工程地质学土体、灾害特殊土之红粘土
红黏土地基综述
红黏土的化学成分
红黏土的化学成分主要为SiO2、Al2O3和 Fe2O3，硅铝分子比约为2.43。红黏土的交 换性阳离子以二价镁、钙离子为主，一价 钾、钠离子的含量很少。由于镁、钙离子 的交换性能相对较弱，红黏土的亲水性和 膨胀性较弱。
水理性质
红黏土的性状特征主要反映在高含水量、 高塑性和高孔隙比，土性指标的变化幅度 较大。一般情况下，红黏土的天然含水量 30%～60%，天然容重16.5～18.5kN/m3，孔 隙比1.1～1.7，液限50%～110%，塑限 25%～55%，塑性指数25～50。
软弱下卧层对路基稳定性的影响
• 自然状态下的红黏土呈致密状，其中固态 矿物为较稳定的结晶格架，细分散颗粒呈 稳定的团粒结构，液体多属结合水，不能 在自重下排水固结。
红黏土的工程特征
1. 红黏土具有上硬下软的现象 红黏土往往呈现地表坚硬、硬塑状态，向下 逐渐成为可塑、软塑甚至流塑而变软的规律。
矿物成分与化学成分
红黏土以黏土矿物占绝对优势，主要为高 岭石、伊利石和绿泥石，部分含少量蒙脱 石。非黏土矿物成分主要为石英和长石。 高岭石是湿热气候条件下，在碱土金属含 量很低的酸性介质环境中生成，与红黏土 的形成条件一致。高岭石具有稳定的结晶 格架，极性水分子和交换阳离子均不能进 入晶层，故不具膨胀性。
红黏土的力学性质
红黏土具有高孔隙性，但单个孔隙的体积 很小，固态矿物为较稳定的结晶格架，颗 粒间的氧化铁胶结物具有较强的黏结力， 细分散颗粒呈稳定的团粒结构。因此，一 般状态下的红黏土具有较好的力学性能， 压缩性不大，抗剪强度较高，但结构效应 明显，残余强度较低。
红黏土的胀缩性与裂隙性
红黏土地基
红黏土的概述
红黏土分为原生红黏土、此生红黏土。 原生红黏土是指石灰岩、白云岩、泥质岩 等碳酸盐类岩石，在炎热湿润气候条件下 经过长时间的红土化作用而形成的高塑性 黏土物质，一般呈褐红、棕红、紫红和黄 褐色，其液限一般大于或等于50%。 次生红黏土是指原生红黏土经搬运、沉淀 后仍保留其基本特征，其液限大于45%的黏 性土。
特殊土的种类及其工程性质
⑴ 颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有 腐臭味；
⑵ 粒度成分以粘粒为主，约占60～70%，其次为粉粒；
⑶ 矿物成分多为伊利石，高 岭石次之，含有机质，有时可 高达8～9%；
⑷ 具海绵状结构，孔隙比大、 含水量高、透水性小、压缩性 高、强度很低；
⑸ 具层理构造，垂直方向沉 积有明显的分选性。
第4章 土的工程性质与分类
在软土地区修建铁路，主要存在地基的沉降 和地基的稳定性问题。
（二）黄土
第4章 土的工程性质与分类
黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成 的第四纪的一种松散的特殊土。
黄土地
1.黄土的特征
第4章 土的工程性质与分类
I. 颜色为淡黄、褐色或灰黄色；
II. 粒度成分以粉土为主，约占有60%~70%， 一般不含＞0.25mm的颗粒；
dsh ＞ 0.07， 强烈湿陷性黄土
第4章 土的工程性质与分类
自重湿陷性黄土的判定方法
室内试验法：室内普通固结仪中进行。
现 场 法：挖平底方形坑或圆坑，边长或直径 大于等于黄土层的厚度且不应小于 10m。深度一般为50cm，坑底铺厚 5～10cm的砂或砾，坑内灌水，保 持水深30cm。浸水至黄土全部饱和， 湿陷达到稳定时为止。其稳定标准 为 最 后 5 天 的 平 均 湿 陷 量 小 于 1mm 。 测出自重湿陷量Dzś。
第4章 土的工程性质与分类
黄土的透水性
黄土的透水性比一般粘性土大。
黄土的压缩性
黄土的压缩性中等。
黄土的抗剪强度
黄土的抗剪强度中等。
一般c=30～40kPa， j =15˚～25˚，我国北部 黄土的j可达 27˚～28˚。
第4章 土的工程性质与分类
第4章 土的工程性质与分类
第三节红粘土第四节盐渍土
• 按盐渍土中易溶盐的化学成分可将盐渍土划分 为氯盐型、硫酸盐型和碳酸盐型盐渍土，其中 氯盐型吸水性极强，含水量高时松软易翻浆； 硫酸盐型易吸水膨胀、失水收缩，性质类似膨 胀土；碳酸盐型碱性大、土颗粒结合力小、强 度低。盐渍土的液限、塑限随土中含盐量的增 大而降低，当土的含水量等于其液限时，土的 抗剪强度近乎等于零，因此高含盐量的盐渍土 在含水量增大时极易丧失其强度。
ห้องสมุดไป่ตู้
红粘土通常呈红色，有时呈棕红、黄褐色， 液限一般大于50%，常堆积于洼地和山麓 坡地 。 一、 红粘土的工程性质 1、主要物理力学性质。含有较多粘粒（Ip ＝20～50），孔隙比较大（e＝1.1～ 1.7）。常处于饱和状态（Sr>85%），天 然含水量（30%~60%）与塑限接近，液性 指数小（-0.1～0.4），说明红粘土以含 结合水为主。因此，尽管红粘土的含水 量高，却常处于坚硬或硬塑状态，具有 较高的强度和较低的压缩性。
返回
2、红粘土的胀缩性。有些地区的红粘土受 水浸湿后体积膨胀，干燥失水后体积收 缩。 3、红粘土的分布特征。红粘土的厚度与下 卧基岩面关系密切，常因岩石表面石芽、 溶沟的存在，导致红粘土的厚度变化很 大。
4、含水量变化特征。含水量有沿土层深度 增大的规律，上部土层常呈坚硬或硬塑 状态，接近基岩面附近常呈可塑状态， 而基岩凹部溶糟内红粘土呈现软塑或流 塑状态。 5、岩溶、土洞较发育。这是由于地表水和 地下水运动引起的冲蚀和潜蚀作用造成 的结果。
返回
Na2 SO4
第四节盐渍土
• 地表深度1.0m范围内易溶盐含量大于0.5%的土 称为盐渍土。盐渍土中常见的易溶盐有氯盐 （ NaCl 、 KCl 、 MgCl2、 CaCl ）、硫酸盐 （ Na SO 、 MgSO ）和碳酸盐 （ Na CO 、NaHCO 、 CaCO ）。 • 形成盐渍土的区域地质条件有充分的盐类来源， 能形成矿化度高的地下水，或者区域内地下水 位距离地面较近，土体中的上升毛细水发育并 不断被蒸发，又或者区域气候条件干燥，蒸发 量大于降雨量。
地基基础处理技术第二章6红粘土
第六节红粘土一、红粘土的形成和分布(一)红粘土的定义与形成条件1．红粘土的定义：碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红或褐黄等色的高塑性粘土称为原生红粘土。
其液限一般大于或等于50%，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。
经再搬运、沉积后仍保留红粘土基本特征，液限大于45%的粘土称为次生红粘土。
2．红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件。
（1）气候条件：气候变化大，年降水量大于蒸发量，因而气候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风化，风化的结果便形成红粘土。
（2）岩性条件：主要为碳酸盐类岩石。
当岩层褶皱发育，岩石破碎，易于风化时，更易形成红粘土。
（二）红粘土的分布规律红粘土主要为残积、坡积类型，因而其分布多在山区或丘陵地带。
这种受形成条件所控制的土，为一种区域性的特殊性土。
在我国以贵州、云南、广西省(区)分布最为广泛和典型，其次在安徽、川东、粤北、鄂西和湘西也有分布。
一般分布在山坡、山麓、盆地或洼地中。
其厚度的变化与原始地形和下伏基岩面的起伏变化密切相关，分布在盆地或洼地时，其厚度变化大体是边缘较薄，向中间逐渐增厚；分布在基岩面或风化面上时，则取决于基岩起伏和风化层深度。
当下伏基岩的溶沟、溶槽、石芽等较发育时，上覆红粘土的厚度变化极大，常有咫尺之隔，竟相差10rn之多；就地区论，贵州的红粘土厚度约3~6m，超过l0m者较少，云南地区一般为7~8m，个别地段可达10~20m；湘西、鄂西、广西等地一般在10m 左右。
二、红粘土的工程地质特征（一）红粘土的物理力学性质1．红粘土物理力学指标的经验值红粘土的物理力学指标的经验值见表2-6-1。
红粘土物理力学性质的经验值表2-6-12．红粘土物理力学性质的基本特点从表2-6-1可看出红粘土具有两大特点。
一是土的天然含水量、孔隙比、饱和度以及塑性界限(液限、塑限)很高，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性；二是各种指标的变化幅度很大。
红粘土中小于0.005mm的粘粒含量为60~80％，其中小于0.002mm的胶粒占40~70％，使红粘土具有高分散性。
特殊土
软土的物理力学特性[1]1、高含水量和高孔隙性软土的天然含水量一般为50%～70%，最大甚至超过200%。
液限一般为40%～60%，天然含水量随液限的增大成正比增加。
天然孔隙比在1～2之间，最大达3～4。
其饱和度一般大于95%，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。
软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。
2、渗透性弱软土的渗透系数一般在i×10-4～i×10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。
由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响。
3、压缩性高软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1～0.2一般为0.7～1.5MPa-1,最大达4.5MPa －1(例如渤海海淤)，它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。
由于土质本身的因素而言，该类土的建筑荷载作用下的变形有如下特征：(1)变形大而不均匀(2)变形稳定历时长4、抗剪强度低软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关，不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小，且与其侧压力大小无关。
排水条件下的抗剪强度随固结程度的增加而增大。
触变性和蠕变形。
湿陷性黄土在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。
有些杂填土也具有湿陷性。
广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区的黄土多具湿陷性。
(这里所说的黄土泛指黄土和黄土状土。
湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土，也有的老黄土不具湿陷性)。
注意事项在湿陷性黄土地基上进行工程建设时，必须考虑因地基湿陷引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择适宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。
红粘土的组成和工程性质
制作人： 魏平
什么是红粘土？
• 红粘土【red clay】一般用来指代古近纪晚期我国 广大地区广泛堆积的土状堆积物。其不同于目前 南方湿热环境的红土。在黄土高原地区其不连续 分布于上覆黄土之下，部分地区整合接触。其下 界年龄约8Ma，即形成于晚中新世，过去由于其 含有较多的三趾马化石而被称之为三趾马红土。 关于其成因，目前存在争议，不过多数学者倾向 于风成说。和黄土相比，红粘土没有湿陷性，但 是其在暴露地表时容易龟裂，成为破碎颗粒。野 外剖面中可见红粘土和钙质结核层交替成层分布。 压实后水稳性较好，强度较高。
红粘土的组成和工程性质
• 1、红粘土的定义与形成 条件
• 2、红粘土的分布规律 • 3、红粘土的成因和分类 • 4、红粘土的判定方法 • 5、红粘土的组成 • 6、红粘土的物性指标特
征
• 7、红粘土的力学性质
一、红粘土的定义与形成条件
• 红粘土的定义：碳酸盐岩 系出露区的岩石，经红土化 作用形成的棕红或褐黄等色 的高塑性粘土称为原生红粘 土。其液限一般大于或等于 50%，上硬下软，具明显的 收缩性，裂隙发育。
水。 4）渗透性差，可视为不透水层。在无压条件下充分 浸水，胀限含水量只比天然含水量增加了1% ～3%，
足见其渗透性之差。
• 5)胀缩性能特征。一般粘土在浸水和失水后，由于其 粘土片间的水膜厚度和减薄，都会表现出一定的胀缩 性。阳离子交换的结果会使粘土矿物周围结合水的扩 散层水膜厚度发生改变，使粘土表现出胀缩性，这种 特性对红粘土也不例外。其胀缩性仅次于膨胀土，而 比一般粘土显著。
八、红粘土的工程地质勘探要点
• 红粘土的工程分类 • （1）安土的成因分类 • 按地质成因可分为：红粘土和次生红粘土。次生红粘土的状况比较复杂，在
红粘土地
8. 红粘土地基8.1 一般规定8.1.1颜色为棕红或褐黄，覆盖于碳酸盐岩系之上，其液限大于或等于50%的高塑性粘土，应判定为原生红粘土。
原生红粘土经搬运、沉积后仍保留其特征，且液限大于45％的粘土，判定为次生红粘土。
红粘土具有失水收缩、裂隙发育、上硬下软的特征。
8.1.2红粘土除按成因分类外，根据工程需要还有必要进行工程分类：1. 红粘土的状态可按表8.1.2-1中的含水比a w进行划分也可以按液性指数I L划分。
注：a w＝w/w L2、红粘土的结构可根据其裂隙发育特征按表8.1.2-2分类。
3、红粘土在缩后复浸水时表现出不同的水稳性和工程特性，红粘土的复浸水特性课可按表8.1.2-3分类。
表8.1.2-3 红粘土的复浸水特性分类注： I r ＝w L /w P ，I r ′＝1.4+0.0066 w L4、红粘土地基均匀性可按表8.1.2-4分类。
注1：当单独基础的总荷载1p 为500～3000kN ／柱，条形基础荷载2p 为l00～250kNm 时，表中Z 值可按下式确定： 单独基础：()5.111+=P Z m Z条形基础：()5.422-=P Z m Z 式中Z 1 、Z 2 系数： Z 1可取0.003m ／kN ，Z 2可取0．05m ／kN 。
注2：当箱（筏）基础无相邻荷载影响、基础宽度≤30m 时，Z （m ）=b(2.5－0.4㏑b)8.2 .红粘土地基岩土工程勘察8.2.1 红粘土场地的岩土工程测绘和调查除按《岩土工程勘察规范》GB50021-2001第8章规定外，还应着重查明以下内容：1、不同地貌单元红粘土和次生红粘土的分布、厚度、物质组成、土性等特征及其差异；2、下伏基岩岩性、岩溶发育特征与红粘土土性、厚度变化的关系；3、地裂分布、发育特征及其成因；土体结构特征；土体中裂隙的密度、深度、延展方向及其发展规律；4、地表水及地下水的分布、动态变化及其红粘土状态垂向分带的关系；5、已有建筑物开裂原因分析；当地勘察、设计与施工经验等。
特殊土(红粘土、软土、填土、膨胀土、风化岩和残积土)的性质,对勘察的要求,评价方法。
（五）掌握红粘土、软土、填土、膨胀土、风化岩和残积土等特殊性土的性质及对勘察的要求，并掌握相应分析评价方法。
有肉眼可见的大孔，孔隙比一般在1.0左右。
湿陷性黄土在一定条件下，具有保持土的原始基本单元结构形式不被破坏的能力。
湿陷性黄土的欠压密性。
黄土地基的勘察要点：
1查明湿陷性黄土层的厚度、下限深度；
2自重湿陷系数、湿陷系数及湿陷起始压力随深度的变化；
3不同湿陷类型场地、不同湿陷等级地基的平面分布；
4黄土层的时代、成因；
5地基土垂直向和水平向的渗透性；
6场地存在大面积挖填方时，应查明挖填方的范围、厚度、原始地面高程和初始地形地貌等，评估挖填方对水环境的影响、湿陷性的变化和引起的边坡和隐形边坡等；
7评估地下水上升、侧向水侵入和地面水汇聚、排泄、下渗对建筑物影响的可能性、程度和规律，并提出工程建议；
8工程场地及周边地形地貌等工程地质条件；
9地下水及河、沟、湖、库、雨水等地面水的汇聚与排泄。
黄土湿陷性评价
1湿陷性的判定；
2湿陷程度；
3场地湿陷类型；
4地基湿陷等级；
5湿陷起始压力；。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
●红黏土与软土工程力学特性比较
在无侧限抗压强度—孔 隙比散点图上，可看出 红粘土的抗压强度比软 土抗压强度的上限大很 多。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土与软土工程力学特性比较
虽然红粘土的含水量高、孔隙比大，塑性 强等物理指标比软黏土差，但是其工程性 能却远比软土要好。这一特性是红粘土被 视为特殊土的主要原因。
因此，红土化过程同时也是脱硅富铝铁的地球化学 过程。
中国科学院研究生院《工程地质学的石英颗粒外，大 量的粘土颗粒则主要为多水高岭石、水云母类、胶体二 氧化硅及赤铁矿、三水铝土矿等组成，不含或极少含有 机质。
红粘土的主要矿物有: 高岭石、伊利石、针铁矿、褐铁 矿、蒙脱石、石英、绿泥石和水铝英石等。
黔、桂、滇等地古溶蚀地面上堆积的红粘土层，由于基岩起伏变化及 风化深度的不同，造成其厚度变化极不均勾．常见为5－8m，最薄为 0.5m，最厚为20m。在水平方向常见咫尺之隔，厚度相差达10m之巨。 上层中常有石芽、溶洞或土洞分布其间，给地基勘察、设计工作造成 困难。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土成因
对红粘土的成因: 红粘土化过程基本上是一个化学、物理化 学的变化或母岩中矿物的迁移、过渡、交代、沉淀的过程, 并归纳为下列三个发展阶段: 第一阶段: (最初风化) 原始矿物部分地或完全地物理或化学 的风化, 基本元素、倍半氧化物胶体的“释放”。 第二阶段: (次生风化或红粘土化) 母岩部分地或完全地淋滤。 一些矿物分解、迁移、矿物间部分的重新组合。第二阶段 的风化程度与原始矿物的化学风化程度及本质有关。 第三阶段: 部分的或完全的水合胶体, 氧化铁、铝的脱水。
●红黏土地貌
云南东川的红粘土景观
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土地貌
灰岩基岩
红黏土
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土地貌—土林
云南元谋的红粘土土林
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土分布
红粘土主要分布在北纬30°与南纬30°之间的热带、亚热带 地区。 我国红粘土分布广泛, 主要分布区在我国南方各省区, 总出露 面积达20余万平方公里。 如云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区的 低山、丘陵地带顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。
在剪应力—孔隙比散点图上，可看出红粘土的抗剪强 度比软土抗剪强度上限要大。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
红粘土的主要工程性质与评价
●红粘土的成分、物理力学特征及其变化规律 红粘土的组成成分 红粘土的一般物理力学特征 红粘土的物理力学性质变化范围及其规律性 裂隙对红粘土强度和稳定性的影响
中国科学院研究生院硕士课程
工程地质学
(土体工程地质与地质灾害部分)
提纲
一、土的基本物理力学性质 二、土体微结构力学 三、特殊土工程地质性质与评价
(一) 黄土 (二) 膨胀土 (三) 软土 (四) 红黏土 四、地质灾害及其勘查评价
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
红黏土的定义
红粘土：碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用 形成的棕红或褐黄等色的高塑性粘土称为原生红粘 土。经再搬运、沉积后仍保留红粘土基本特征，液 限大于45%的粘土称为次生红粘土。
红粘土颗粒周围的吸附阳离子成分也以水化程度很弱的三 价铁、铝为主。
红粘土的粒度较均匀，呈高分散性。粘粒含量一般为60 ％－70％，最大达80％。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
红粘土的一般物理力学特征
1、天然含水量高，一般为40％－60％，高达90％。 2、密度小，天然孔隙比一般为1.4-1.7，最高2.0，具有大孔性。 3、高塑性。液限一般为60％－80％，高达110％；塑限一般为40％ －60％，高达90％；塑性指数一般为20－50。 4、由于塑限很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬 可塑状态，液性指数一般小于0.25。但是其饱和度一般在90％以上， 因此，甚至坚硬粘土也处于饱水状态。 5、一般呈现较高的强度和较低的压缩性，固结快剪内摩擦角为8。 －18。，内聚力40－90kPa。压缩系数a0.2-0.3=0.1-0.4MPA-1，变形模 量10-30MPa，最高可达50MPA，荷载试验比例界限200－300kPa。
1977年版《工业与民用建筑和地基基础设计规范》: 红粘土是碳酸盐类岩石经风化后残积、坡积形成的 褐红色、棕红色、黄褐色粘土。
玄武岩、花岗岩、碎屑岩、粉砂岩及某些黏土岩都 有可能风化形成红粘土
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土地貌
云南东川的红粘土景观
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
6、不具有湿陷性，其湿陷系数0.0004－0.0008《0.015。原状土浸水 后膨胀量很小(＜2％)，但失水后收缩剧烈，原状土体积收缩率25％， 而扰动土可达40％－50％。
红粘土：虽然天然含水量高，孔隙 比很大，但却具有较高的力学强度 和较低的压缩性
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土基本物理力学性质
红粘土的一般特点是含水量高、孔隙 比大，塑性强，却具有较高的力学强 度和较低的压缩性。
红粘土的含水量高、孔隙比大，塑性 强等物理指标与软黏土相似，但是其 较高的力学强度和低压缩性，与软粘 土差别巨大。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土基本物理力学性质
在液限—孔隙比散点图上，可看出红粘土的液限比软 土液限上限大很多。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
●红黏土与软土工程力学特性比较
在压缩系数—孔隙比散点图上，可看出相同孔隙比条件 下，红粘土的压缩系数比软土压缩系数下限低很多。
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
中国科学院研究生院《工程地质学》硕士课程
红粘土的组成成分
由于红粘土系碳酸盐类及其他类岩石的风化后期产 物，母岩中的较活动性的成分SO2-4、Ca2+、Na+、K+经 长期风化淋滤作用相继流失，SiO2部分流失，此时 地表则多集聚含水铁铝氧化物及硅酸盐矿物，并继 而脱水变为氧化铁铝，使土染成褐红至砖红色。