紅黏土對工程性質(zhì)的影響分析

梁樹文

摘要：文章以慶陽隧道工程中出現(xiàn)的紅黏土作為研究對象，分析紅黏土對工程性質(zhì)的影響。通過對紅黏土進(jìn)行實驗研究，研究紅黏土的基本物理性質(zhì)，然后再研究紅黏土的含水率不同對其力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：該地區(qū)的紅黏土是棕紅色的，由于該地區(qū)的地理環(huán)境不一樣，紅黏土的膨脹性屬于弱膨脹性;剪切強(qiáng)度和粘聚力隨著含水率的增大而減小，且當(dāng)含水率小于20%時，含水率的變化對剪切強(qiáng)度的影響較小。

關(guān)鍵詞：紅黏土;工程性質(zhì);含水率;剪切強(qiáng)度

中圖分類號：T0172.4⁺2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0029-03

紅黏土是碳酸鹽類巖石經(jīng)過化學(xué)物理作用所形成的粘性土，需要有合適的氣候條件和地質(zhì)條件才可以形成，比如其形成的必要條件就是潮濕、多雨和高溫。紅黏土是一種比較特殊的土，其物理性質(zhì)和力學(xué)性能也比較特殊。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，北方進(jìn)行了很多的工程項目開發(fā)，當(dāng)在開發(fā)過程中遇到紅黏土，就需要對紅黏土的工程性質(zhì)進(jìn)行研究分析?？辜魪?qiáng)度作為紅黏土的重要性力學(xué)性能，當(dāng)紅黏土的含水率有所變化時就會影響其力學(xué)性能，換言之，含水率是影響紅黏土的強(qiáng)度變化的主要因素-引。文章將針對慶陽隧道工程中遇到紅黏土進(jìn)行分析，分析紅黏土工程地質(zhì)性質(zhì)，然后通過實驗驗證不同含水率對紅黏土的力學(xué)性能的影響。

1慶陽隧道工程紅黏土的介紹

1.1紅黏土的工程地質(zhì)特征

紅黏土的組成顆粒非常小，并且排列整齊均勻，大部分的紅黏土顆粒小于0.002mm。紅黏土也包含著鐵質(zhì)或者鋁質(zhì)膠結(jié)礦物組成，其氧化物的成分較高。半倍氧化物中Fe2O3多于Al2O3。紅黏土之間的的礦物質(zhì)具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，是一種結(jié)晶格架，該結(jié)構(gòu)為層狀或者鏈狀，而且紅黏土中含有結(jié)合水，該結(jié)合水?dāng)?shù)量不一，所以紅黏土的具有比較高的含水率、孔隙率等。而且由于紅黏土的結(jié)構(gòu)組成不一樣，其力學(xué)性能也有較大的差別。

一般情況下，紅黏土的力學(xué)性能如下：塑性較高、分散性高、含水率較高、密度比較下、強(qiáng)度大、壓縮性質(zhì)低、收縮明顯。紅黏土的具有很弱的透水性，所以紅黏土的水量會很小，而且水量對混凝土不會具有腐蝕作用。

1.2慶陽隧道工程簡介

銀西鐵路慶陽隧道于2018年7月11日順利貫通，該隧道是國內(nèi)最長、斷面最大的紅黏土施工工程，是由中鐵隧道局集團(tuán)承建的，慶陽隧道全長14，其最大的開挖斷面是164.09m²，隧道工程中紅黏土就長達(dá)12.54km，紅黏土的長度在隧道長度中占用了90，創(chuàng)造了紅黏土長度和斷面最大的隧道工程記錄。

本隧道施工過程中，發(fā)現(xiàn)局部段落底板有隆起、膨脹現(xiàn)象，在施工過程中采取優(yōu)化開挖斷面（矢跨比）處理。出現(xiàn)該現(xiàn)象應(yīng)該是紅黏土膨脹性所影響的。表1為勘察階段和施工階段紅黏土的自由膨脹率平均值，從表中可以看出膨脹性參數(shù)勘察階段與正常開挖后紅黏土的膨脹性化學(xué)指標(biāo)幾乎沒有變化。因此，初步分析造成局部段落底板隆起等膨脹現(xiàn)象的原因在于紅黏土的含水率。

2含水率對紅黏土特性的影響

2.1實驗方式

實驗?zāi)康脑谟谘芯坎煌实募t黏土的工程性質(zhì)變化規(guī)律，能給同類隧道工程建設(shè)提供一定的參考依據(jù)。

制備紅黏土試樣時將其干密度控制在1.38g/cm³，然后按照含水率分別為10%，15%，20%，25%，30%，35%制備試樣，需要將每一個含水率的試樣制作成三個，因為會對含水率相同的試樣分別進(jìn)行加壓，壓力分別為100kPa、200kPa、300kPa。

2.2實驗結(jié)果

2.2.1含水率對剪應(yīng)力與位移的影響

從圖1可以看出，紅黏土的含水率對剪應(yīng)力與位移的關(guān)系影響是比較大的。從圖中可以看出當(dāng)含水率為20%時是一個分界線，當(dāng)含水率小于20%時，從曲線可以看出試樣曲線是剪切軟化型，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到300kPa時，剪切位移越來越大后，剪應(yīng)力時迅速變小了，最后才慢慢的穩(wěn)定。當(dāng)含水率大于20%時，從曲線可以看出試樣曲線是剪切硬化型，當(dāng)剪切位移比較小時，剪應(yīng)力增加比較快，剪切位移慢慢變大后，剪應(yīng)力慢慢趨于穩(wěn)定。這種現(xiàn)象主要產(chǎn)生的原因在于紅黏土中有基質(zhì)吸力，當(dāng)含水率較小時基質(zhì)吸力比較多，當(dāng)含水率較大時基質(zhì)吸力比較少。

2.2.2含水率對紅黏土粘聚力的影響

紅黏土的含水率不同，其粘聚力也會受到影響。圖2為含水率不同時，粘聚力的變化情況。從圖中可以看出含水率與粘聚力成反比關(guān)系，即當(dāng)含水率越來越大時，紅黏土的粘聚力越來越小，當(dāng)水率越來越小時，紅黏土的粘聚力越來越大。而且它們之間是非線性變化的。從圖2中還可以看出當(dāng)含水率小于20%時，含水率對粘聚力的影響較大，當(dāng)紅黏土的含水率大于20%時，含水率對粘聚力的影響較小。

2.2.3含水率對紅黏土抗剪強(qiáng)度的影響

圖3為含水率不同時紅黏土的抗剪強(qiáng)度的變化情況。從圖5可以看出紅黏土的抗剪強(qiáng)度和含水率是存在非線性關(guān)系的，當(dāng)含水率越來越大時，紅黏土的抗剪強(qiáng)度越來越小。而且當(dāng)含水率小于20%時，含水率的變化對紅黏土的抗剪強(qiáng)度的影響較小，當(dāng)含水率大于20%時，含水率的變化對紅黏土的抗剪強(qiáng)度的影響比較大。

3結(jié)語

慶陽隧道作為我國第一個紅黏土最長、斷面面積最大的隧道工程，對其進(jìn)行研究具有深遠(yuǎn)的意義。通過上文的分析，含水率對工程的膨脹現(xiàn)象有所影響，會影響紅黏土的力學(xué)性能。通過實驗研究得出含水率與剪切強(qiáng)度和粘聚力成反比關(guān)系，當(dāng)含水率小于20%時，含水率對剪切強(qiáng)度的影響比較小，含水率對粘聚力的影響較大，當(dāng)含水率大于20%，含水率對剪切強(qiáng)度的影響較大，含水率對粘聚力的影響較小。剪切強(qiáng)度與剪切位移成正比關(guān)系，當(dāng)含水率小于20%時，剪切應(yīng)力與剪切位移的曲線屬于剪切軟化型，當(dāng)含水率大于20%時，剪切應(yīng)力與剪切位移的曲線屬于剪切硬化型。希望文章中所述能夠?qū)ν惖乃淼拦こ唐鸬揭欢ǖ膮⒖甲饔谩?/p>