of low water contents and low pressures ,the resilience values of expansive soil are bigger than those of the red clay.[Key words ]expansive soil ;red clay ;one-dimensional compression ;springback ;comparative test0前言本文试验研究所取的特殊土是南宁膨胀土和株洲红粘土,这两种土都属于粘性土,按照沉积年代划分为一般粘性土,所以透水性较小,力学性质属于中等。

膨胀土和非饱和粘土抗剪强度的比较研究

膨胀土和非饱和粘土抗剪强度的比较研究

( eat n f il n uligE gneig D pr met v dB i n nier ,AnagN d a U i rt o C ia d n yn o l nv sy,A yn ,4 5 0 ei nag 5 00,C ia hn )
Ab t a t T e n n— s tr td ca e olw l b we ig i a e n e c n e t t d w t tr ls . T e s e gh sr c : h o au ae ly d s i i e s l n n w tr a d b o c n r e h wae o t h t n t l l a i r f au e ft e ca , n n—s t r td c a e ola d s l n ol s n i v o e v r n n a it n a e alc mp ia e . e tr s o ly h o au ae ly d s i n wel g s i e st e t n i me t v rai r l o l t d i i o o c




20 0 8年第 1 期 1
膨 胀 土 和 非饱 和 粘 土抗 剪 强度 的 比较研 究
高春华 ,马彦飞
( 阳师范学 院 土木建筑工程系 ,河南 安 阳 安 4 50 ) 5 00

要 :非饱和粘性土具有吸水膨胀失水收缩的特性,对环境 变化敏感的粘土,非饱和粘性
土与膨 胀土 的强度粘性 土与膨胀 土 的强度特 性
a dtes el gs ia d dsus dtewae o tn oterltdrlt n hp b t e h h a n te ghid x so e n w ln ol n ic se tr ne t eae eai si ewen tes ef gsrn n ee ft h i h c t h o i t h

红粘土调研报告

红粘土调研报告

红粘土调研报告一、红粘土的工程性质结构构造:红粘土主要由高岭石、伊利石、绿泥石、针铁矿、石英、蒙脱石、云母、多水高岭石、三水铝矿等粘土矿物质组成。

红粘土主要含SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O及少量交换性离子、易溶盐和有机质,其化学成分随着风化母岩、成土条件和赋存环境不同而异。

红粘土的粘粒组分含量高,一般可达55~70%,粘土颗粒主要是高岭石和伊利石类粘土矿物为主,粒度较均匀,分散性较高。

常呈蜂窝状结构,有很多裂隙(网状裂隙)、结核和土洞。

物理性质:红粘土具有上硬下软、含水量高、孔隙比大、液限高、塑限高、压缩性低的特点。

红粘土的天然含水率、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至流塑,强度随深度增加而由高到低,纵向上的变化是不均匀的。

高塑性和分散性液限一般为50~80%,塑限为30~60%,塑性指数一般为20~50。

高含水率、低密度天然含水率一般为30%~60%,饱和度>85%,密实度低,大孔隙明显,孔隙比>1.0;液性指数一般都小于0.4;坚硬和硬塑状态。

力学性质:强度较高,压缩性较低固结快剪值8°~18°,c值可达0.04~0.09MPa,多属中压缩性土或低压缩性土,压缩模量5~15MPa。

二、红粘土的改良技术(1)化学改良:①掺土壤固化剂改良②掺石灰改良③掺粉煤灰改良④掺二灰改良⑤掺水泥改良⑥掺土壤稳定剂改良(2)物理改良:①掺砂砾改良②掺废旧轮胎橡胶颗粒③掺聚丙烯纤维改良④纤维加筋土改良(3)综合改良:①掺水泥和粉煤灰改良三、红粘土施工技术1、施工机具压实机械:光轮振动碾,凸块振动碾冲击式压路机履带式强夯机旋耕机带挂钩的推土机2、施工工艺掺灰工艺:(1)取土并运至填方路段,以10m为一个断面,以路基两侧挂线控制松铺厚度,根据路基宽度及考虑碾压效果;(2)掺灰,推土机摊铺,粗平后人工撒布水泥(或石灰),路拌机拌和;(3)用推土机摊铺粗平,平地机精平并配合人工调平;(4)平每层土时,每20m埋设中桩并在桩上用红漆标记以控制松铺厚度不超过30cm;(5)严格现场填料的含水量,这对保证路基施工质量十分重要;(6)当含水量在最佳含水量±2%以内时,开始碾压。

论红黏土与膨胀土岩土评价与施工建议

论红黏土与膨胀土岩土评价与施工建议

2018年05月论红黏土与膨胀土岩土评价与施工建议陈成东(中油辽河工程有限公司,辽宁盘锦124010)摘要:在某拟建站场的工程地质勘察过程中,发现存在红黏土和膨胀土,本文就这两种特殊性岩土进行了分析评价;同时,通过取样、室内试验数据分析,得出了这两种特殊性岩土对拟建工程的影响,并提出了相应的施工建议。

关键词:红黏土;膨胀土;特殊性岩土在特定的地理环境或人为条件下形成的具有特殊的物理力学性质和工程特殊性岩土,以及特殊物质组成、结构构造的岩土,统称为特殊性岩土,如红黏土和膨胀土。

如果在此类岩土上修建建筑物,则需要对其形成和工程特性进行分析研究,并采取相应的处理措施,否则会给工程带来不良后果。

1工程实例(1)地形、地貌位于云南安宁的某站场,拟建场区地貌类型为构造剥蚀低中山地貌,整体呈丘状山包及斜坡地形,拟建场地处于斜坡上,北西高南东低,且近视呈现为圈椅状地形,整个场区地面标高在1900m ~2000m 之间,相对高差约100m 。

场地区整体呈现为由北西向南东倾斜的缓斜坡,且前部平缓而后部稍陡,整体坡度约4°~9°,坡体内局部存在3~4级陡坡,坡高3~5m 。

(2)地质条件拟建场地上覆土层为第四系残坡积层(Q 4el+dl )红黏土,下伏基岩元古界震旦系上统陡山沱组(Z b d )白云岩、粉砂岩,局部有溶洞发育,粉质黏土充填。

(3)取样数据统计拟建场地红黏土、全风化白云岩均取样进行了室内试验,并把试验数据进行了统计。

2分析评价(1)红黏土拟建项目区红黏土在场地表层有广泛的分布,局部基岩出露区无分布。

厚度变化大,局部缺失,局部厚度大于50m 。

红黏土是指出露地表的碳酸盐类岩石(拟建项目区为白云岩),在亚热带湿热条件下,经过风化、淋滤和红土化作用(脱硅富铁铝化作用)后,形成颜色为棕红、褐红、褐黄色的特殊土类,它属于红土的一个亚类。

场地内的红黏土为次生红黏土,由白云岩风化残积加坡积形成。

其从地表而下至基岩面,具有典型的上硬下软特征,其中硬塑、可塑状态红黏土占主导地位,在地表广泛分布发育。

红黏土特性研究

红黏土特性研究

红粘土一、概述红粘土一般用来指代世纪晚期中国广大地区广泛堆积的土状堆积物。

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、中新世纪,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,还存在争议,一般认同风成说。

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、定义红粘土是碳酸盐岩系地区,由石灰岩,白云岩等(属碳酸盐类岩石)在亚热带温湿气候条件下,经风化,残积、坡积或残—坡积所形成并覆盖于基岩上,呈棕红、褐黄等色的高塑性粘土。

2、分布红粘土广泛分布于我国的云贵高原、四川东部、广西、安徽、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、丘陵地带的顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。

3、分类其液限大于或等于50%,上硬下软,具有明显的失水收缩性,裂隙发育,称为原生红粘土;原生红粘土经再搬运,沉积后仍保留红粘土的基本特征,液限大于45%的土称为次生红粘土。

从红粘土的形成过程分析可以看出,由于物质的来源的差异及经历不同程度的红粘土化作用,形成的红粘土类型不同:一类是各种岩石的残积(或局部坡积)风化壳上部的原生残积红粘土(经过再搬运而形成的,称为次生红粘土);一类是非残坡积成因,在氧化环境中经过搬运、沉积、红粘土化作用而形成的红粘土。

我国分布最广的红粘土有如下几类:(1)花岗岩残积红粘土:华南各地广泛分布着燕山期花岗岩类,发育着较厚的红色风化壳,表层全风化带为残积土。

根据其成分和结构特征,可分为均质红粘土、网纹红粘土和杂色粘性土,前两者统称残积红粘土。

(2)玄武岩残积红粘土:雷州半岛和海南岛北部,第四纪期间多期大面积喷发的玄武岩,经分化后,形成厚薄不等的风化壳,其表层的红色粘性土就是残积红粘土。

南方其他地方也有零星的分布。

(3)红层残积红粘土:华中、华南等地分布着第三系或侏罗——白垩系的内陆盆地沉积的红色岩层,主要是砂岩、粉砂岩和泥岩等,所形成的红色风化壳的表层为土装带,其中粘性土即为残积红粘土。

混凝土防渗墙采用粘土代替膨润土技术

混凝土防渗墙采用粘土代替膨润土技术

混凝土防渗墙采用粘土代替膨润土技术摘要:一般情况下,大部分地区的水库都使用了防渗墙,但是要注意在防渗墙施工过程中,可能会存在土石坝防渗墙弹性模量居高不下的问题。

相关人员针对于防渗墙墙体材料混凝土混合配比进行了相关的试验研究工作,并且将其应用于实际的工程当中。

关键词:防渗墙;粘土;膨润土众所周知,土石坝防渗墙在施工期间还存在着一定的问题,通过相关的分析研究,能够在一定程度上解决土石坝混凝土防渗墙弹性模量所存在的问题,而且,在之前的观念中,粘土的掺加量不能够超过胶凝材料的20%,创新技术之后,粘土的掺加量可以达到胶凝材料的35%。

工程造价也产生很明显的改变,其有了一定程度上降低。

一、上西山水库简析上西山水库位于曲靖经济技术开发区上西山村旁,距曲靖市区10km,建造于南盘江右岸一级支流白石江上游段。

水库始建于1973年,总库容546×10m3。

由于坝基接触带为第四系残坡积土、强风化砂页岩,结构较松散,而筑坝土料主要为粉质粘土或含砾粉质粘土,限于历史、资金、技术等各方面的条件,坝体土质不均匀,碾压不密实,水库自1977年建成至今,坝体、坝基一直存在渗漏问题,危及坝体安全。

2005年经国家发改委、水利部批准列入云南省重点小(一)型水库除险加固工程实施项目。

决定采用混凝土防渗墙与帷幕灌浆相结合的除险加固措施对坝体进行防渗处理,是上西山水库除险加固工程的核心项目,防渗墙设计厚度为0.4m,轴线长270m,约6000m2,预算投资297×104元。

工程实施过程中,在曲靖市水务局、曲靖经济技术开发区水务局的指导下,由工程建设管理处主持,会同设计、监理、施工等参建各单位,研究一种符合上西山水库大坝设计要求,具有高流动性和较高抗渗性,低抗压强度和低静力弹性模量的经济、可靠的混凝土配合比;彻底解决省内坝体混凝土防渗墙施工中,弹性模量居高不下的技术疑难;摸索出防渗墙墙体材料中粘土代替膨润土不同掺量对其力学性能、抗渗性能和施工性能影响的一般规律;走出一条符合云南省实际的混凝土防渗墙设计施工之路。

典型红粘土与膨胀土的对比试验研究

典型红粘土与膨胀土的对比试验研究

典型红粘土与膨胀土的对比试验研究摘要通过室内试验对广西贵港红粘土、湖北荆门弱膨胀土与中膨胀土的物理力学性质指标、原状样脱湿过程中的强度变化、击实样泡水前后强度变化以及脱湿吸湿性能等方面进行了对比试验研究。

结果表明:3 种土原状样脱湿过程中的强度指标在土体裂隙性与基质吸力双重因素的作用下表现出完全不同的变化规律;由于红粘土与膨胀土膨胀性能上的差异,不同含水量的击实样泡水后的干密度峰值与加州承载比(CBR)峰值所对应的原击实样含水量比最优含水量有不同程度的增大;土体因矿物成分的差异而表现出明显不同的脱湿、吸湿速率。

广西贵港红粘土与荆门膨胀土虽然在一些物理力学指标上具有相似之处,但其力学特性与水敏性特征具有明显的差异,在实际工程中应给予充分重视。

关键词土力学,红粘土,膨胀土,强度,裂隙性,胀缩性1 引言红粘土在物理力学性质指标、矿物成分与工程力学特性等多方面与膨胀土有相似之处,对于这两类特殊土关系问题的研究,至今尚未形成统一的观点。

目前,红粘土在一些地区被完全按照膨胀土处理,而在另一些地区则被单独研究[1]。

我国南方广泛分布的红粘土风化壳主要是由于第四纪季风环流形成以来,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,具有独特的游离氧化铁的胶结结构;而膨胀土则是一类具有明显吸水膨胀失水收缩的特殊土。

以往对于红粘土与膨胀土的比较研究主要集中在历史成因、矿物组成与胀缩性能等方面。

从矿物学角度讲,膨胀土一般含有较多的诸如蒙脱石的亲水矿物,而红粘土矿物成分以伊利石与高岭石为主,含少量或不含蒙脱石。

红粘土与膨胀土均具有较高的粘粒含量、天然含水量、孔隙比与液塑限,而红粘土的这些指标较膨胀土更高,远远超出一般粘性土,但同时红粘土却具有明显优于膨胀土的力学特性。

在实际工程中,由于外界自然条件变化而引发的有关红粘土与膨胀土类似于边坡失稳﹑地基不均匀变形、道路开裂的工程病害时有发生[2]。

但目前对于这两类特殊土因含水量变化所引起的胀缩性与裂隙性的耦合作用以及这一耦合作用对土体工程力学特性影响的研究却并不多见。

滇中红层泥岩与其重塑土的膨胀力研究

滇中红层泥岩与其重塑土的膨胀力研究

滇中红层泥岩与其重塑土的膨胀力研究赖远超;邓辉;苏航;王红娟【摘要】为研究滇中红层泥岩的膨胀应力,通过改变密度与含水率的方法研究了泥岩重塑土膨胀应力与密度、含水率之间的关系式,进而推广到泥岩膨胀应力与密度、含水率之间的关系式.结果表明:①泥岩的重塑土的膨胀应力并不是受密度或者含水率单一因素影响,而是两者进行耦合的,故而拟合重塑土膨胀应力与密度、含水率之间的关系式;②泥岩与其重塑土的膨胀应力相差较大,这主要是由两者间的体积、密度、含水率以及与水接触面面积不同所导致;③在泥岩重塑土膨胀应力与密度、含水率之间关系式的基础上,充分考虑泥岩与其重塑土之间的与水接触面积比例系数、体积比例系数以及孔隙度比例系数,进而推广得到泥岩的膨胀应力与含水率、密度之间的关系式,计算证明可信度在92.9%以上.【期刊名称】《人民珠江》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】5页(P31-35)【关键词】红层泥岩;膨胀应力;重塑土;孔隙度【作者】赖远超;邓辉;苏航;王红娟【作者单位】成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都 610059;成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都 610059;成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都 610059;成都理工大学环境与土木工程学院,四川成都 610059【正文语种】中文【中图分类】TV671滇中红层泥岩具有工程力学性质差,遇水易崩解膨胀的特点。

膨胀性的泥岩,其主要矿物为蒙脱石、伊利石、绿泥石及高岭石,其中含蒙脱石类的泥岩膨胀性较不含蒙脱石类泥岩强[1]。

国内外学者从不同角度对泥岩的膨胀性做了一定的研究,何沛田[2]等研究了四川省中江县马鞍山引水隧道的黏土岩在水的长期渗透作用下,岩体产生膨胀变形。

苏航[3]等通过膨胀试验,发现红层软岩岩样在浸水初期膨胀力急速增长,之后逐渐降低并趋于稳定状态。

刘晓丽[4]等通过试验研究,得到修正的膨胀岩一维膨胀本构模型。

张云杰等[5]采用膨胀仪研究了重庆地区的泥岩膨胀特性,研究结果表明:泥岩的膨胀率主要受其地质年代、矿物组成、及含水率的影响。

精品文档澎润土代替红粘土在钻孔灌注桩中的应用

精品文档澎润土代替红粘土在钻孔灌注桩中的应用

膨润土代替红粘土在钻孔灌注桩中的应用岳金鑫山西潞安工程有限公司摘要:钻孔灌注桩中采用泥浆护壁成孔在国外国外的技术比较成熟,其主要目的是:通过泥浆的作用来平衡压力,稳定孔内地下水位压力,保持孔壁受到的压力稳定,防止坍孔,并有利于携带泥渣和清孔,其次是起到润滑作用兼顾保护钻具,提高成孔效率和质量。

泥浆质量的好坏直接到成桩质量。

关键字:膨润土,利用率,成孔质量,经济效益钻孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大,因此在各类房屋及工业建筑中都得到了广泛的应用。

但钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的,其施工过程无法观察,成桩后也不能进行开挖验收。

因此桩身质量的过程控制就是关键,而泥浆质量的好坏就是其中的一个关键环节。

1 工程简况及红粘土应用概况我项目部从2005年底进入襄垣县付村容海电厂施工,承揽付村容海电厂桩基工程,工程桩为钢筋混凝土灌注桩,共计1250根,有效桩长为33.5m,使用旋挖钻机成孔工艺;地层4~6m处为湿陷性黄土;10m以下初见地下水,水头较大;16~19m处为粉砂层,其余部分为粉质粘土层。

需要采取泥浆护壁工艺,保证成桩质量。

截至2006年2月份以前我项目部一直使用红粘土护壁工艺,单桩用量比较多(每10m用量达到1.64 t),同时孔底沉渣较多,孔壁泥皮较厚,材料浪费严重(泥浆循环利用率低,多为一次利用),效果不理想,成本增加很多,而且工程质量也不容易保证。

在此种情况下我项目部采用膨润土代替红粘土进行工艺改进。

2 施工方案2.1 总体思路:钻孔桩成孔过程是钻头将地层不断破碎克取的过程,地层被破碎后形成钻渣融合在泥浆中,通过循环泥浆将其带出地面,完成成孔排渣的程序,而泥浆性能的好坏又直接影响桩底沉渣量的多少。

同样,泥浆性能不好又可能导致出现孔壁塌陷、缩颈、桩底沉渣量过多等质量问题,从而影响整个工程的施工质量,对施工单位也会带来不良的社会影响。

在配置泥浆时主要考虑:1)护壁防坍塌2)悬浮携带钻渣、清孔3)堵漏其次是起到润滑作用兼顾保护钻具,提高效率。

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典型红粘土与膨胀土的对比试验研究摘要通过室内试验对广西贵港红粘土、湖北荆门弱膨胀土与中膨胀土的物理力学性质指标、原状样脱湿过程中的强度变化、击实样泡水前后强度变化以及脱湿吸湿性能等方面进行了对比试验研究。

结果表明:3 种土原状样脱湿过程中的强度指标在土体裂隙性与基质吸力双重因素的作用下表现出完全不同的变化规律;由于红粘土与膨胀土膨胀性能上的差异,不同含水量的击实样泡水后的干密度峰值与加州承载比(CBR)峰值所对应的原击实样含水量比最优含水量有不同程度的增大;土体因矿物成分的差异而表现出明显不同的脱湿、吸湿速率。

广西贵港红粘土与荆门膨胀土虽然在一些物理力学指标上具有相似之处,但其力学特性与水敏性特征具有明显的差异,在实际工程中应给予充分重视。

关键词土力学,红粘土,膨胀土,强度,裂隙性,胀缩性1 引言红粘土在物理力学性质指标、矿物成分与工程力学特性等多方面与膨胀土有相似之处,对于这两类特殊土关系问题的研究,至今尚未形成统一的观点。

目前,红粘土在一些地区被完全按照膨胀土处理,而在另一些地区则被单独研究[1]。

我国南方广泛分布的红粘土风化壳主要是由于第四纪季风环流形成以来,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,具有独特的游离氧化铁的胶结结构;而膨胀土则是一类具有明显吸水膨胀失水收缩的特殊土。

以往对于红粘土与膨胀土的比较研究主要集中在历史成因、矿物组成与胀缩性能等方面。

从矿物学角度讲,膨胀土一般含有较多的诸如蒙脱石的亲水矿物,而红粘土矿物成分以伊利石与高岭石为主,含少量或不含蒙脱石。

红粘土与膨胀土均具有较高的粘粒含量、天然含水量、孔隙比与液塑限,而红粘土的这些指标较膨胀土更高,远远超出一般粘性土,但同时红粘土却具有明显优于膨胀土的力学特性。

在实际工程中,由于外界自然条件变化而引发的有关红粘土与膨胀土类似于边坡失稳﹑地基不均匀变形、道路开裂的工程病害时有发生[2]。

但目前对于这两类特殊土因含水量变化所引起的胀缩性与裂隙性的耦合作用以及这一耦合作用对土体工程力学特性影响的研究却并不多见。

笔者认为,深入开展红粘土与膨胀土裂隙性、胀缩性以及超固结性等水稳性特征的对比研究是非常必要的。

总体来说:膨胀土具有较为明显的裂隙性,而红粘土的裂隙性由于成因的不同而具有明显的地域差异,即一些地区的红粘土裂隙极为发育,而另一些地区的红粘土裂隙并不发育。

膨胀土普遍地具有明显的胀缩性,而我国红粘土的胀缩性地域差异性很大,且主要表现为以缩为主的胀缩特性;另外,一些地区的膨胀土由于较大的先期固结压力而具有超固结性,而红粘土的超固结性则主要是由其独特的游离氧化铁的胶结结构所引起的[3]。

本文针对研究中的不足与实际工程的需要,通过贵港红粘土、荆门弱膨胀土与中膨胀土的室内试验研究,对红粘土与膨胀土的物理性质指标、力学性质指标、原状样与击实样强度的水敏性特征以及矿物成分影响下的土体脱湿、吸湿速率的异同点进行了初步的探讨,为进一步掌握红粘土与膨胀土的相互关系以及这 2 种特殊土各自的工程力学特性提供了帮助。

2 基本物理力学性质本试验的红粘土样取自广西贵港三零七单位西侧场地的网纹红土层。

贵港属炎热潮湿的亚热带气候,碳酸盐岩经风化残坡积与红土化作用而形成的红粘土风化壳发育良好,具有明显的垂直分带性[4]。

所取土样呈红褐色,含有大量黄色斑块,土质细腻光滑,无砂感,无残余岩块,天然网状裂隙非常发育。

弱膨胀土与中膨胀土取自湖北省襄荆高速公路沿线荆门段。

其中,弱膨胀土为灰褐色,硬塑状态,裂隙较为发育,含较多铁锰结核,局部见灰白色填充物;中膨胀土呈褐黄色,硬塑状态,含铁锰结核,局部见灰色填充物。

3 种土的基本物理性质指标、力学性质指标、颗粒与矿物组成分别见表 1~3。

本文所选红粘土与膨胀土的土样是具有代表性的。

从胀缩性指标来看,贵港红粘土的自由膨胀率为 49%,收缩系数为 0.22,体缩率为 6.3%,与荆门弱膨胀土指标相接近。

但显然红粘土与膨胀土在另一些指标上具有明显的差异性。

例如:荆门膨胀土具有比较高的天然含水量、孔隙比、液限、塑限与塑性指数,但贵港红粘土的这些指标较膨胀土更高(表1)。

同时,贵港红粘土又表现出较高的无侧限抗压强度、直剪强度和较低的压缩系数等良好的力学特性(表 2),这一矛盾现象是红粘土区别于膨胀土的重要特性之一。

一些研究已证实红粘土这一特性是由红土化过程中形成的游离氧化铁的胶结结构所引起的[5~8]。

表 3 为贵港红粘土、荆门弱膨胀土与中膨胀土的颗粒组成以及矿物组成。

表中同时列出贵阳红粘土相应指标以作对比。

可见红粘土与膨胀土的颗粒组成与矿物组成具有明显差异:(1) 红粘土粘粒含量很高,并以高岭石为主,极少或不含有碎屑矿物;而膨胀土中粘土矿物含量明显低于红粘土,并且含有大量石英与一定量的长石。

可以推断贵阳、贵港红粘土的风化程度要明显高于荆门膨胀土;(2) 红粘土含有一定量的针铁矿与三水铝石,这是红土化过程中脱硅富铝铁所致,是荆门膨胀土所不具有的;(3) 从矿物学角度来看,膨胀土的胀缩性主要归因于蒙脱石和蛭石等亲水矿物的作用。

荆门膨胀土中蛭-蒙混层与蛭石含量较高;而贵阳、贵港红粘土含有一定量的蛭石,却未发现蒙脱石或蛭石与蒙脱石的混层。

3 原状样脱湿过程的无侧限抗压强度贵港红粘土、荆门弱膨胀土与中膨胀土的原状样在室温条件下(平均温度与相对湿度分别为 20℃和 65%)缓慢脱湿,当含水量降至 6 个不同阶段时分别进行无侧限抗压强度试验。

结果表明,3 种土样在相同条件下脱湿,而无侧限抗压强度随含水量变化的规律完全不同(图 1)。

土体在脱湿过程中含水量降低,土团粒产生收缩,基质吸力的提高使得土体强度呈增强趋势[9]。

但与此同时,不均匀分布的应力会促成土体天然裂隙进一步发育,形成土体强度下降的趋势。

本文中的荆门弱膨胀土的裂隙比较发育,在高含水量范围内无侧限抗压强度主要由基质吸力控制,随含水量降低而增大,当含水量降低到一定程度时,裂隙对于土体强度的降低作用超过了基质吸力对强度的影响,于是土体的强度则随之减小(图1(a));荆门中膨胀土天然裂隙相对较少,在含水量下降的过程中,无侧限抗压强度由于基质吸力的增大而不断提高(图1(b));而贵港红粘土网状裂隙十分发育,无侧限抗压强度试验围压为零,因而强裂隙性对土体的影响明显地体现在红粘土的无侧限抗压强度指标上,当含水量降至较低的程度,土样沿原有裂隙面裂成碎块,以至强度为零,但仍可以看出在高含水量与低含水量范围内无侧限抗压强度的降低幅度不同(图 1(c))。

因而可以肯定,在脱湿过程中,土体的强度指标在不同含水量范围内的变化规律不尽相同,根据试验结果可初步认为:脱湿过程中土体的强度在高含水量范围内主要受控于土体的基质吸力,而在低含水量范围内主要受控于裂隙性。

4 击实样泡水前后指标的比较本研究对贵港红粘土、荆门弱膨胀土与中膨胀土进行重型击实与泡水 CBR 试验,其结果见表 4。

图 2 为重型击实样泡水前后的干密度-含水量曲线图。

可以看出,泡水后 3 种土重型击实样的干密度均有所降低,干密度峰值对应的含水量提高,泡水 CBR最大值所对应的含水量同样高于泡水前的最优含水量,具体指标见表 5。

以红粘土为例,其重型击实样最优含水量为 34.5%,泡水后干密度的峰值对应含水量增至 39.8%,泡水后 CBR 峰值对应含水量也为 39.8%,明显高于最优含水量。

出现上述现象的原因在于土体泡水过程中所产生的吸水膨胀。

根据土工试验规范,以击实样泡水后的高度变化占原击实试样高度的百分比作为膨胀量来度量土体膨胀性,由表 4 可知,重型击实样含水量愈高,则膨胀量愈低。

贵港红粘土、荆门弱膨胀土与中膨胀土最优含水量处的重型击实样仍具有较大的膨胀量,分别为 3.72%,2.83%与9.15%。

而含水量稍大于最优含水量的击实样饱和过程中膨胀量相对较小,饱和后的最大干密度与 CBR 对应的初始含水量反而大于最优含水量。

因而红粘土与膨胀土击实样饱和后的强度指标由击实后的干密度与膨胀量双重因素决定。

由此可见,在实际工程中将膨胀性强的土在最优含水量下压实,虽然可以获得很高的压实度,但却存在着膨胀量大的缺点,即饱和后的 CBR 值并非最大。

另外,土体的膨胀性愈强,其击实样泡水前后的干密度与 CBR 峰值所对应的泡水前含水量的变化幅度愈大。

荆门中膨胀土的膨胀性明显强于红粘土与弱膨胀土,因而其泡和前后指标变化幅度明显大于贵港红粘土与荆门弱膨胀土。

5 脱湿和吸湿性能对贵阳红粘土、贵港红粘土、荆门弱膨胀土和中膨胀土4 种土样依次在 35℃,45℃,50℃,60℃,75℃,90℃,105℃等 7 个温度下脱湿相同时间后测定含水量(图 3(a))来模拟红粘土和膨胀土的脱湿过程。

将脱湿后的土样臵于相同的室温条件下,通过跟踪测定含水量的变化得到红粘土和膨胀土吸水过程中含水量随时间的变化规律 (3(b))。

从图中可以看出,在脱湿、吸湿的特性方面,荆门中膨胀土与贵阳红粘土较为接近,即脱湿相对较慢,吸湿相对较快;而荆门弱膨胀土与贵港红粘土更为接近,即脱湿相对较快,吸湿相对较慢。

表 3 中已经表明:红粘土矿物成分以粘土矿物为主,其中,贵港红粘土以高岭石为主,仅含有 6%的蛭石,贵阳红粘土的蛭石含量较高,达到 32%;而荆门膨胀土粘粒含量比红粘土低,主要有伊利石、蛭-蒙混层、蛭石和少量高岭石,其中,中膨胀土含32%的蛭-蒙混层,弱膨胀土的伊利石含量较高,仅含少量蛭石与蛭-蒙混层。

在蒙脱石、蛭石、高岭石与伊利石 4 种粘土矿物当中,蒙脱石与蛭石属于亲水矿物,而高岭石与伊利石的亲水性则相对较弱。

从图 4 可以看出:蒙脱石与蛭石在晶体结构上有相似之处,这 2 种矿物晶层之间均为水和阳离子,层间距相对较大,晶层之间容易随着含水量的变化而胀缩;高岭石和伊利石则与之相反,高岭石晶层之间以氢键连接,间距小,强度高,伊利石晶层之间以钾离子键为主,晶层间距同样较小,强度高[10];与高岭石和伊利石相比,蒙脱石和蛭石具有相对更强的吸纳或保持水分能力,因而含蒙脱石和蛭石较多的荆门中膨胀土与贵阳红粘土脱水过程较慢,吸水相对较快,而高岭石和伊利石含量较高的荆门弱膨胀土与贵港红粘土则脱水相对较快,而吸水相对较慢。

可见红粘土与膨胀土脱湿吸湿性能上的差异与具体土体所含粘土矿物成份的种类及含量有直接的关系。

6 结论本文对贵港红粘土、荆门弱膨胀土与中膨胀土的物理力学性质指标、原状样与击实样的水理性特征以及脱湿吸湿速率的异同点进行了比较研究。

初步得到如下结论:(1)贵港红粘土虽具有与荆门弱膨胀土相近的胀缩性指标,但红粘土与膨胀土在其他一些物理力学指标上具有明显的差异,例如:贵港红粘土的天然含水量、孔隙比、液限、塑限与塑性指数等指标虽然明显高于荆门膨胀土,但却表现出较高的无侧限抗压强度、直剪强度和较低的压缩系数等更为良好的力学特性。

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