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1、工程地质学中国科学院研究生院硕士课程(土体工程地质与地质灾害部分)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提提 纲纲中国科学院研究生院工程地质学硕士课程红粘土：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。l红黏土的定义中国科学院研究生院工程地质学硕士课程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
2、。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红黏土地貌中国科学院研究生院工程地质学硕士课程灰岩基岩红黏土红红黏土地貌中国科学院研究生院工程地质学硕士课程云南元谋的红粘土土林红红黏土地貌土林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。红红黏土分布
3、中国科学院研究生院工程地质学硕士课程黔、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58m，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
4、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。 红红黏土成因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红黏土基本物理力学性质质中国科学院研究生院工程地质学硕士课程红红黏土基本物理力学性质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
5、院工程地质学硕士课程红红黏土与软软土工程力学特性比较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。红红黏土与软软土工程力学特性比较较中国科学院研究生院工程地质学硕士课程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。红红黏土与软软土工程力学特性比较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。p红粘土的组成成分p红
6、粘土的一般物理力学特征p红粘土的物理力学性质变化范围及其规律性p裂隙对红粘土强度和稳定性的影响红红粘土的成分、物理力学特征及其变变化规规律红粘土的主要工程性质与评价中国科学院研究生院工程地质学硕士课程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。因此，红土化过程同时也是脱硅富铝铁的地球化学 过程。红粘土的组成成分红粘土的组成成分中国科学院研究生院工程地质学硕士课程红粘土的矿物成分除仍含有一定数量的石英颗
7、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。中国科学院研究生院工程地质学硕士课程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。1、天然含水量高，一般为4060，高达90。红粘土的一般物理力学特征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。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4090k
8、Pa。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200300kPa。3、高塑性。液限一般为6080，高达110；塑限一般为40 60，高达90；塑性指数一般为2050。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。6、不具有湿陷性，其湿陷系数0.00040.00080.015。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4050。红粘土：虽然天然含水量高，孔隙 比很大
9、，但却具有较高的力学强度 和较低的压缩性生成环境及其相应的组成物质和坚 固的粒间连结特性。 原因中国科学院研究生院工程地质学硕士课程红粘土呈现高孔隙性首先在于其颗粒组成的高分散性， 是粘粒含量特别多和组成这些细小粘粒的含水铁铝硅氧 化物在地表高温条件下很快失水而相互凝聚胶结，从而 较好地保存了它的絮状结构的结果。因此，红粘土有较高的强度，主要是因为这些铁、铝、 硅氧化物颗粒本身性质稳定及互相胶结所造成的。特别 是在风化后期，有些氧化物的胶体颗粒会变成结晶的铁 、铝、硅氧化物，粒间连结强度大。另外，由于红粘土颗粒周围吸附阳离子成分主要为三价 铁和铝，这些铁、铝化的颗粒外围的结合水膜很薄，也 加强
10、了其粒间的连结强度。中国科学院研究生院工程地质学硕士课程红粘土的高天然含水量的原因： 颗粒高分散性，表面能很大，吸附了大量水分子。红粘土的高塑限值的原因： 土中孔隙是被强结合水(吸着水)所充填，而强结合水由 于受土颗粒的吸附力很大，分子排列很密，具有很大的粘滞 性和抗剪强度。 由于分布地区环境地表温度高，分布在山坡、山岭或坡 脚地势较高地段的红粘土，其地表水和地下水的排泄条件好 ，使土的天然含水量也只接近于塑限，使土体处于坚硬或硬 可塑状态。这些红粘土的组成成分及其粒间连结和含水特性，也是它所 以呈现高孔隙性和大孔性，而又不具有浸水湿陷性的主要原 因。已有资料分析知，红粘土本身的物理力学性质指
11、标又 有相当大的变化范围。以贵州省的红粘土为例： 天然含水量2588； 天然孔隙比0.72.4；液限36l25； 塑性指数1875；液性指数0.451.4； 内摩擦角231度，内聚力10140kPa，变形模量4 36MPa。其物理力学性质变化如此之大，承载力自然会有显著的差别。貌 似均匀的红粘土，其工程性能的变化却十分复杂，这也是红粘土 的一个重要特点。红粘土的物理力学性质变化范围及其规律性中国科学院研究生院工程地质学硕士课程1）在深度方向，随着深度的加大，其天然含水量、 孔隙比和压缩性都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑 可变为可塑、软塑以至流塑状态，因而强度则大幅度 降低。1m处的内聚力为19
12、0kPa，到11m则降为9kPa， 只及1m处的120。上硬下软。2）在水平方向，随着地形地貌及下伏基岩的起伏变 化，红粘土的物理力学指标也有明显的差别。在地势 较高的部位，由于排水条件好，其天然含水量、孔隙 比和压缩性均较低，强度较高，而地势较低处则相反 。在地势低洼地带，由于经常积水，即使上部土层， 其强度也大为降低。水平各向异性。中国科学院研究生院工程地质学硕士课程红粘土物理力学特征在空间上的变化规律由于红粘土中细粒粘土矿物含量高，且主要是以高岭 石、伊利石（少量的蒙脱石、绿泥石和水铝英石）为 主，塑性强，膨胀特性表现很弱或不明显。 但是，红粘土失水收缩的特性最明显。中国科学院研究生院工
13、程地质学硕士课程红粘土的胀缩特性红粘土失水收缩性而发育裂隙也是红粘土的一大特征。 坚硬、硬可塑状态的红粘土，在近地表部位或边坡地带， 往往裂隙发育，土体内保存许多光滑的裂隙面。裂隙对红粘土强度和稳定性的影响中国科学院研究生院工程地质学硕士课程确定红红粘土地基承载载力的几个原则问题则问题红粘土的主要工程性质与评价1、在确定红粘土地基承载力时，要随埋深变化的湿度和上 部结构情况，分别确定。因为红粘土物理力学特性变化范围 很大，即使同一成因和埋藏条件下的、红粘土的地基承载力 也有所不同。2、为了有效地利用红粘土作为天然地基，针对其强度具有 随深度递减的特征，基础宜尽量浅埋，把土层坚硬或硬可塑 状态的
14、土层作为地基的持力层，既可充分利用表层红粘土的 承载能力，又可节约基础材料，便于施工。中国科学院研究生院工程地质学硕士课程3、红粘土一般强度高，压缩性低，对于一般建筑物，地 基承载力往往由地基强度控制，不考虑地基变形。但由于同一建筑地基上各部分红粘土厚度和性质很不均 匀，从而形成过大的差异沉降，往往是天然地基上建筑 物产生裂缝的主要原因。此时，按变形计算地基对于合理地利用地基强度，正确 反映上部结构及使用要求具有特别重要的意义。同时，还须根据地基、基础与上部结构共同作用原理， 适当配合以加强上部结构刚度的措施，提高建筑物对不 均匀沉降的适应能力。中国科学院研究生院工程地质学硕士课程4、无论按强
15、度还是按变形考虑地基承载力，必须考虑 红粘土物理力学性质指标的垂直向变化，划分土质单 元，分层统计、确定设计参数，按多层地基进行计算 。 中国科学院研究生院工程地质学硕士课程关于红粘土地基承载力的确定方法，一般有： 用地基规范通过一定的物理指标查表； 通过载荷试验； 通过室内或野外剪切试验测定红粘土的抗剪强度指标，用强度公式计算； 按变形计算及利用已有力学指标同物理指标之间的相关分析资料或参考当地和附近建筑经验值近似求得。中国科学院研究生院工程地质学硕士课程确定红红粘土地基承载载力的方法思考题1.红土的定义是什么? 2.红土的分布特点是什么? 3.红土的一般工程特征是什么? 4.红土的组成成分有什么特点? 5.红土的一般物理力学特征有哪些? 6.红土物理力学性质变化规律是什么? 7.裂隙对红粘土强度和稳定性有何影响? 8.在确定红粘土地基承载力时，应按什么情况分别确定不同地区的 承载力? 9.在无冻胀影响地区、无特殊地质地貌条件和无特殊使用要求的情 况下，建筑基础宜尽量浅埋在什么地方? 10.对于一般建筑物，地基承载力往往由地基强度控制，而不考虑 地基变形。但是在什么情况下则必须考虑地基变形问题？ 11.红粘土地基承载力的确定方法有哪些？中国科学院研究生院工程地质学硕士课程
