结构连结对红粘土界限含水量可塑性的影响

【摘 要】红粘土是碳酸盐岩在热带、亚热带环境条件下的风化产物,也称为碳酸盐红色风化壳或碳酸盐岩红土,近年来与碳酸盐岩红色风化壳有关的环境与灾害问题日益突出,如水土流失、酸雨、土壤和水质污染以及工程地质稳定性等,在我国岩溶地区乃至世界亚热带岩溶地区都具有一定的代表性,引起了国内外学者的广泛重视.界限含水量是粘性土从一种稠度状态变成另一种稠度状态时的含水量,结构连接对红粘土界限含水量及可塑性有着明显的影响,含水量是控制粘性土稠度状态的必然因素,本文阐述了结构连接对红粘土界限含水量及可塑性的影响.

【关 键 词 】红粘土结构连接界限含水量可塑性

前言

界限含水量是粘性土从一种稠度状态变成另一种稠度状态时的含水量,也就是说,含水量是控制粘性土稠度状态的必然因素,随着含水量的变化,粘性土的稠度状态会发生变化.界限含水量也称稠度界限,在工程实践中,各种稠度界限中工程意义最大的是从半固态稠度过渡到稠塑状态塑限wp和从粘塑状态过渡到粘流状态的液限wl.当粘性土的含水量在这两个稠度界限范围内时,土处于塑态,具有塑性性质.只有粘性土才可处于塑态,具有可塑性.所谓可塑性就是指土在外力作用下可以揉搓成任意形态而不破坏土粒间的连结.可塑性的强弱是用上述两个界限含水量的差值来反映的,其差值越大,意味着粘性土处于塑态的含水量变化范围大,可塑性越强；反之,差值越小,可塑性越弱.

1．界限含水量的影响因素

界限含水量及可塑性受粘土中矿物成分、粒度特征、介质性质的影响.矿物成分是决定粘土可塑性的最主要的因素.红粘土的矿物成分主要有粘土矿物、碎屑矿物及游离氧化物,其中又以粘土矿物最为主要,占了50%～80%,这些粘土矿物的界限含水量及可塑性都是非常高的（表1）,这就决定了红粘土的高塑性及高界限含水量.但若就凭这一点来评价红粘土的可塑性,它和其它粘性土地没有什么区别的.我们知道,在红粘土中,碎屑矿物颗粒较粗大,是刚性颗粒,不具可塑性,而游离氧化物也几乎没有可塑性（表1）.按常理来说,这些矿物组合在一起形成的土体,其可塑性应该比纯粘土矿物的高,而塑限无明显变化（表4-4）,这正是红粘土界限含水量及可塑性的特殊之处,它也正好说明,红粘土中的矿物成分不是简单地组合在一起的,而是相互之间有一定的作用关系,此作用关系就是红粘土微结构的结构连结.

2．红粘土中氧化铁对液塑限的影响

对比表1和表2,我们发现,红粘土的液限及塑性指数要比组成它的纯粘土矿物（高岭石、绿泥石等）相应的指标高出10～30%,而塑限没有发生明显变化.有人（孔令伟等,1993）曾经作过红粘土除铁后其可塑性变化的试验,结果表明红粘土除铁后其液限及塑性指数都降低到了与纯粘土矿物相应指标相当的水平,而塑限没有发生明显变化.这表明,红粘土中游离氧化铁的胶结对其液限及可塑性特征产生了明显影响.

在很多研究中,认为起胶结作用的游离氧化铁主要是以包膜形式分布在粘土矿物粒团周围,对粘土矿物粒团起到牢固的胶结作用,使其成为独立的力学单元参加土体的力学行为.这样的粒团是水稳性的,同时,它不是刚性颗粒,而是可以产生一定塑性变形的弹塑性颗粒.由于粘土矿物粒团的可塑性,才使得红粘土也表现了很好的可塑性.

3．红粘土去铁率对液塑限和塑性指数的影响

红粘土的天然含水量一般介于塑限与液限之间,在没有受到外界环境因素变化影响的情况下,我们认为这个含水量是红粘土对水吸附平衡的.含水量的变化将破坏这一原始的平衡状态,当水份蒸发,含水量减少,土体发生收缩变形时,游离氧化铁包膜的胶结作用将不对这一变化产生明显影响,红粘土的可塑性将表现为和没有铁质胶膜时的差不多.因此,红粘土的塑限和纯粘土矿物的塑限相当.相反,当红粘土吸水,而使含水量超过原始的含水量平衡状态时,铁质胶膜的胶结作用将对其产生抑制作用.由于粘土矿物粒团内部及粒团之间都有比纯粘土矿物堆积时颗粒之间连结要强的连结力,只有红粘土颗粒吸收更多的水分时,它才会表现出与纯粘土矿物一样的流动状态,因此,红粘土的液限要比纯粘土矿物的高.当用风（烘）干土体作液限试验时,其液限值一般要比用天然土测得的结果偏低5～15%,这进一步说明,游离氧化铁的胶结作用对红粘土液限的影响,土体在失水收缩后,土体颗粒之间的结构连结或多或少受到了破坏,使得用其测出的液限值更加接近于纯粘土矿物的液化气限值.

塑性指数是用液限和塑限的差值(图1-图3)来表示的,其表达式为：

Ip等于WI-Wp

红粘土去铁率与液塑限、塑性指数的关系图（横坐标为去铁率）

4．结语

综上所述,红粘土与纯粘土矿物相比,红粘土的Wp没产生明显变化,而Wl明显增加了,所以,Ip也明显增加了.Ip的增加,说明红粘土有更强的可塑性.

关于游离氧化铁对红粘土液塑限及可塑性的影响,这里只是提出论点和作了初步分析,关于深层次的影响还有待进一步的实验分析验证.