水土作用模式下区域性红粘土的物理性质试验分析

王海湘 蒙东林 张金团 罗金连

（贺州学院，广西 贺州 542899）

1 引 言

红粘土是由碳酸盐岩在热带、亚热带湿热气候条件下经过物理、化学风化和红土化作用而形成的一种呈褐红、棕红等颜色的高塑性粘土[1]。红粘土属于区域性土体，主要分布在我国南方地区，比如海南、广西、贵州和云南等地区。海南广泛分布的红粘土，主要为花岗岩和玄武岩残积红粘土，其中花岗岩占全岛面积的39.97 %，分布在岛的南部和东南部；而玄武岩面积占全岛的27.30%[2]。近半个世纪以来，红粘土的工程性质一直是工程界研究的热点内容之一。随着国内西部大开发战略的实施，在西南、华南等红粘土分部地区工程项目建设力度不断加大，在工程建设项目中出现的种种工程地质事故导致建筑物沉降、失稳和倾斜等问题，加深了研究人员对红粘土的研究。

蓬莱位于海南省文昌市西南部，地理位置相对较偏僻，属低丘陵地，区域的建筑多为砖混结构和普通瓦房，根据课题组调研获悉该区域部分建筑物出现沉降、失稳和倾斜等问题。为了进一步研究该区域红粘土在水土作用模式下的物理特性，解决建筑物沉降、失稳和倾斜等问题，课题组收集了蓬莱地区的土体形成环境、气候条件、地形地貌等资料进行理论分析，并对高金、昌城、边寨、大山、上同、松田和石壁水库等典型土体进行采样并做试验研究。

2 蓬莱红粘土形成环境及外观特点

2.1 红粘土形成环境

蓬莱位于海南省东南部，气候特点为雨量多，湿度大，日照充足，气候温和，土地总面积为121平方公里，总人口1.8万人，地势西南高东北低，大部分为低丘陵地，平均海拔约150米，土体主要为玄武岩残积红粘土。晚第三纪中—上新世玄武岩在文昌蓬莱地区大面积分布[3]。该区域矿产资源丰富，现已探查的有玄武岩、红（蓝）宝石、铝矿、钴等矿藏，有全省最大的石料供应基地。随着外部环境的不断变化，红粘土呈现出的特性独具特色，对该区域生活和生产建设带来了较大的影响。

2.2 红粘土的外观特点

蓬莱独特的地理位置及特有的气象环境决定了该区域的红粘土与其他区域有所区别，其未受扰动部分土体面层较致密，土体呈块状分布，里层土体结构较密实，呈蠕状，空隙内有大量小颗粒；受扰动后土体面层较疏松，土体整体性较差，呈蜂窝和絮状结构。该区域红粘土的颜色主要呈红褐色、红棕色、红黄色(图1)。红粘土受扰动后（图1a），土体呈松散状态，整体结构性较差，颗粒间的孔隙比大，压缩性较强，稳定性弱。土体经过雨水及自然流水冲刷后未经搬运的残积土（图1b），由风化作用而形成的碎屑物质，土粒大小分布不均匀，较坚硬，强度相对较高。由于蓬莱地区地下水较丰富，有大量红粘土处于地下水位以下，处于地下水中的土体性质较特别，土体整体较疏松，较饱和，含沙量较大，粘性相对较弱（图1c为基坑开挖时从地下水位以下挖出的土体）。常规状态下的红粘土粘性较强，土粒较细，孔隙比较小，压缩性较弱（图1d为常规红粘土剖面图）。

图1 蓬莱地区红粘土实图Fi g. 1 Picture of red clay in Penglai

3 试验土体剖面与三大物理性质指标

3.1 试验土体剖面

课题研究的红粘土取自蓬莱镇高金、昌城、边寨、大山、上同、松田和石壁水库等地区。边坡剖面的坡顶距离地表大约有2米高，每层土层厚度为30cm，有的基岩裸露，土层岩性单一，全为粘土，无理层（如图2）。

图2 大山村采集土样剖面图Fi g. 2 The village of collecting soil samples section

3.2 试验过程

由于试验时间为夏季，蓬莱地区降雨量较大，土体的含水量相对晴天要高，本试验在水土作用模式下开展。课题组在每个采样点选取典型剖面取样(如图2)，将剖面分为6层，每层间距30cm；将剖面土层外表面20cm的土体去掉，利用环刀取土法在每层取三个样品(图3a-b)，测出土的湿密度并做好记录；将采集的样品用保鲜袋包装好，且贴上标签带回实验室，利用烘干箱等仪器测出土的含水率并做好记录(图3c)；将选择烘干的土样，利用比试瓶等仪(图3d)器测出土的土粒比重并做好记录；整理试验数据，进行数据分析。

图3 部分试验图片Fi g. 3 Part of the test image

3.3 土的三大物理性质指标

表1为在水土作用模式下不同采样点不同土层深度红粘土的湿密度、含水率和土粒比重的平均值表。

表1 红粘土不同土层的三大物理指标Table 1 Red clay of different soil layer three physical indicators

由上述成果可发现，①从地表到地下90cm处，土的湿密度逐渐变小，而超过地下90cm深度越往下土的湿密度越大，该区域土的湿密度为2.158～2.267g/cm3；②从表格中数据变化可见，该区域土中含水率为29.4%～42.7%，从表层30cm开始至地下180cm，越往地下土的含水率越大；③从地表至地下180cm，各层土粒比重值没有统一的变化规律，但数据都集中在0.619～0.639之间，土粒相对较均匀。

结语：通过对文昌蓬莱地区红粘土物理性质试验研究发现，该地区红粘土在水土作用模式下表现出以下几个特点：①土层厚度分布特性主要为西南薄东北厚，从地表到地下90cm处，土的湿密度逐渐变小，而超过地下90cm深度越往下土的湿密度越大；②土中含水率为29.4%～42.7%，从表层30cm开始至地下180cm，越往地下土的含水率越大；③土粒比重值都集中在0.619～0.639之间，土粒相对较均匀。

[1]王英辉,聂庆科,张全秀,梁书奇.广西靖西红粘土的变形和强度特性研究[J].工程地质学报,2009(4):551-556.

[2]李光范,夏小兵,杨舒.海口灵山红粘土改进Duncun-Chang模型研究[J].路基工程,2011(4):104-106.

[3]孙谦.琼北第四纪火山活动与岩浆演化[博士学位论文D].北京:中国地震局地质研究所,2003.

[4]金耀华等.土力学与地基基础[M],武汉:华中科技大学出版社,2013.09:41.

[5]金耀华等.土力学与地基基础[M],武汉:华中科技大学出版社,2013.09:107.

[6]贺 ,廖义玲,闫建,刘祥洋.贵州红粘土的含水性及指标特性探讨[J].水文地质工程地质,2009(2):104-111.

[7]王伍军,丁坚平,陈筠.红粘土土洞的形成及其电探异常特征的研究[J].贵州科学,1997(1):21-26.

[8]袁莉明.岩溶地区土洞的发育机制及治理[J].土工基础,2002(16):5-6.