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广西红黏土土质特征及土性改良研究

蒋文宇  
【摘要】:由于地质及气候条件的差异,致使各地土壤红土化过程不同,不同地区的红黏土性质差异较大。针对目前红黏土的土质学特征与填筑性能之间关系研究较少的现状,本文对取自广西武鸣、桂林、柳州、来宾铁北、来宾来良等五种红黏土进行了基本物理力学、微观成分及结构、击实及填筑性能试验,揭示了处于不同红土化阶段的红黏土的工程特性,主要结论如下:(1)在所研究的红黏土中,武鸣、桂林土样与柳州、铁北、来良土样的物理性质在整体上差别较大,武鸣、桂林红黏土的胀缩性指标比柳州、铁北、来良的小,而对于渗透系数,武鸣、桂林红黏土要比柳州、铁北、来良的高许多。由于团粒化后,土体内部具有较大贮水的孔隙,所有的红黏土均具有较高的液限。(2)矿物成分分析表明:武鸣红黏土的矿物成分为高岭石、针铁矿、三水铝石等3种矿物;桂林红黏土的矿物成分为高岭石、针铁矿、三水铝石、石英等4种矿物;柳州、铁北、来良红黏土的矿物成分为高岭石、针铁矿、伊利石、石英等4种矿物,而且铁北取土剖面在靠近基岩的土层中还含有蒙脱石类的矿物,使得其自由膨胀率较高。通过扫描电镜(SEM)与能谱分析(EDS)相结合发现,由于所经历的红土化过程不同,同一种矿物在不同地点的红黏土中的微观形态是有差异的。(3)三水铝石是划分红土化阶段的重要标志性矿物,三水铝石的出现意味着已经进入红土化的最高阶段。石英的含量直接影响着硅铝比的大小,在一定程度上也反映出红土化的阶段(也即脱硅的程度)。当石英的含量较小时,则提示进入红土化的阶段可能也较高。武鸣、桂林红黏土中都含有三水铝石,并且石英的含量较低(武鸣不含石英),可以从整体上判断武鸣、桂林红黏土处于红土化的第三阶段,也即最高阶段——“富铝脱硅”阶段;而柳州、铁北、来良的红黏土并未含有三水铝石,且石英的含量比武鸣、桂林红黏土高,整体处于红土化的第二阶段——“富铁锰”阶段。武鸣、桂林红黏土的物理性质与柳州、铁北、来良红黏土相比,在整体上的明显差异,这主要是土体处于不同红土化阶段的结果。武鸣、桂林红黏土虽同属红土化的最高阶段,但综合分析了颗分、液塑限试验的结果后发现武鸣红黏土含有大量的铁质结核以及粉粒级的团粒,其团粒化作用明显强于桂林红黏土,其红土化程度比桂林红黏土更深,红土化作用更强。(4)红黏土的最大干密度主要受控于颗粒级配、矿物成分以及团粒化程度(即红土化的深度)。柳州、铁北、来良红黏土拥有较好的颗粒级配、较多的石英以及较低的团粒化程度,所以最大干密度较高。而武鸣、桂林红黏土与之正好相反,所以最大干密度较低。武鸣红黏土的红土化(团粒化)程度比桂林红黏土更深,但由于Fe的大量富集、Fe质结核的大量产生,武鸣红黏土的最大干密度反而比桂林的高。红黏土的CBR值受到试样最大干密度、膨胀量以及胶结物的影响。在红土化的早期,胶结物的胶结作用较弱,CBR强度主要受控于试样的干密度及膨胀量,柳州、铁北、来良红黏土具有相对高的最大干密度,因此CBR值大;在红土化的后期,胶结物的活性具有较为复杂的变化,一方面胶结物的含量增加引起胶结强度增强,但同时也可能产生老化导致胶结物活性降低,削弱胶结强度,表现为在处于同一红土化阶段的武鸣及桂林红黏土中,武鸣红黏土由于胶结物过度老化,导致其标准CBR值低于桂林红黏土。(5)通过改良试验研究,发现不同的红黏土掺砂后塑性指标及CBR强度的变化规律有较大差异,主要是因为不同红土化深度时胶结物老化的程度不同。红黏土随着掺石灰量的不断增加,强度不断增大,而塑性指标却维持在一定范围。对塑性指标的改良作用不明显,这是因为红黏土的主要储水结构为团粒内孔隙,掺石灰只是把小团粒连结成大团粒,对团粒内空间的体积影响不大。


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