水土作用模式下區域性紅粘土的物理性質試驗分析

王海湘 蒙東林 張金團 羅金連

（賀州學院，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過物理、化學風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]。紅粘土屬于區域性土體，主要分布在我國南方地區，比如海南、廣西、貴州和云南等地區。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]。近半個世紀以來，紅粘土的工程性質一直是工程界研究的熱點內容之一。隨著國內西部大開發戰略的實施，在西南、華南等紅粘土分部地區工程項目建設力度不斷加大，在工程建設項目中出現的種種工程地質事故導致建筑物沉降、失穩和傾斜等問題，加深了研究人員對紅粘土的研究。

蓬萊位于海南省文昌市西南部，地理位置相對較偏僻，屬低丘陵地，區域的建筑多為磚混結構和普通瓦房，根據課題組調研獲悉該區域部分建筑物出現沉降、失穩和傾斜等問題。為了進一步研究該區域紅粘土在水土作用模式下的物理特性，解決建筑物沉降、失穩和傾斜等問題，課題組收集了蓬萊地區的土體形成環境、氣候條件、地形地貌等資料進行理論分析，并對高金、昌城、邊寨、大山、上同、松田和石壁水庫等典型土體進行采樣并做試驗研究。

2 蓬萊紅粘土形成環境及外觀特點

2.1 紅粘土形成環境

蓬萊位于海南省東南部，氣候特點為雨量多，濕度大，日照充足，氣候溫和，土地總面積為121平方公里，總人口1.8萬人，地勢西南高東北低，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。晚第三紀中—上新世玄武巖在文昌蓬萊地區大面積分布[3]。該區域礦產資源豐富，現已探查的有玄武巖、紅（藍）寶石、鋁礦、鈷等礦藏，有全省最大的石料供應基地。隨著外部環境的不斷變化，紅粘土呈現出的特性獨具特色，對該區域生活和生產建設帶來了較大的影響。

2.2 紅粘土的外觀特點

蓬萊獨特的地理位置及特有的氣象環境決定了該區域的紅粘土與其他區域有所區別，其未受擾動部分土體面層較致密，土體呈塊狀分布，里層土體結構較密實，呈蠕狀，空隙內有大量小顆粒；受擾動后土體面層較疏松，土體整體性較差，呈蜂窩和絮狀結構。該區域紅粘土的顏色主要呈紅褐色、紅棕色、紅黃色(圖1)。紅粘土受擾動后（圖1a），土體呈松散狀態，整體結構性較差，顆粒間的孔隙比大，壓縮性較強，穩定性弱。土體經過雨水及自然流水沖刷后未經搬運的殘積土（圖1b），由風化作用而形成的碎屑物質，土粒大小分布不均勻，較堅硬，強度相對較高。由于蓬萊地區地下水較豐富，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較特別，土體整體較疏松，較飽和，含沙量較大，粘性相對較弱（圖1c為基坑開挖時從地下水位以下挖出的土體）。常規狀態下的紅粘土粘性較強，土粒較細，孔隙比較小，壓縮性較弱（圖1d為常規紅粘土剖面圖）。

圖1 蓬萊地區紅粘土實圖Fi g. 1 Picture of red clay in Penglai

3 試驗土體剖面與三大物理性質指標

3.1 試驗土體剖面

課題研究的紅粘土取自蓬萊鎮高金、昌城、邊寨、大山、上同、松田和石壁水庫等地區。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 試驗過程

由于試驗時間為夏季，蓬萊地區降雨量較大，土體的含水量相對晴天要高，本試驗在水土作用模式下開展。課題組在每個采樣點選取典型剖面取樣(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，利用環刀取土法在每層取三個樣品(圖3a-b)，測出土的濕密度并做好記錄；將采集的樣品用保鮮袋包裝好，且貼上標簽帶回實驗室，利用烘干箱等儀器測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)器測出土的土粒比重并做好記錄；整理試驗數據，進行數據分析。

圖3 部分試驗圖片Fi g. 3 Part of the test image

3.3 土的三大物理性質指標

表1為在水土作用模式下不同采樣點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Table 1 Red clay of different soil layer three physical indicators

由上述成果可發現，①從地表到地下90cm處，土的濕密度逐漸變小，而超過地下90cm深度越往下土的濕密度越大，該區域土的濕密度為2.158～2.267g/cm3；②從表格中數據變化可見，該區域土中含水率為29.4%～42.7%，從表層30cm開始至地下180cm，越往地下土的含水率越大；③從地表至地下180cm，各層土粒比重值沒有統一的變化規律，但數據都集中在0.619～0.639之間，土粒相對較均勻。

結語：通過對文昌蓬萊地區紅粘土物理性質試驗研究發現，該地區紅粘土在水土作用模式下表現出以下幾個特點：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，土粒相對較均勻。

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

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

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