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1、红粘土的脱水特性与温度的关系孔令伟谭罗荣(中国科学院武汉岩土力学研究所武汉4300 71 )1前言众所周知,红粘土有其特殊的物理力学特性。一方面,它具有高含水量、高孔隙比和高塑性的特点;另一方面,它却同时具有较高的承载能力和较低的压缩性,产生这种物理力学性质矛盾的原因一般认为是因为红粘土具有胶结作用(尤其为游离氧化铁)和颗粒间特殊的结构连结所造成的 l ,。近年来,作者提出了红粘土的有效胶结铁含量的分析和测定方法,认为红粘土中不是所测得的游离氧化铁都起胶结作用,真正起胶结作用只是其中的一部分 3 j。但在红粘土中,含水量可高达6 5%,其真实含水量,即有效的含水量究竟为多少,其干燥脱水的可塑性
2、与温度是否具有一定的相关性?都是需要解决的问题,作者基于对红粘土的含水特性,物理性指标和胶结物本身的含水特性试验对此进行了初步分析研究,并得出了一些有益的结论。2红粘土的脱水特性本研究采用的样品为贵州工学院新试验楼侧场地土 和主楼地基土,它们都是灰岩的风化产物,属残坡积成因,据其物理力学指标特性看,该红粘土属为典型的红粘土川。2.1脱水过程对红粘土 的颗粒组成的影响试验对试验楼和主楼土在天然含水量、风干土和10 5C烘干过程中,其颗粒组成变化J清况进行了研究(表1)。2.2脱水特性对红粘土物性指标的影响为了能反映出红粘土在脱水状态时,其物理性质指标的变化与组成红粘土粘土矿物和微结构特征密切相关
3、。作者研究了主楼地基土,纯高岭土和膨胀土在原状样、风干样和10 5烘干3种脱水状态时的界限含水量,试验结果列于表2。2.3无定形游离铁的含水特性红粘土中起主要胶结作用的为游离氧化铁,要想从红粘土中分离胶结物出来单独研究其含水特性是十分困难的。为了尽可能与红粘土形成过程中因红土化作用而形成的游离氧化铁的特性相符合,笔者采用湖北省富水水库坝体析出物为胶结物,该析出物为黄褐色,其506第五届全国工程地质大会文集红粘土的脱水特性与温度的关系孔令伟谭罗荣(中国科学院武汉岩土力学研究所武汉4300 71 )1前言众所周知,红粘土有其特殊的物理力学特性。一方面,它具有高含水量、高孔隙比和高塑性的特点;另一方
4、面,它却同时具有较高的承载能力和较低的压缩性,产生这种物理力学性质矛盾的原因一般认为是因为红粘土具有胶结作用(尤其为游离氧化铁)和颗粒间特殊的结构连结所造成的 l ,。近年来,作者提出了红粘土的有效胶结铁含量的分析和测定方法,认为红粘土中不是所测得的游离氧化铁都起胶结作用,真正起胶结作用只是其中的一部分 3 j。但在红粘土中,含水量可高达6 5%,其真实含水量,即有效的含水量究竟为多少,其干燥脱水的可塑性与温度是否具有一定的相关性?都是需要解决的问题,作者基于对红粘土的含水特性,物理性指标和胶结物本身的含水特性试验对此进行了初步分析研究,并得出了一些有益的结论。2红粘土的脱水特性本研究采用的样
5、品为贵州工学院新试验楼侧场地土 和主楼地基土,它们都是灰岩的风化产物,属残坡积成因,据其物理力学指标特性看,该红粘土属为典型的红粘土川。2.1脱水过程对红粘土 的颗粒组成的影响试验对试验楼和主楼土在天然含水量、风干土和10 5C烘干过程中,其颗粒组成变化J清况进行了研究(表1)。2.2脱水特性对红粘土物性指标的影响为了能反映出红粘土在脱水状态时,其物理性质指标的变化与组成红粘土粘土矿物和微结构特征密切相关。作者研究了主楼地基土,纯高岭土和膨胀土在原状样、风干样和10 5烘干3种脱水状态时的界限含水量,试验结果列于表2。2.3无定形游离铁的含水特性红粘土中起主要胶结作用的为游离氧化铁,要想从红粘
6、土中分离胶结物出来单独研究其含水特性是十分困难的。为了尽可能与红粘土形成过程中因红土化作用而形成的游离氧化铁的特性相符合,笔者采用湖北省富水水库坝体析出物为胶结物,该析出物为黄褐色,其506红粘土的脱水特性与温度的关系孔令伟谭罗荣(中国科学院武汉岩土力学研究所武汉4300 71 )1前言众所周知,红粘土有其特殊的物理力学特性。一方面,它具有高含水量、高孔隙比和高塑性的特点;另一方面,它却同时具有较高的承载能力和较低的压缩性,产生这种物理力学性质矛盾的原因一般认为是因为红粘土具有胶结作用(尤其为游离氧化铁)和颗粒间特殊的结构连结所造成的 l ,。近年来,作者提出了红粘土的有效胶结铁含量的分析和测
7、定方法,认为红粘土中不是所测得的游离氧化铁都起胶结作用,真正起胶结作用只是其中的一部分 3 j。但在红粘土中,含水量可高达6 5%,其真实含水量,即有效的含水量究竟为多少,其干燥脱水的可塑性与温度是否具有一定的相关性?都是需要解决的问题,作者基于对红粘土的含水特性,物理性指标和胶结物本身的含水特性试验对此进行了初步分析研究,并得出了一些有益的结论。2红粘土的脱水特性本研究采用的样品为贵州工学院新试验楼侧场地土 和主楼地基土,它们都是灰岩的风化产物,属残坡积成因,据其物理力学指标特性看,该红粘土属为典型的红粘土川。2.1脱水过程对红粘土 的颗粒组成的影响试验对试验楼和主楼土在天然含水量、风干土和
8、10 5C烘干过程中,其颗粒组成变化J清况进行了研究(表1)。2.2脱水特性对红粘土物性指标的影响为了能反映出红粘土在脱水状态时,其物理性质指标的变化与组成红粘土粘土矿物和微结构特征密切相关。作者研究了主楼地基土,纯高岭土和膨胀土在原状样、风干样和10 5烘干3种脱水状态时的界限含水量,试验结果列于表2。2.3无定形游离铁的含水特性红粘土中起主要胶结作用的为游离氧化铁,要想从红粘土中分离胶结物出来单独研究其含水特性是十分困难的。为了尽可能与红粘土形成过程中因红土化作用而形成的游离氧化铁的特性相符合,笔者采用湖北省富水水库坝体析出物为胶结物,该析出物为黄褐色,其506由红粘土脱水状态与其界限含水
9、量的关系,可以看出只有在烘干条件下,其液塑限才会有实质性的变化,液限降低近 2 0 %,塑性指数下降1 7 %。而在鲁布革的红土研究中闭,天然含水量的土烘干后,液限由7 2.7%降为5 0.5%,塑性指数由3 1.2降为1 4.6,而且将烘干土浸泡3 0天后,其液限仅为5 1.5%,塑性指数仅达 巧.5,这充分说明烘干土确实是不能回复到原有性质。3.2红粘土脱水的特殊性红粘土的脱水特性对其物性指标的影响有别于膨胀土和高岭土。从表2的结果不难看 出,膨胀土从原样一风干一10 5烘干过程中,其液限变化不超过4%,塑性指数不超过3的变化,高岭土的脱水特性也同样具有相同的结果。这表明对于膨胀土和高岭土
10、 而言,干燥脱水并没有使其土性质发生实质性的变化,而对红粘土而言,在10 5烘干条件下,W:和I,明显降低,这也说明10 5烘干条件已改变了该红粘土的土性。实际上,红粘土之所以与膨胀土和高岭土的脱水特性不同,就在于红粘土特殊的结构连结而引起的胶结作用。胶结物(尤其为游离氧化铁)与组成红粘土的粘土矿物相互作用,特别是在酸性条件下,胶结物带有足够的正电荷,沉淀在粘土矿物的表面,一旦形成胶膜,在较高的pH条件下也很稳定,或存在于悬浮的孔隙液中。吸附在粘土畴表面的胶结物影响表面电势,悬浮在孔隙液中的胶结物直接影响土水体系的净势能。在脱水过程中,随红粘土含水量的减少,悬浮液的浓度变稠,进入使胶结物本身发
11、生脱水而硬化,从而使得团粒结合较紧,再次进行湿化时,已经硬化的凝结泡水不能再次回复到原来的状态。虽然组成膨胀土的粘土矿物和高岭土在高温下也会发生或多或少的脱水现象,但这种脱水作用对颗粒间的连结影响并不牢固,一旦使其再次泡水,可使其性质发生很大程度上的回复。3.3胶结物与红粘土的含水特性从表4不难发现,无定形氧化铁的脱水状态,在10 0左右会使其水分基本脱干,在4 0以下,其测得的含水量为1 7.8 9 %,这与风干含水量 1 9.0 4 %并没有明显的差异。但由于胶结物本身颗粒小、比表面积大,具有很强的化学活性,即使是在风干条件下让其重新吸水,其含水量可高达1 3%,而且在8天左右即可达到平衡
12、。可以推断,在 4 0以下胶结物的含水量一般是难以脱去的,只有在高温条件下才能使其水分得到改变。从坝体析出物取样时发现,析出物在水中呈悬浮状态,在廊道干燥处以凝胶形式存在,体积 庞大,但让其风干后,结构极其疏松,微孔密布,形成又轻又脆的团块,轻轻一碰就可以成为很细的铁锈状粉沫。这也可以定性地认为,胶结物本身可能可以含有极高的含水量。虽然本研究中采用的无定形氧化铁作为胶结物会与红粘土中所含有的胶结物的特性存在着差异,但从所测得胶结物的脱水特性与其含水量的关系来看,红粘土之所以具有很高的天然含水量,这与红粘土中胶结物吸着水量与其本身含水量是分不开 的。这使得测 出的含水量会比真实含水量要高,同时也
13、使其计算得出的孔隙比比实际的孔隙比高得多。4结语红粘土的脱水特性与其颗 粒组成、物性指标和胶结物相关联。红粘土的特性在常温5 09(4 0)条件下是相对可逆的,但在高温下是不可逆的,且这种可逆性受到胶结物的影响,胶结物本身的吸水特性和含水量使得有效含水量比实测含水量低,而计算孔隙比比真正的孔隙比高得多,为深入认识红粘土特殊的物理力学特性提供了一定的帮助。参考文献谭罗荣.198 2.一种特殊土微观结构特性的研究.岩土工程学报,( 2).罗鸿禧.198 7.游离氧化铁对红色粘土工程性质的影响.岩土力学,(2 ).孔令伟,罗鸿禧,袁建新.1995.红粘土有效胶结特征的初步研究.岩土工程学报,( 5 ).孔令伟.1993.红粘土的微观特性与胶结性状研究(中国科学院武汉岩土力学研究所 硕士学位论文).罗鸿禧,周芳琴,孔令伟,王银善.1”6.坝基析 出物及其影响研究.第3 0届国际工程地质大会论文(英文,待刊).杨荫华,柏树田.198 2.红土干燥脱水不可逆性对物理力学性质的影响.岩土工程学报,(4 ).门J门二刁一刁,Jlw e曰11夕目八jA几巴J b厂七厂LLw eL厂L厂LL.5 10
