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1、紅粘土與巖溶地基華南理工大學(xué)張海威紅粘土主要內(nèi)容一、紅粘土的分布和組成二、紅粘土的工程特性三、紅粘土的工程地質(zhì)勘探要點四、紅粘土地基評價五、紅粘土地基處理(1)定義紅粘土是出露在地表的碳酸鹽巖在更新世紀(jì)以來的濕熱環(huán)境中,經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)風(fēng)化,特別是紅土化作用,形成并覆蓋在基巖上,呈棕紅或黃褐色的高塑性粘土。形成的紅粘土經(jīng)后期水流沖蝕搬運至低洼處堆積形成新的土層,其顏色雖較原生紅粘土淺,但仍保持基本特性,液限大于45%的稱次生紅粘土。1.1定義、成因及分布1紅粘土的分布和組成(2)成因暴露在地表的碳酸鹽巖在漫長的地質(zhì)歷史時期內(nèi),
2、經(jīng)過各種物理風(fēng)化逐漸分解為巖石碎屑。巖石碎屑因比表面積較大,化學(xué)風(fēng)化逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位,而在溫暖濕潤氣候條件下,化學(xué)反應(yīng)速度快,經(jīng)如下幾個階段,碳酸鹽巖碎屑就會變成紅粘土:1)飽和硅鋁階段其特點是巖石中的氯化物和硫酸鹽將全部被溶解,首先淋濾出Cl-和SO42-。由于溶于水中的CO2部分為游離的CO2,它可形成碳酸,使水介質(zhì)成為弱酸性,在這種介質(zhì)條件下,由于游離的CO2和H2O的共同作用,灰?guī)r和白云巖發(fā)生碳酸化反應(yīng),碳酸鹽變成重碳酸鹽。2)酸性硅鋁階段經(jīng)過飽和硅鋁階段,幾乎所有的鹽基被溶淋掉,因此堿性條件逐漸被酸性條件代替。此時,前階段形成
3、的原碳酸巖中原生的粘土礦物伊利石、蒙脫石又被破壞,形成在酸性條件下穩(wěn)定的不含K、Na、Ca、Mg鹽基的穩(wěn)定的粘土礦物——高嶺石。3)鋁鐵土階段在此階段,鋁硅酸鹽粘土礦物被分解,形成SiO2、Al2O3、Fe2O3及其水化物,其礦物成分主要為針鐵礦、赤鐵礦和水鋁礦,從而形成了一種紅色疏松的鐵質(zhì)或鋁質(zhì)土壤,即紅粘土,故這個階段又稱為紅土化階段。(2)紅粘土的分布紅粘土的形成與分布與地質(zhì)歷史上的氣候條件密切相關(guān),其形成與分布范圍的氣候條件為濕熱的熱帶、亞熱帶,降雨量應(yīng)在1000mm以上,年平均氣溫為19℃~23℃。其分布主要集中在我國長江以南
4、,它西起云貴高原,經(jīng)四川盆地南緣、鄂西、廣東向東延伸至粵北、浙南、皖南、浙西,總面積大約100萬Km2。在云貴高原上,紅粘土主要分布在較低的溶蝕夷平面及巖溶洼地、巖溶谷地;在中部主要分布在峰林谷地、孤峰準(zhǔn)平原及丘陵洼地等地貌單元;在東部主要分布在高階地以上的丘陵區(qū)。經(jīng)搬運再沉積形成的次生紅粘土則主要分布在溶洞、溝谷和河谷低級階地,覆蓋于基巖或其他沉積物之上,其分布約占總量的10%~40%,自西向東逐漸增多。1.2紅粘土的組成成分紅粘土的組成成分與其母巖、氣候環(huán)境及風(fēng)化作用強度有著密切關(guān)系,即使是灰?guī)r,其中的碳酸鹽礦物成分、自生的非碳酸鹽
5、礦物及陸源碎屑礦物的種類及含量也不盡相同。不同地方的紅粘土因其氣候環(huán)境不同,如溫度、濕度等,紅土化的作用強度也不相同,因而不同地方的紅粘土在化學(xué)成分和礦物成分上表現(xiàn)出明顯差異。(1)粒度與化學(xué)成分在紅粘土的粒度組構(gòu)成中,細(xì)顆粒占絕對優(yōu)勢,其中小于5μm的粘粒平均高達76%,而小于2μm的顆粒多達50%以上,據(jù)報道,已見土中小于1μm的顆粒最高可達93%。因而可以看出紅粘土具有很高的分散性。紅粘土的化學(xué)成分以氯化物和氫氧化物為主,其中尤以鋁、鐵和硅的氧化物含量最高。它們多以游離的氧化物,其中游離氧化物Fe2O3可以晶態(tài)(赤鐵礦)、微晶態(tài)(
6、針鐵礦)和膠態(tài)(羥鐵礦)三種物態(tài)賦存,氧化鐵的賦存狀態(tài)及其含量決定了紅粘土的顏色,直接反映了紅土化作用的強度,其中晶態(tài)的赤鐵礦含量越高,紅粘土的顏色越紅,紅土化作用強度也越大;而羥鐵礦的含量越高,土的顏色越淺,表明紅土化作用強度越弱。這進一步表面,紅粘土的工程性質(zhì)與其顏色有密切關(guān)系,顏色越深(紅),其工程性質(zhì)也就越好。(2)紅粘土的礦物成分與結(jié)構(gòu)1)次生的具有晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的粘土礦物其含量一般占紅粘土的40%~50%,其中主要包括高嶺石、綠泥石、蛭石、伊利石等,有時還可見到少量的蒙脫石。由下表可知,紅粘土中的粘土礦物以水穩(wěn)定性礦物高嶺石、綠泥
7、石為主,其次為亞水穩(wěn)性的伊利石、蛭石和不含或少含有非水穩(wěn)性的蒙脫石。2)次生的非晶質(zhì)粘土礦物紅粘土中次生的非晶質(zhì)粘土礦物,包括水鋁英石、氧化鐵、氧化鋁、氧化硅及其水化物,它們是不發(fā)生X射線衍射峰的黏膠物質(zhì),其中又以游離鐵為主,這也是與其他粘土的重要區(qū)別之一。這些無定性物質(zhì)一般具有很大的表面積,化學(xué)活性很高,不穩(wěn)定,可以在一定條件下老化。3)可溶性的鹽類礦物及有機質(zhì)可溶性的鹽類礦物主要有重碳酸鹽,其次為鈣、鎂的硫酸鹽和氯化物。它們?nèi)芙夂?,多以陰、陽離子存在于紅粘土的孔隙水溶液中。紅粘土中的有機質(zhì)含量可達0.35%左右,其主要成分有纖維素、
8、有機酸、腐殖質(zhì)等,其中腐殖質(zhì)絕大多數(shù)與礦物顆粒結(jié)合形成有機—無機復(fù)合體。2.1紅粘土的物理力學(xué)特性2紅粘土工程特性紅粘土的物理力學(xué)特性一般如表18-3所示(1)紅粘土的物性指標(biāo)特征1)高塑性、高液限、高孔隙