桂林紅粘土與云南紅粘土的比較研究

蒙高磊　譚國強

【摘 要】根據國內的文獻資料，通過對桂林與云南兩地紅粘土的物質組成、物理力學性質進行比較后，得出云南紅粘土風化程度比桂林紅粘土高，粘土礦物的主要成分有較大不同，雖然都有看似不好的物理性質但卻都擁有良好的工程特性的結論。

【關鍵詞】紅粘土；物質組成；物理力學性質

A Comparative Study of Red Clay at Guilin and Yunnan

MENG Gao-lei1 TAN Guo-qiang2

（1.Campus of Nanning Guilin University of Technology，Nanning Guangxi 530001，China；

2.Yunnan geotechnical engineering investigation and Design Research Institute，Kunming Yunnan 650000，China）

【Abstract】According to the domestic literature，after compared the material compositions、Physical and mechanical properties of the red clay in Guilin and Yunnan province，we come to a conclusion that the degree of weathering of red clay in Yunnan province is higher than in Guilin，the basis of clay minerals have big different，Although both of them have the bad physical property，but still have good engineering characteristics.

【Key words】Red clay；Material compositions；Physical and mechanical properties

0 前言

紅粘土是指石灰巖、白云巖等碳酸鹽巖在亞熱帶高溫潮濕氣候條件下經過風化、淋蝕和紅土化作用后形成的褐紅、棕紅、褐黃等色的高塑性的粘土。根據其成因又可分為紅粘土、次生紅粘土[1]。紅粘土作為一種特殊土，以其特殊的性質與工程問題引起學術界與工程界的廣泛關注，與北方的特殊性黃土并稱為“南紅北黃”[2]。由于紅粘土分布的廣泛性，為避免盲目的根據一些個人經驗對工程造成不可挽回的損失，因此研究不同地區紅粘土的工程地質特性對各地區的工程建設和地質災害防治有一定的指導作用[3]。本文就桂林紅粘土與云南紅粘土的工程特性進行討論。

1 兩地紅粘土的工程特性

1.1 物質組成

桂林紅粘土主要形成于更新世并經后期濕熱化作用改造后的殘積、坡殘積和沖洪積、坡洪積組成。殘積、坡殘積和坡洪積土的粘粒（粒徑<0.005mm）含量均較高，平均含量52.9%～61.5%[4]。桂林地區粘土礦物僅個別樣品是以混層礦物（蒙脫石/伊利石混層礦物）為主，多數樣品中的粘土礦物以伊利石為主，其次是高嶺石、綠泥石，含少量蒙脫石，土質細膩，分散度高[5]。

云南紅粘土主要為殘積、坡殘積組成，粘粒含量相當高，一般可達55%～70%。粘土礦物組成以多水高嶺石為主，其他礦物有蒙脫石、伊利石、綠泥石石英等，土質均勻細膩，具高分散性[1]。

1.2 物理性質

桂林紅粘土孔隙比變化較大，因地區不同可能有很大差異，一般為0.74～1.46，這主要是因為桂林紅粘土的不同成因造成的。比重在2.7與2.8之間，含水量為26%～50%，液限一般為35%～70%，塑限一般為19%～35%，塑性指數16～35，土體飽和度很高，一般大于90%。桂林紅粘土粘粒含量一般大于50%，其滲透系數也較小，一般為1.34×10-8～3.8×10-6cm/s。

云南紅粘土孔隙比較大，一般都大于1.0，比重也比一般的粘性土大，一般為2.75～2.92。土體含水量接近塑限含水量，大致為30%～55%，且液限、塑限、塑性指數都較高，分別為40%～90%、25%～55%、17～40。土體飽和度也相當高，局部可達100%，滲透系數k為1.0×10-6～8.0×10-6cm/s。

1.3 力學性質

1.4 脹縮性

桂林紅粘土普遍具有弱—中等脹縮性，以縮為主，縮大于脹，且在剖面上脹縮變形具有下層大于上層的特點。統計表明，桂林紅粘土膨脹率大于1%的約占36%，自由膨脹率大都為30%～40%，在50KPa荷載作用下，膨脹率也有相當部分顯示出負值。而體縮率則較大，有63%的土樣體縮率大于 10%，最大可達 28%，線縮率也在（下轉第156頁）（上接第221頁）7.0% 以上[4]。

云南紅粘土的自由膨脹率一般為35%～55%，屬于具有弱膨脹潛勢的膨脹土，按照《云南省膨脹土建筑技術規定》計算地基變形量評價地基膨脹等級，云南的紅粘土基本屬于Ⅰ級膨脹土，脹縮變形以收縮為主，收縮性明顯，失水后強烈收縮，天然狀態下的膨脹率僅為0.1%～2.0%，線縮率一般為2.5%～8%，最大可達14%[1]。

桂林近年來地下水活動頻繁以及因各種原因地下水水質的改變，云南這幾年來持續大旱，連昆明都不時停水，這些外界環境的因素可能導致現在兩地紅粘土的一些物理力學性質與前文有些出入，故以實際為準，文中數據僅供參考。

2 討論（機理分析）

由前文可知，桂林紅粘土中粘土礦物以伊利石為主，其次是高嶺石、綠泥石，而云南紅粘土中粘土礦物組成以高嶺石為主。高嶺石構造是由一層硅氧四面體晶體和一層鋁氧八面體晶片結合，形成一個單位晶胞，屬于1：1型礦物，理論結構式為Al4[Si4O10]（OH）8。而伊利石是含鉀量高的原生礦物經化學風化后的初期產物，每個晶胞是由兩片硅氧四面體晶片中間夾一片鋁氧八面體晶片構成，屬于2：1型礦物，其理論結構式為KAl2[AlSi3O10]（OH）2nH2O[7]。綠泥石則是2：2型礦物，從礦物組成由綠泥石過渡到高嶺石，反映風化作用主要是去堿和去硅的變化，因此粘土礦物的晶體結構類型反映了風化作用的深度。隨著風化作用的不斷加強，硅酸鹽礦物則由2：2型到2：1型再到1：1型，高嶺石的多少反映了風化作用的深度，桂林紅粘土粘土礦物中以伊利石為主，反映其成土過程的風化程度僅達中等程度，而云南紅粘土粘土礦物以高嶺石為主，則表明其風化程度比桂林高[5]。

從主要的化學成分來看，云南紅粘土的鐵鋁含量比較高，所以其比重比桂林紅粘土稍大。兩地紅粘土雖然都具有高含水率、高孔隙比和高液限高塑性，但卻有著較大的抗剪強度和較低的壓縮性，這是由其特殊的物質成分和結構連接方式決定的。在紅粘土的結構中，單元粒團的絮凝結構和粒團之間的架空結構使得紅粘土可有較大的孔隙比和高含水率，聯結粒團的膠結物質是由極細的膠粒為骨架的凝膠組成，具有較大的表面積和吸附水的能力，對土體的液、塑限有明顯的貢獻。以游離氧化鐵膠粒為核心的水化物聚合物具有很高的含水率，但卻不能流動，它在土中所占的體積比比氧化鐵的含量大得多，一方面，使得土體含水率和孔隙比提高，另一方面，它的存在使得有效滲流孔截面減小，滲透性也就跟著減小，所以兩地紅粘土的滲透性都很差[8]。

3 結語

經過對桂林和云南兩地紅粘土的一些物理力學性質進行比較后，可以得知兩地紅粘土除了因為風化程度不同而導致的物質組成有所區別外，在工程環境上都具有高孔隙比、高含水率、高液限、高塑限、高塑性、高強度和低壓縮性和透水性、膨脹性等工程地質特征，所以兩地在工程建設方面有一定的參照性，但不可盲目套用，要對當地的工程地質情況進行詳細勘察后才可做決定。

【參考文獻】

[1]劉振波，趙春宏.云南紅粘土工程特性及巖土工程問題與對策[J].電力勘察設計，2005（3）：32-35.

[2]徐榴勝.紅粘土在環境地質工程中的隱患[J].水文地質工程地質，1995（5）：40-43.

[3]熊探宇，張宇雙，等.滇西北紅粘土的工程地質特性及災害效應[J].地質通報，2008，27（11）：1894-1899.

[4]韋復才.桂林紅粘土的物質組成及其工程地質特征[J].江西師范大學學報（自然科學版），2005，29（5）：460-464.

[5]龐春勇，賴來仁.桂林市紅粘土的礦物組成與化學組成特征[J].礦產與地質，2001，15（6）：734-737.

[6]張慧穎，張云淑，彭玉林.昆明紅粘土的基本特性及工程效應影響機理的探討[J].云南農業大學學報，2007，22（4）：615-617，622.

[7]唐大榮，劉佑榮，張文殊，王清.工程巖土學[M].北京：地質出版社，1998.

[8]譚羅榮，孔令偉.某類紅粘土的基本特性與微觀結構模型[J].巖土工程學報，2001，23（4）：458-462.

[責任編輯：田吉捷]