红粘土的组成和工程性质

红粘土的组成和工程性质
制作人： 魏平
什么是红粘土？
• 红粘土【red clay】一般用来指代古近纪晚期我国 广大地区广泛堆积的土状堆积物。其不同于目前 南方湿热环境的红土。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，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，目前存在争议，不过多数学者倾向 于风成说。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。
红粘土的组成和工程性质
• 1、红粘土的定义与形成 条件
• 2、红粘土的分布规律 • 3、红粘土的成因和分类 • 4、红粘土的判定方法 • 5、红粘土的组成 • 6、红粘土的物性指标特
征
• 7、红粘土的力学性质
一、红粘土的定义与形成条件
• 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。
水。 4）渗透性差，可视为不透水层。在无压条件下充分 浸水，胀限含水量只比天然含水量增加了1% ～3%，
足见其渗透性之差。
• 5)胀缩性能特征。一般粘土在浸水和失水后，由于其 粘土片间的水膜厚度和减薄，都会表现出一定的胀缩 性。阳离子交换的结果会使粘土矿物周围结合水的扩 散层水膜厚度发生改变，使粘土表现出胀缩性，这种 特性对红粘土也不例外。其胀缩性仅次于膨胀土，而 比一般粘土显著。
八、红粘土的工程地质勘探要点
• 红粘土的工程分类 • （1）安土的成因分类 • 按地质成因可分为：红粘土和次生红粘土。次生红粘土的状况比较复杂，在
成分上由于迁徙过程中掺和了一些其他成分和较粗粒度的物质，固结度也较 差。相关分析结果表明，对同一物性指标，次生红粘土的承载力只及红粘土 的3/4。它成可塑、软塑状态的比例在总量中也明显增高，压缩性也普遍较红 粘土高。因此，岩土工程勘察中，应注意将不同成因的两类土区别开来，单 独予以研究。 • （2）按土体结构状态分类 • 天然状态的红粘土为整体致密状，土中形成网状裂隙，使之变成了由不同的 延伸方向、宽度和长度的裂隙面与其间的土块所构成的土体。致密状少裂隙 与富裂隙的土体，它们的工程性能有明显差别。根据土中裂隙特征的描述与 量测以及天然与保湿扰动状态土样的无侧限抗压强度之比St，提出土体结构 的分类，见下表
2）物性指标变化幅度大。如ω、ωp、ωL、 e等及 其对应的力学指标变化均较大。
3）天然红粘土的饱和度Sr多在90%以上，使红粘土 成为两相分散系，含水量和孔隙比呈现出良好的线 性关系。红粘土的含水量较高、饱和度大显然与其 较强的滞水性有关，由于其粘粒含量高、孔隙比较 高、孔隙多而小，因而粘粒表面形成了较多的吸附
（1）工程地质调查与测绘
工程地质调查与测绘时，应首先查明下列问题： 1）道路中线两侧150 ～200m范围内红粘土分布地段的地形 地貌特征、微地貌形态，主要地貌单元、地形形态与地表坡 度的变化，天然边坡和人工开挖边坡的稳定情况，红粘土边 坡的滑坡溜坍、地裂的发育程度，天然红粘土中裂隙的密度、 延伸深度、延伸方向等，以及由于红粘土的胀缩性及土洞坍 塌引起的不良地质现象的类型、规律和分布特点。 2）当地的气候资料：年降水量、蒸发量、雨季与旱季的持 续时间；气候条件的改变对红粘土边坡稳定性的影响等。 3）不同地貌单元上红粘土与次生红粘土的分布范围、厚度、 物质组成等。
二、红粘土的分布规律
•
-
起地选量离粘特 杂 热要地州
较基择就氧土的 的 带是区、
小允 许 承 载 力 和 引
含 游 离 氧 化 铁 较 高 的 红 粘 土 作 为
越 大 。 因 此 ， 在 红 粘 土 地 区 尽 量
化 铁 含 量 越 高 ， 其 初 始 段 变 形 模
广 西 、 安 徽 、 四 川 东 部 等 亚 热 带
红 粘 土
主 要 分 布 在 云 南 、 贵
三、红粘土的成因和分类
• 成因类型：残积、坡积、和残、坡积。 注：上部为坡积，下部为残积的情况居多。
• 主要分布在云南、贵州、广西、安徽、四川东部 等。
四、红粘土的成分和结构特征
• 红粘土的粘粒组分（粒径<0.005mm） 含量高，一般可达55～70%，粒度较均 匀，高分散性。
• 3）桥梁勘探 桥位勘探应结合桥型方案的墩台位置布置勘探孔，钻
孔深度应穿过红粘土，深入基岩的深度按岩溶区桥位勘探 要求进行。对桩基的墩台，应每桩1孔，以查明红粘土的 厚度变化和基岩起伏情况；对扩大基础，每一墩台基础的 钻孔数应不小于5个，勘探点最小间距可达6m，钻孔深度 应钻至完整基岩以下3m。 4）隧道勘探
红粘土的厚度，下覆层岩岩性，岩溶发育特征，红粘土的横向厚度变化 及土洞分布情况。 通过实验确定红粘土的物质组成、土性、土体结构等特征及其差异。 红粘土在垂直剖面上的颜色、土质、土性、湿度及物理力学性质的变化。 2）路基勘探
勘探点应沿道路中心线布置。当红粘土厚度不大时，钻孔应钻至基岩顶 面一下3m；当红粘土较厚时，填方段钻孔深度不应小于6m，挖方段应钻至路 基设计标高一下5m。
（3）按土的复水特征分类 Ⅰ类:收缩后再浸水，膨胀量能回到原来的位置； Ⅱ类：收缩后再浸水，膨胀量不能恢复到原来位置。 （4）按地基均匀性分类 按地基均匀性，即按基底下深度为Z范围内地层组成分为两
类： Ⅰ类：全由红粘土组成； Ⅱ类：由红粘土与岩石共同组成。
• 红粘土分布地区的道路工程除遵照现行的《公路工程地质 勘察规范》的常规要求外，还应在各勘察阶段，分别针对路 基工程、桥梁工程、隧道工程及筑路材料料场等，根据红粘 土自身特点，进行工程地勘察，其勘察要点如下：
• 按照红粘土的结构进行分类它主要是根据红粘土 的发育特征按照下表进行的分类具体见表1。
• 按照红粘土的复浸水特性进行分类具体如表2。
六、红粘土的物性指标特征
• 1）高塑性、高液限、高孔隙比。其中ω、ωp、ωL、 e 等物性指标都明显大于其他土类，相当于软土。红粘土中 粘土矿物虽然缺乏强亲水性的蒙脱石，但因其粒度组成的 高分散性，因而反映在表征其塑性的ωL和Ip以及表征密 度的孔隙比e的值都很高。以致有的公路部门将高含水量、 高塑性、高孔隙比合称为“三高土”。而且研究表明，风 干脱水对红粘土的液、塑限没有明显影响，因此，对含水 量较高的红粘土作为路基填料，翻晒后虽然含水量降低了， 但是并不能改变其塑性的大小。此外，作为路基填料，红 粘土在达到压实度时的最佳含水量也远远高于一般粘性土。
红粘土较为独特的结构所决定的。研究表明红粘土的强度主要由游离氧化铁所形成的 铁质胶结作用产生的，红粘土中的游离氧化铁以胶态和微晶两种形式赋存。研究表明， 红粘土的结构联接强度不仅取决于土中所含游离氧化铁的多少，更重要的是游离氧化 铁存在的物态形式，红粘土中的游离氧化铁含量越高，其力学指标越高，土中晶质的 氧化铁对胶态的氧化铁比值越高，其力学指标也越高。
的 强 度 起 着 重 要 作 用 ， 红 粘 土 游
游 离 氧 化 铁 的 胶 结 结 构 。 它 对 红
红 土 化 过 程 而 形 成 的 ， 它 具 有 独
亚 热 带 高 温 湿 条 件 下 经 历 了 复
由 于 第 四 季 风 环 流 形 成 以 来 ， 在
。 这 些 地 方 广 泛 分 布 的 红 粘 土 主
• 粘土颗粒主要是多水高岭石和伊利石类 粘土矿物为主。
• 主要化学成分为： • SiO2 • (33.5~68.9%)、 • Al •2 • O3 • (9.6~12.7%)、 • Fe2O3(13.4~36.4%)、硅铝率一般均小
于2。 • 常呈蜂窝状结构，常有很多裂隙（网状
裂隙）、结核和土洞。
五、红粘土的判定方法
• 4)地表水及地下水的分布、动态及对红粘土湿度状态竖向分布、土质软化的 影响。 5）红粘土分布区段已有各类建筑物的使用情况，已有道路的病害及其原因 分析，红粘土工程地质勘察与道路工程设计施工的经验、有效工程措施及其 经济分析。
（2）勘探
勘探应分阶段进行，从初勘到祥勘，逐次深入。勘探方法应以钻探为 主，辅以人力钻探和挖深等方法进行。对土洞的勘探应以综合物探法为主结 合钻孔验证。同时应结合进行原位试验、取样和室内土工试验。 1）勘探应查明的问题
七、红粘土的力学性质
红粘土虽然内摩擦角小，但粘聚力大，无侧限抗压强度（达200～ 400KPa）比软土高数倍至十余倍，因而具有较高的抗剪强度，承载力也较高；其空 隙比大，但压缩系数却甚小，说明红粘土的力学指标不同于一般粘土和其
他特殊土，而具有独自的特点和相关规律。
红粘土的高孔隙、低压缩、高塑性、高承载力的工程特性是由
隧道勘探，钻孔深度应穿过红粘土层，当遇到溶洞时， 应穿越溶洞，在溶洞底板完整基岩中钻进3～5m。 5）红粘土料场勘探
对取土用作路基填料的红粘土料场，应查明料场的平 面范围，着重查明可用的红粘土的厚度及其在水平方向上 的变化。
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再见！
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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。
红粘土的形成条件
• （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。