紅黏土對工程性質的影響分析

梁樹文

摘要：文章以慶陽隧道工程中出現的紅黏土作為研究對象，分析紅黏土對工程性質的影響。通過對紅黏土進行實驗研究，研究紅黏土的基本物理性質，然后再研究紅黏土的含水率不同對其力學性能的影響。結果表明：該地區的紅黏土是棕紅色的，由于該地區的地理環境不一樣，紅黏土的膨脹性屬于弱膨脹性;剪切強度和粘聚力隨著含水率的增大而減小，且當含水率小于20%時，含水率的變化對剪切強度的影響較小。

關鍵詞：紅黏土;工程性質;含水率;剪切強度

中圖分類號：T0172.4⁺2 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0029-03

紅黏土是碳酸鹽類巖石經過化學物理作用所形成的粘性土，需要有合適的氣候條件和地質條件才可以形成，比如其形成的必要條件就是潮濕、多雨和高溫。紅黏土是一種比較特殊的土，其物理性質和力學性能也比較特殊。隨著我國經濟的快速發展，北方進行了很多的工程項目開發，當在開發過程中遇到紅黏土，就需要對紅黏土的工程性質進行研究分析。抗剪強度作為紅黏土的重要性力學性能，當紅黏土的含水率有所變化時就會影響其力學性能，換言之，含水率是影響紅黏土的強度變化的主要因素-引。文章將針對慶陽隧道工程中遇到紅黏土進行分析，分析紅黏土工程地質性質，然后通過實驗驗證不同含水率對紅黏土的力學性能的影響。

1慶陽隧道工程紅黏土的介紹

1.1紅黏土的工程地質特征

紅黏土的組成顆粒非常小，并且排列整齊均勻，大部分的紅黏土顆粒小于0.002mm。紅黏土也包含著鐵質或者鋁質膠結礦物組成，其氧化物的成分較高。半倍氧化物中Fe2O3多于Al2O3。紅黏土之間的的礦物質具有穩定的結構，是一種結晶格架，該結構為層狀或者鏈狀，而且紅黏土中含有結合水，該結合水數量不一，所以紅黏土的具有比較高的含水率、孔隙率等。而且由于紅黏土的結構組成不一樣，其力學性能也有較大的差別。

一般情況下，紅黏土的力學性能如下：塑性較高、分散性高、含水率較高、密度比較下、強度大、壓縮性質低、收縮明顯。紅黏土的具有很弱的透水性，所以紅黏土的水量會很小，而且水量對混凝土不會具有腐蝕作用。

1.2慶陽隧道工程簡介

銀西鐵路慶陽隧道于2018年7月11日順利貫通，該隧道是國內最長、斷面最大的紅黏土施工工程，是由中鐵隧道局集團承建的，慶陽隧道全長14，其最大的開挖斷面是164.09m²，隧道工程中紅黏土就長達12.54km，紅黏土的長度在隧道長度中占用了90，創造了紅黏土長度和斷面最大的隧道工程記錄。

本隧道施工過程中，發現局部段落底板有隆起、膨脹現象，在施工過程中采取優化開挖斷面（矢跨比）處理。出現該現象應該是紅黏土膨脹性所影響的。表1為勘察階段和施工階段紅黏土的自由膨脹率平均值，從表中可以看出膨脹性參數勘察階段與正常開挖后紅黏土的膨脹性化學指標幾乎沒有變化。因此，初步分析造成局部段落底板隆起等膨脹現象的原因在于紅黏土的含水率。

2含水率對紅黏土特性的影響

2.1實驗方式

實驗目的在于研究不同含水率的紅黏土的工程性質變化規律，能給同類隧道工程建設提供一定的參考依據。

制備紅黏土試樣時將其干密度控制在1.38g/cm³，然后按照含水率分別為10%，15%，20%，25%，30%，35%制備試樣，需要將每一個含水率的試樣制作成三個，因為會對含水率相同的試樣分別進行加壓，壓力分別為100kPa、200kPa、300kPa。

2.2實驗結果

2.2.1含水率對剪應力與位移的影響

從圖1可以看出，紅黏土的含水率對剪應力與位移的關系影響是比較大的。從圖中可以看出當含水率為20%時是一個分界線，當含水率小于20%時，從曲線可以看出試樣曲線是剪切軟化型，當剪應力達到300kPa時，剪切位移越來越大后，剪應力時迅速變小了，最后才慢慢的穩定。當含水率大于20%時，從曲線可以看出試樣曲線是剪切硬化型，當剪切位移比較小時，剪應力增加比較快，剪切位移慢慢變大后，剪應力慢慢趨于穩定。這種現象主要產生的原因在于紅黏土中有基質吸力，當含水率較小時基質吸力比較多，當含水率較大時基質吸力比較少。

2.2.2含水率對紅黏土粘聚力的影響

紅黏土的含水率不同，其粘聚力也會受到影響。圖2為含水率不同時，粘聚力的變化情況。從圖中可以看出含水率與粘聚力成反比關系，即當含水率越來越大時，紅黏土的粘聚力越來越小，當水率越來越小時，紅黏土的粘聚力越來越大。而且它們之間是非線性變化的。從圖2中還可以看出當含水率小于20%時，含水率對粘聚力的影響較大，當紅黏土的含水率大于20%時，含水率對粘聚力的影響較小。

2.2.3含水率對紅黏土抗剪強度的影響

圖3為含水率不同時紅黏土的抗剪強度的變化情況。從圖5可以看出紅黏土的抗剪強度和含水率是存在非線性關系的，當含水率越來越大時，紅黏土的抗剪強度越來越小。而且當含水率小于20%時，含水率的變化對紅黏土的抗剪強度的影響較小，當含水率大于20%時，含水率的變化對紅黏土的抗剪強度的影響比較大。

3結語

慶陽隧道作為我國第一個紅黏土最長、斷面面積最大的隧道工程，對其進行研究具有深遠的意義。通過上文的分析，含水率對工程的膨脹現象有所影響，會影響紅黏土的力學性能。通過實驗研究得出含水率與剪切強度和粘聚力成反比關系，當含水率小于20%時，含水率對剪切強度的影響比較小，含水率對粘聚力的影響較大，當含水率大于20%，含水率對剪切強度的影響較大，含水率對粘聚力的影響較小。剪切強度與剪切位移成正比關系，當含水率小于20%時，剪切應力與剪切位移的曲線屬于剪切軟化型，當含水率大于20%時，剪切應力與剪切位移的曲線屬于剪切硬化型。希望文章中所述能夠對同類的隧道工程起到一定的參考作用。