水土作用模式下區(qū)域性紅粘土的物理性質(zhì)試驗(yàn)分析

王海湘 蒙東林 張金團(tuán) 羅金連

（賀州學(xué)院，廣西 賀州 542899）

1 引 言

紅粘土是由碳酸鹽巖在熱帶、亞熱帶濕熱氣候條件下經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)風(fēng)化和紅土化作用而形成的一種呈褐紅、棕紅等顏色的高塑性粘土[1]。紅粘土屬于區(qū)域性土體，主要分布在我國(guó)南方地區(qū)，比如海南、廣西、貴州和云南等地區(qū)。海南廣泛分布的紅粘土，主要為花崗巖和玄武巖殘積紅粘土，其中花崗巖占全島面積的39.97 %，分布在島的南部和東南部；而玄武巖面積占全島的27.30%[2]。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，紅粘土的工程性質(zhì)一直是工程界研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。隨著國(guó)內(nèi)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，在西南、華南等紅粘土分部地區(qū)工程項(xiàng)目建設(shè)力度不斷加大，在工程建設(shè)項(xiàng)目中出現(xiàn)的種種工程地質(zhì)事故導(dǎo)致建筑物沉降、失穩(wěn)和傾斜等問(wèn)題，加深了研究人員對(duì)紅粘土的研究。

蓬萊位于海南省文昌市西南部，地理位置相對(duì)較偏僻，屬低丘陵地，區(qū)域的建筑多為磚混結(jié)構(gòu)和普通瓦房，根據(jù)課題組調(diào)研獲悉該區(qū)域部分建筑物出現(xiàn)沉降、失穩(wěn)和傾斜等問(wèn)題。為了進(jìn)一步研究該區(qū)域紅粘土在水土作用模式下的物理特性，解決建筑物沉降、失穩(wěn)和傾斜等問(wèn)題，課題組收集了蓬萊地區(qū)的土體形成環(huán)境、氣候條件、地形地貌等資料進(jìn)行理論分析，并對(duì)高金、昌城、邊寨、大山、上同、松田和石壁水庫(kù)等典型土體進(jìn)行采樣并做試驗(yàn)研究。

2 蓬萊紅粘土形成環(huán)境及外觀特點(diǎn)

2.1 紅粘土形成環(huán)境

蓬萊位于海南省東南部，氣候特點(diǎn)為雨量多，濕度大，日照充足，氣候溫和，土地總面積為121平方公里，總?cè)丝?.8萬(wàn)人，地勢(shì)西南高東北低，大部分為低丘陵地，平均海拔約150米，土體主要為玄武巖殘積紅粘土。晚第三紀(jì)中—上新世玄武巖在文昌蓬萊地區(qū)大面積分布[3]。該區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富，現(xiàn)已探查的有玄武巖、紅（藍(lán)）寶石、鋁礦、鈷等礦藏，有全省最大的石料供應(yīng)基地。隨著外部環(huán)境的不斷變化，紅粘土呈現(xiàn)出的特性獨(dú)具特色，對(duì)該區(qū)域生活和生產(chǎn)建設(shè)帶來(lái)了較大的影響。

2.2 紅粘土的外觀特點(diǎn)

蓬萊獨(dú)特的地理位置及特有的氣象環(huán)境決定了該區(qū)域的紅粘土與其他區(qū)域有所區(qū)別，其未受擾動(dòng)部分土體面層較致密，土體呈塊狀分布，里層土體結(jié)構(gòu)較密實(shí)，呈蠕狀，空隙內(nèi)有大量小顆粒；受擾動(dòng)后土體面層較疏松，土體整體性較差，呈蜂窩和絮狀結(jié)構(gòu)。該區(qū)域紅粘土的顏色主要呈紅褐色、紅棕色、紅黃色(圖1)。紅粘土受擾動(dòng)后（圖1a），土體呈松散狀態(tài)，整體結(jié)構(gòu)性較差，顆粒間的孔隙比大，壓縮性較強(qiáng)，穩(wěn)定性弱。土體經(jīng)過(guò)雨水及自然流水沖刷后未經(jīng)搬運(yùn)的殘積土（圖1b），由風(fēng)化作用而形成的碎屑物質(zhì)，土粒大小分布不均勻，較堅(jiān)硬，強(qiáng)度相對(duì)較高。由于蓬萊地區(qū)地下水較豐富，有大量紅粘土處于地下水位以下，處于地下水中的土體性質(zhì)較特別，土體整體較疏松，較飽和，含沙量較大，粘性相對(duì)較弱（圖1c為基坑開(kāi)挖時(shí)從地下水位以下挖出的土體）。常規(guī)狀態(tài)下的紅粘土粘性較強(qiáng)，土粒較細(xì)，孔隙比較小，壓縮性較弱（圖1d為常規(guī)紅粘土剖面圖）。

圖1 蓬萊地區(qū)紅粘土實(shí)圖Fi g. 1 Picture of red clay in Penglai

3 試驗(yàn)土體剖面與三大物理性質(zhì)指標(biāo)

3.1 試驗(yàn)土體剖面

課題研究的紅粘土取自蓬萊鎮(zhèn)高金、昌城、邊寨、大山、上同、松田和石壁水庫(kù)等地區(qū)。邊坡剖面的坡頂距離地表大約有2米高，每層土層厚度為30cm，有的基巖裸露，土層巖性單一，全為粘土，無(wú)理層（如圖2）。

圖2 大山村采集土樣剖面圖Fi g. 2 The village of collecting soil samples section

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

由于試驗(yàn)時(shí)間為夏季，蓬萊地區(qū)降雨量較大，土體的含水量相對(duì)晴天要高，本試驗(yàn)在水土作用模式下開(kāi)展。課題組在每個(gè)采樣點(diǎn)選取典型剖面取樣(如圖2)，將剖面分為6層，每層間距30cm；將剖面土層外表面20cm的土體去掉，利用環(huán)刀取土法在每層取三個(gè)樣品(圖3a-b)，測(cè)出土的濕密度并做好記錄；將采集的樣品用保鮮袋包裝好，且貼上標(biāo)簽帶回實(shí)驗(yàn)室，利用烘干箱等儀器測(cè)出土的含水率并做好記錄(圖3c)；將選擇烘干的土樣，利用比試瓶等儀(圖3d)器測(cè)出土的土粒比重并做好記錄；整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖3 部分試驗(yàn)圖片F(xiàn)i g. 3 Part of the test image

3.3 土的三大物理性質(zhì)指標(biāo)

表1為在水土作用模式下不同采樣點(diǎn)不同土層深度紅粘土的濕密度、含水率和土粒比重的平均值表。

表1 紅粘土不同土層的三大物理指標(biāo)Table 1 Red clay of different soil layer three physical indicators

由上述成果可發(fā)現(xiàn)，①?gòu)牡乇淼降叵?0cm處，土的濕密度逐漸變小，而超過(guò)地下90cm深度越往下土的濕密度越大，該區(qū)域土的濕密度為2.158～2.267g/cm3；②從表格中數(shù)據(jù)變化可見(jiàn)，該區(qū)域土中含水率為29.4%～42.7%，從表層30cm開(kāi)始至地下180cm，越往地下土的含水率越大；③從地表至地下180cm，各層土粒比重值沒(méi)有統(tǒng)一的變化規(guī)律，但數(shù)據(jù)都集中在0.619～0.639之間，土粒相對(duì)較均勻。

結(jié)語(yǔ)：通過(guò)對(duì)文昌蓬萊地區(qū)紅粘土物理性質(zhì)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)紅粘土在水土作用模式下表現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：①土層厚度分布特性主要為西南薄東北厚，從地表到地下90cm處，土的濕密度逐漸變小，而超過(guò)地下90cm深度越往下土的濕密度越大；②土中含水率為29.4%～42.7%，從表層30cm開(kāi)始至地下180cm，越往地下土的含水率越大；③土粒比重值都集中在0.619～0.639之間，土粒相對(duì)較均勻。

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[4]金耀華等.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M],武漢:華中科技大學(xué)出版社,2013.09:41.

[5]金耀華等.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)[M],武漢:華中科技大學(xué)出版社,2013.09:107.

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