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摘 要：巧家縣是金沙江白鹤滩水电站移民工程的安置区之一，其县城后山分布大面积的灰岩，表面覆盖厚薄不一的红黏土。研究总结红黏土的工程特性，效益和意义显著。本文以巧家县七里移民安置区为依托，从红黏土的分布特征、物理力学特性、工程效应等方面，总结本区域红黏土的工程特性。这对巧家县及其周边工程具有很好的借鉴和参考意义。
关键词：红黏土;胀缩性;地基承载力;工程效应
中图分类号：TU446 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）27-0069-03
Abstract： Qiaojia County is one of the resettlement areas for the resettlement project of Baihetan Hydropower Station on the Jinsha River. A large area of limestone is distributed in the back mountain of the county， and the surface is covered with red clay of different thickness.It is of great benefit and significance to study and summarize the engineering characteristics of red clay.Based on Qili resettlement area in Qiaojia County， this paper summarizes the engineering characteristics of red clay in this area from the distribution characteristics， physical and mechanical characteristics and engineering effects. It has a good reference for Qiaojia County and its surrounding projects.
Keywords： red clay;expansion and shrinkage;ground bearing capacity;engineering effect
1 前言
红黏土是指碳酸盐系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性黏土，其液限一般大于50%，上硬下软，具有明显的收缩性。次生红黏土指经再搬运后仍保留红黏土基本特征，液限大于45%小于50%的土[1]。根据以往的研究[2～3]，红黏土的工程特性与一般黏性土不同，具有高塑性、高含水量、高孔隙比、低密度，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性。
巧家县七里移民安置区是金沙江白鹤滩水电站巧家县9个移民安置区中的一个，位于巧家县白鹤滩镇干塘子一带，西与四川省宁南县隔江相望，南邻巧家县城，场区距巧家县城约4.5 km。分为5个居民区，共布置42幢15～17层居民楼。
巧家县七里移民安置区的红黏土为棕红色、紫红色覆盖于灰岩块石之上，部分区域建筑物和构筑物基础位于该土层上。分析总结红黏土的工程特性，对巧家及其周边工程有重要的意义。
2 基本地质条件
七里移民安置区所在山坡陡缓相间，后山分布高程930～1 120 m，为金沙江右岸剥蚀中山，斜坡地形为主，局部陡坡坡度30°～45°，场地分布高程825～930 m，场平前地形为缓坡台地，整体东高西低，地形起伏，坡度一般5°～15°，局部20°～30°，多为台坎状地形。场地前缘分布高程720～825 m，为缓坡地形，坡度15°～25°，分布大量耕地、民居;高程700～720 m为堆积扇、Ⅰ级阶地和河漫滩，构成金沙江凸岸。
场地地表第四系覆盖层深厚，厚度一般大于60 m，整体为崩坡积碎石土，碎块石母岩成分以灰岩和玄武岩为主。缓坡区域可见冲洪积黏土层和成分杂的砾石。
根据区域地质资料及周边勘察工作综合分析，小江断裂带北段（F12）从场地东侧附近通过，为隐伏发震断裂。场地内覆盖层分布范围广，地表大多被覆盖，构造揭露条件差，未发现明显的断裂、褶皱等地质构造发育迹象。
场地周边前缘北西侧水碾村共有大、小龙潭两处泉水出露点，两泉水点均位于陡坡坡脚，为崩坡积覆盖层内出露的下降泉，出露高程分别为810 m和790 m。场地内地下水以覆盖层内孔隙水为主，埋深在20～30 m。
3 红黏土分布特征
七里移民安置区红黏土主要覆盖于灰岩块石上，少部分覆盖于玄武岩块石上。主要分布在坡度小于10°的缓坡台地上，厚度在0.5～5.5 m，分布示意见图2。在七里四区东北侧可见两层红黏土，表层红黏土厚0.5～4 m，中部夹有灰黄色粉质黏土，下部又为红黏土厚度4～15 m，平均厚度约10 m。
红黏土的平均厚度不大，但厚度差异较大，与下部灰岩块石的性质有关，根据勘察表明，灰岩块石岩溶整体弱发育，地表出露部位多形成凹凸不平的溶蚀槽等。
4 红黏土物理力学特性
4.1 试验成果
本次初步勘察共取原状土样32组进行室内物理力学性试验，试验成果统计见表1。
4.2 物理特性
从表1中可以看出七里移民安置区红黏土的物理性质有以下特点。
①天然密度、土粒比重、孔隙比与一般黏性土差异不大，个别土样孔隙比偏高。
②高饱和度，最大可达96.4%，平均值在84%。
③高天然含水量，在22.8%～41.9%，平均值29.4%，比塑限还要高。 ④液性指数变化大，整体偏小，平均值在0.24，呈硬塑状态，少量呈可塑状，与含水比判断土的状态一致。按规范[1]红黏土的分类属于原生红黏土。
4.3 力学特性
从表1中可以看出七里移民安置区红黏土的力学性质有以下特点。
①压缩性不高，压缩系数a1-2一般在0.25～0.64 MPa-1，平均值0.44 MPa-1。压缩模量Es1-2一般3.42～7.36 MPa，平均4.67 MPa，按规范[3]分类为中压缩土或中等偏低压缩土。
②抗剪强度高，根据直接快剪试验资料，红黏土的凝聚力天然状态在32～48 kPa，标准值在38.4 kPa，饱和状态在30～45 kPa，标准值在34.7 kPa，饱和状态较天然状态减少2～4 kPa。
天然状态摩擦角在14°～17°，标准值14.8°，饱和状态12°～16°，标准值13.1°。饱和状态较天然状态减少1°～2°。
5 红黏土胀缩性
本次初步勘察共取原状土样3组进行自由膨胀率试验、膨胀率试验、收缩试验、膨胀力试验，试验结果见表2。
根据规范[4]和已有研究成果[5-6]，以自由膨胀率作为膨胀潜势等级的主要指标，辅以液限，塑性指数，胀缩总率，综合判定为红黏土具有弱膨胀土特性，分类代号为丁类。
七里移民安置区红黏土的胀缩性能表现为以缩为主，在天然状态下膨胀量微小，收缩量大，在0 kPa、50 kPa荷载下的膨胀率为负值。不同压力下胀限差别不大，与天然含水量较为接近。表明红黏土的矿物成分不具高亲水性，离子交换容量不高。
6 红黏土地基承载力特征值确定
地基承载力特征值确定的确定往往采用载荷试验或其他原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。本工程原位测试主要为标准贯入试验，地基承载力特征值的确定采用标准贯入试验和室内试验并结合地方经验综合提出。
本次勘察共进行了12组标准贯入试验，N在8～20击，根据规范[4]，查表确定地基承载力特征值220～300 kPa。
红黏土含水比aw为0.49～0.69和液塑比Ir为1.77～2.67，查阅手册[7]表4-5-96，地基承载力特征值为160～260 kPa。
考虑土体的不均匀性，地基承载力特征值建议值采用200 kPa。
7 红黏土工程效应
红黏土厚度变化大，土体内往往发育较多的网状裂隙，形成渗水通道，下部与灰岩接触部位水量富集，降低了土体的强度，一般愈往深处土体愈易变软。由于水流等作用，红黏土内部和下伏灰岩往往可见土洞和溶洞等，对工程影响大。红黏土另一特征胀缩特性，失水收缩开裂，遇水膨胀，容易造成上部建筑物、构筑物不均匀沉降和局部基础隆起破坏。
具体到本工程，红黏土厚度变化大，土体和下伏灰岩块石中未见土洞、溶洞，土体内裂隙轻度发育，仅在表层可见干缩裂缝。由规范[4]可知，巧家地区大气影响da为3.6 m，大气影响急剧层深度ds为1.7 m。因居民楼均采用桩基础，红黏土对其影响小。但部分地下车库拟采用浅基础，位于红黏土层上，可采用换填、砂石垫层、土性改良等方法进行处理。
①七里移民安置区红黏土土层变化大，局部可见双层红黏土，在地形平缓处厚度较大。
②红黏土具有高饱和度、高天然含水量，液限指数整体偏小，土体以硬塑状为主。
③红黏土壓缩性不高，抗剪强度高，饱和状态和天然状态差异小。
④红黏土具有弱膨胀土特性，胀缩性表现为以缩为主。
⑤红黏土工程性能差异较大，土体不均匀，综合确定地基承载力特征值建议值采用200 kPa。
⑥红黏土内未见土洞，下伏灰岩块石内未见溶洞，土层对居民楼影响小，对下车车库有影响，可采用换土、砂石垫层、土性改良等方法进行处理。
参考文献：
[1] 岩土工程勘察规范（GB 50021—2001）[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] 何毅东.关于红黏土的若干问题研究[D].南宁：广西大学，2007.
[3] 张静，陈剑平，王清.昆明红黏土工程地质性质研究[J].工程地质学报，2006（14）：82-85.
[4] 云南省住房和城乡建设厅.云南省膨胀土地区建筑技术规程（DBJ 53/T-83—2017）[S].昆明：云南出版集团公司云南科技出版社，2017.
[5] 周立新，黄晓波，常书义，等.膨胀土的判别与分类方法研究[J].工程勘察.2008（S2）：30-33.
[6] 王欢，凡超文，韩长玉.弱膨胀土膨胀性判别与分级方法研究[J].河南大学学报（自然科学版）.2019（2）：235-241.
[7] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[S].5版.北京：中国建筑工业出版社，2018.
关键词：红黏土;胀缩性;地基承载力;工程效应
中图分类号：TU446 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）27-0069-03
Abstract： Qiaojia County is one of the resettlement areas for the resettlement project of Baihetan Hydropower Station on the Jinsha River. A large area of limestone is distributed in the back mountain of the county， and the surface is covered with red clay of different thickness.It is of great benefit and significance to study and summarize the engineering characteristics of red clay.Based on Qili resettlement area in Qiaojia County， this paper summarizes the engineering characteristics of red clay in this area from the distribution characteristics， physical and mechanical characteristics and engineering effects. It has a good reference for Qiaojia County and its surrounding projects.
Keywords： red clay;expansion and shrinkage;ground bearing capacity;engineering effect
1 前言
红黏土是指碳酸盐系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性黏土，其液限一般大于50%，上硬下软，具有明显的收缩性。次生红黏土指经再搬运后仍保留红黏土基本特征，液限大于45%小于50%的土[1]。根据以往的研究[2～3]，红黏土的工程特性与一般黏性土不同，具有高塑性、高含水量、高孔隙比、低密度，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性。
巧家县七里移民安置区是金沙江白鹤滩水电站巧家县9个移民安置区中的一个，位于巧家县白鹤滩镇干塘子一带，西与四川省宁南县隔江相望，南邻巧家县城，场区距巧家县城约4.5 km。分为5个居民区，共布置42幢15～17层居民楼。
巧家县七里移民安置区的红黏土为棕红色、紫红色覆盖于灰岩块石之上，部分区域建筑物和构筑物基础位于该土层上。分析总结红黏土的工程特性，对巧家及其周边工程有重要的意义。
2 基本地质条件
七里移民安置区所在山坡陡缓相间，后山分布高程930～1 120 m，为金沙江右岸剥蚀中山，斜坡地形为主，局部陡坡坡度30°～45°，场地分布高程825～930 m，场平前地形为缓坡台地，整体东高西低，地形起伏，坡度一般5°～15°，局部20°～30°，多为台坎状地形。场地前缘分布高程720～825 m，为缓坡地形，坡度15°～25°，分布大量耕地、民居;高程700～720 m为堆积扇、Ⅰ级阶地和河漫滩，构成金沙江凸岸。
场地地表第四系覆盖层深厚，厚度一般大于60 m，整体为崩坡积碎石土，碎块石母岩成分以灰岩和玄武岩为主。缓坡区域可见冲洪积黏土层和成分杂的砾石。
根据区域地质资料及周边勘察工作综合分析，小江断裂带北段（F12）从场地东侧附近通过，为隐伏发震断裂。场地内覆盖层分布范围广，地表大多被覆盖，构造揭露条件差，未发现明显的断裂、褶皱等地质构造发育迹象。
场地周边前缘北西侧水碾村共有大、小龙潭两处泉水出露点，两泉水点均位于陡坡坡脚，为崩坡积覆盖层内出露的下降泉，出露高程分别为810 m和790 m。场地内地下水以覆盖层内孔隙水为主，埋深在20～30 m。
3 红黏土分布特征
七里移民安置区红黏土主要覆盖于灰岩块石上，少部分覆盖于玄武岩块石上。主要分布在坡度小于10°的缓坡台地上，厚度在0.5～5.5 m，分布示意见图2。在七里四区东北侧可见两层红黏土，表层红黏土厚0.5～4 m，中部夹有灰黄色粉质黏土，下部又为红黏土厚度4～15 m，平均厚度约10 m。
红黏土的平均厚度不大，但厚度差异较大，与下部灰岩块石的性质有关，根据勘察表明，灰岩块石岩溶整体弱发育，地表出露部位多形成凹凸不平的溶蚀槽等。
4 红黏土物理力学特性
4.1 试验成果
本次初步勘察共取原状土样32组进行室内物理力学性试验，试验成果统计见表1。
4.2 物理特性
从表1中可以看出七里移民安置区红黏土的物理性质有以下特点。
①天然密度、土粒比重、孔隙比与一般黏性土差异不大，个别土样孔隙比偏高。
②高饱和度，最大可达96.4%，平均值在84%。
③高天然含水量，在22.8%～41.9%，平均值29.4%，比塑限还要高。 ④液性指数变化大，整体偏小，平均值在0.24，呈硬塑状态，少量呈可塑状，与含水比判断土的状态一致。按规范[1]红黏土的分类属于原生红黏土。
4.3 力学特性
从表1中可以看出七里移民安置区红黏土的力学性质有以下特点。
①压缩性不高，压缩系数a1-2一般在0.25～0.64 MPa-1，平均值0.44 MPa-1。压缩模量Es1-2一般3.42～7.36 MPa，平均4.67 MPa，按规范[3]分类为中压缩土或中等偏低压缩土。
②抗剪强度高，根据直接快剪试验资料，红黏土的凝聚力天然状态在32～48 kPa，标准值在38.4 kPa，饱和状态在30～45 kPa，标准值在34.7 kPa，饱和状态较天然状态减少2～4 kPa。
天然状态摩擦角在14°～17°，标准值14.8°，饱和状态12°～16°，标准值13.1°。饱和状态较天然状态减少1°～2°。
5 红黏土胀缩性
本次初步勘察共取原状土样3组进行自由膨胀率试验、膨胀率试验、收缩试验、膨胀力试验，试验结果见表2。
根据规范[4]和已有研究成果[5-6]，以自由膨胀率作为膨胀潜势等级的主要指标，辅以液限，塑性指数，胀缩总率，综合判定为红黏土具有弱膨胀土特性，分类代号为丁类。
七里移民安置区红黏土的胀缩性能表现为以缩为主，在天然状态下膨胀量微小，收缩量大，在0 kPa、50 kPa荷载下的膨胀率为负值。不同压力下胀限差别不大，与天然含水量较为接近。表明红黏土的矿物成分不具高亲水性，离子交换容量不高。
6 红黏土地基承载力特征值确定
地基承载力特征值确定的确定往往采用载荷试验或其他原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。本工程原位测试主要为标准贯入试验，地基承载力特征值的确定采用标准贯入试验和室内试验并结合地方经验综合提出。
本次勘察共进行了12组标准贯入试验，N在8～20击，根据规范[4]，查表确定地基承载力特征值220～300 kPa。
红黏土含水比aw为0.49～0.69和液塑比Ir为1.77～2.67，查阅手册[7]表4-5-96，地基承载力特征值为160～260 kPa。
考虑土体的不均匀性，地基承载力特征值建议值采用200 kPa。
7 红黏土工程效应
红黏土厚度变化大，土体内往往发育较多的网状裂隙，形成渗水通道，下部与灰岩接触部位水量富集，降低了土体的强度，一般愈往深处土体愈易变软。由于水流等作用，红黏土内部和下伏灰岩往往可见土洞和溶洞等，对工程影响大。红黏土另一特征胀缩特性，失水收缩开裂，遇水膨胀，容易造成上部建筑物、构筑物不均匀沉降和局部基础隆起破坏。
具体到本工程，红黏土厚度变化大，土体和下伏灰岩块石中未见土洞、溶洞，土体内裂隙轻度发育，仅在表层可见干缩裂缝。由规范[4]可知，巧家地区大气影响da为3.6 m，大气影响急剧层深度ds为1.7 m。因居民楼均采用桩基础，红黏土对其影响小。但部分地下车库拟采用浅基础，位于红黏土层上，可采用换填、砂石垫层、土性改良等方法进行处理。
①七里移民安置区红黏土土层变化大，局部可见双层红黏土，在地形平缓处厚度较大。
②红黏土具有高饱和度、高天然含水量，液限指数整体偏小，土体以硬塑状为主。
③红黏土壓缩性不高，抗剪强度高，饱和状态和天然状态差异小。
④红黏土具有弱膨胀土特性，胀缩性表现为以缩为主。
⑤红黏土工程性能差异较大，土体不均匀，综合确定地基承载力特征值建议值采用200 kPa。
⑥红黏土内未见土洞，下伏灰岩块石内未见溶洞，土层对居民楼影响小，对下车车库有影响，可采用换土、砂石垫层、土性改良等方法进行处理。
参考文献：
[1] 岩土工程勘察规范（GB 50021—2001）[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] 何毅东.关于红黏土的若干问题研究[D].南宁：广西大学，2007.
[3] 张静，陈剑平，王清.昆明红黏土工程地质性质研究[J].工程地质学报，2006（14）：82-85.
[4] 云南省住房和城乡建设厅.云南省膨胀土地区建筑技术规程（DBJ 53/T-83—2017）[S].昆明：云南出版集团公司云南科技出版社，2017.
[5] 周立新，黄晓波，常书义，等.膨胀土的判别与分类方法研究[J].工程勘察.2008（S2）：30-33.
[6] 王欢，凡超文，韩长玉.弱膨胀土膨胀性判别与分级方法研究[J].河南大学学报（自然科学版）.2019（2）：235-241.
[7] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[S].5版.北京：中国建筑工业出版社，2018.