簡述紅粘土的工程地質性質
1. 紅粘土的物理性質
紅粘土為碳酸鹽岩系出露的岩石經紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高專塑性粘土。其裂隙發育,液屬限一般大於50,具有明顯的收縮性,但壓縮性低。經坡、洪積再搬運後仍保留其基本特徵,液限大於或等於45但小於50的紅粘土為次生紅粘土。礦物成分主要為高嶺石,並含一定量的蒙脫石和石英顆粒等,含水率為10%左右,孔隙比為0.5~0.7,干容重為16~17 kN/m3,塑性指數為1l~16。但是隨隧洞開挖其含水率不斷增加,一般為15%~22%,甚至有的洞段土體含水率達到塑限,天然壓縮系數a1-2=0.09-0.1 MPa-1,飽和壓縮系數a1-2-0.1~0.15 MPa-1,自由膨脹率為5%~20%。
2. 紅粘土的生成條件是什麼有何物理性質工程性質怎樣
紅粘土的形成:碳酸鹽岩系地區,經紅土化作用形成並覆蓋於基岩上的棕紅、褐黃等顏色的高塑性粘土。其液限大於或等於50%,上硬下軟,具明顯的失水收縮性,裂隙發育,原生紅粘土經再搬運,沉積後仍保留紅粘土的基本特徵,且液限大於45%的土稱為次生紅粘土。我國的紅粘土以貴州、雲南、廣西等省區最為發育,分布廣.
紅粘土成土環境:紅粘土的成土母質是第三紀紅色粘土,並被埋藏在黃土層下。由於強烈水土流失切割,覆蓋於其上的黃土層被侵蝕殆盡,紅色古土壤層出露地表。紅色粘土層質地粘重,吸水膨脹後水分難以下滲,加之所處地形部位坡度較大,每屆降雨形成地表徑流,水土流失嚴重,形成滑坡、瀉溜和崩塌等重力侵蝕。年復一年侵蝕循環,致使土壤發育微弱,因形成與黃土母質在形態特徵和理化性質上有很大差異的紅粘土。
紅粘土地區植被稀疏,成土作用微弱。表層僅有較薄而有機質含量低的腐蘊質層,在腐殖質組成中,胡敏酸的絕對含量和相對含量都低,多在0.02-0.098克每千克之間,胡富比多在0.4-0.5之間。紅粘土的生物作用微弱,具有紅色風化殼的殘留特徵。第三紀及第四紀紅色風化殼土體結構面上往往覆有棕黑色鐵錳膠膜,呈中性,或具石灰性反應。
物理性質:
礦物成分主要為高嶺石,並含一定量的蒙脫石和石英顆粒等,含水率為10%左右,孔隙比為0.5~0.7,干容重為16~17 kN/m3,塑性指數為1l~16。但是隨隧洞開挖其含水率不斷增加,一般為15%~22%,甚至有的洞段土體含水率達到塑限,天然壓縮系數a1-2=0.09-0.1 MPa-1,飽和壓縮系數a1-2-0.1~0.15 MPa-1,自由膨脹率為5%~20%。從上述物理性質指標判別N2紅粘土為低至中偏低壓縮性、非膨脹性土。
力學及變形特性
對N2紅粘土洞段取原狀土樣進行室內直剪、三軸剪,以及鄧肯E-μ模型的變形試驗,該土的抗剪強度較高,但是隨含水率的增加其抗剪強度降低較明顯。
工程性質:
該土種多為荒草地,植被稀疏,水土流失嚴重,缺水易旱。實行喬、灌、草結合,發展林、牧業生產。對宜墾為農用的要修築梯田,或修埂築堰,進行土地深翻,提高土壤的蓄水能力,並實行等高種植耐旱植物,增施有機肥、磷肥,實行糧-豆,糧-肥間作,養用結合,培肥地力。
1、陡坡地紅粘土侵蝕嚴重,應恢復和保護植被;已墾殖的陡坡耕地,應退耕種植林草,控制水土流失。
2、種植綠肥,增施有機肥,秸稈還田,科學施用磷肥,可有效地改善土壤的理化性狀。
3、復鹽基紅粘土的土體深厚,酸鹼度適中,鹽基飽和,礦質養分較豐富,是浙江沿海島嶼區重要土壤資源之一。利用狀況有三種;一是坡耕地,種植大麥、甘薯、玉米和夏類作物。二是林地,主要分布在大、中島嶼上,栽種黑松、毛竹,以黑松為主。黑松較抗風,又耐旱、耐瘠,適應性強。目前黑松占島嶼林種的93%,但宜間套闊葉樹,以防病蟲危害;三是灌叢草地,處於半荒蕪狀態,多分布於邊遠小島,而部分大、中島嶼近村莊處的山坡地亦有小面積的分布。
3. 簡述火成岩的工程地質性質
代表性的是花崗岩和玄武岩,花崗岩質地堅硬緻密、強度高、抗風化、回耐腐蝕、耐磨損、吸水性答低,美麗的色澤還能保存百年以上,是建築的好材料,但它不耐熱.
玄武岩其岩石結構常具氣孔狀、杏仁狀構造和斑狀結構,有時帶有大的礦物晶體,未風化的玄武岩主要呈黑色和灰色,也有黑褐色、暗紫色和灰綠色的.耐久性甚高,節理多,且節理面多成六邊形(在玄武岩熔岩流中,岩石垂直冷凝面常發育成規則的六方柱狀節理).且具脆性,因而不易採得大塊石料,由於氣孔和杏仁構造常見,雖玄武岩地表上分布廣泛,但可作飾面石材不多.
4. 洪積層各分帶的工程地質性質有何特點
洪積層的特徵:
(1)洪積層多位於溝谷進入山前平原、山間盆地、流入河流處。從專外貌上看多呈扇形屬;
(2)洪積物成分復雜,主要由上游匯水區岩石種類決定;
(3)在平面上,山口處洪積物顆粒粗大,多為礫石、塊石;向扇緣方向越來越細,由砂直至粘土。在斷面上,越往底部,顆粒越大;
(4)洪積物初具分選性和層理,洪積物有一定的磨圓度;
(5)具有一定的活動性。
5. 紅粘土的工程地質特性
紅粘土是熱帶、亞熱帶地區碳酸鹽岩類和玄武岩強烈化學風化作用的產物,在成因類型上屬於殘坡積粘土,是一種區域性特殊土。滇藏鐵路沿線的紅粘土主要分布於滇西北碳酸鹽岩分布區,是上新世以來古紅土化作用形成的紅色風化殼。在工程上,這些殘存的紅色風化殼可以構成鐵路路基和路塹邊坡,在雨季常產生滑坡、坍塌等地質災害,不僅導致交通中斷、威脅人身安全,而且在工程開挖或植被破壞的條件下,地表水作用往往導致嚴重的水土流失現象,因此常增加巨額的維修費用,鐵路工程建設中對該類問題必須給予足夠的重視。現以滇西北地區由碳酸鹽岩(石灰岩、白雲岩)化學風化而成的紅粘土為例,闡述其一般工程地質特性。
一、滇西北紅粘土的宏觀特徵
滇西北紅粘土主要以殘坡積成因為主,其厚度變化大,通常在地形舒緩地帶較厚。母岩成分以碳酸鹽岩(石灰岩、白雲岩)為主。滇西北紅粘土的宏觀特徵主要表現在以下方面:
(1)一般為紅褐、棕紅色。
(2)表層呈堅硬或硬塑狀態,具有乾燥收縮現象,粘土呈碎裂、碎屑狀。
(3)厚度一般小於7~8 m,個別地段厚度可達10~20 m,土層厚度變化很大,往往一尺之遙,厚度相差數米。在有植被覆蓋的地區,紅粘土通常是連續分布的。
二、紅粘土的物質組成
紅粘土的成因決定了其通常具有極高的分散性,高分散性也是紅粘土高塑性的原因之一。採用移液管全分散法對滇西北紅粘土進行粒度分析,結果表明滇西北紅粘土的主要粒度組成為粘粒,其中d<5 μm的粘粒含量最低為49.84%,最高為82.08%;d<2 μm的粘粒含量最低為48.6%,最高為81.52%(表12-11)。粘粒含量多少與紅土化程度有關,強紅土化的紅粘土(如鶴慶北衙、公雞石一帶),因強鐵鋁質膠結作用,粘土含量偏低。
表12-11 滇西北紅粘土的粒度組成測試結果
粘粒是滇西北紅粘土最主要的組成部分,而粘粒中的粘土礦物的成分和含量是影響其工程地質特性的主要因素。利用現代X-射線衍射法對滇西北紅粘土中的粘土礦物進行定量測試發現,紅粘土的粘土礦物組成取決於紅土化程度,即脫硅富鋁化程度。紅土化程度高的紅粘土以高嶺石為主,普遍含較多的蛭石,並伴生伊利石和綠泥石;紅土化程度低的紅粘土以伊/矇混層礦物(I/S)為主,且為中低混層比,伴生高嶺石、伊利石(表12-12,圖12-16)。
表12-12 滇西北紅粘土礦物成分定量測試結果
圖12-16 紅粘土的粘土礦物組成定量測試結果
通常,紅粘土的紅土化程度越低,其I/S混層礦物含量越高,因而其脹縮性越強,工程性質越差。在麗江以南,紅粘土中的粘土礦物主要以K為主,同時V含量也比較高,說明其紅土化程度較高;而麗江以北則以I/S混層礦物為主,說明其紅土化程度較低。這主要是由於麗江以南海拔比北部低、緯度也低,較為濕熱的北亞熱帶氣候環境為紅土化提供了有利的條件。可見,氣候條件是導致紅土化程度不一的主控因素。
值得指出,在紅土化程度高的紅粘土中普遍含有蛭石,這是由於隨著紅土化程度增高,伊利石、伊/矇混層礦物逐漸破壞或轉化,除了形成高嶺石外,還轉化為蛭石。以往認為紅粘土中蛭石是伊利石轉化的認識是不全面的。
三、紅粘土的工程地質特性
(1)物理性質和物理化學活性
室內土工試驗結果表明,滇西北紅粘土的物理和物理化學性質主要表現在以下方面:① 含水量較高,一般為30%~50%(表12-13)。② 乾重度低,一般低於17.6 kN/m3,反映了紅粘土具有高孔隙性。③ 高塑性,液限在69.22%~78.25%之間,塑性指數為33.90~34.78,為典型的高塑性粘土。④ 紅粘土的液性指數范圍位於0.11~0.24之間,含水比位於0.55~0.67,說明滇西北紅粘土在天然狀態下呈堅硬-硬塑態。⑤ 紅粘土的比表面積較大,一般為177.6~235.6 m2/g,與有效蒙脫石含量較高(10%~20%)和高分散性是一致的;紅粘土的pH值為6.53~6.96,屬微酸性。
表12-13 滇西北紅粘土的基本物性指標
(2)紅粘土的膨脹性和收縮性
以往對我國紅粘土膨脹性判別研究發現,有些紅粘土(如雲南蒙自紅粘土)具有顯著的膨脹性,但也確實有不少紅粘土的自由膨脹率小於40%,其主要原因在於粘土礦物組成的不同。滇西北以伊/矇混層礦物為主的紅粘土屬於膨脹性紅粘土,以中甸上吉沙紅粘土為代表,自由膨脹率達48%;以高嶺石為主的紅粘土屬於非膨脹性紅粘土,以麗江北溝羅紅粘土為代表,自由膨脹率為38%。
(3)紅粘土的力學性質
室內採用直剪儀對紅粘土樣品進行了不同狀態的直剪試驗(表12-14),並根據試驗結果得到了不同含水量條件下紅粘土樣品的剪應力τ與位移Δl的關系曲線(圖12-17)。從圖12-17可以看出:隨著含水量的增加,紅粘土的抗剪強度下降,特別是當其含水量超過其液限時,抗剪強度急劇下降,即使圍壓很大,其抗剪強度仍然很弱。
表12-14 滇西北紅粘土在不同狀態下的直剪試驗結果
圖12-17 滇西北紅粘土的剪應力(τ)與位移(Δl)關系曲線
綜上所述,紅粘土的成因決定了其高孔隙性、高塑性,不良工程性質決定其在開挖暴露和裸露環境下將產生強烈的體積收縮變形,相應地出現紅粘土碎裂化現象。在雨季特別是暴雨作用下,常造成地表沖刷、沖溝形成和石漠化現象,成為重要的環境問題。紅粘土的上述工程地質特性也可以充分說明紅粘土邊坡在雨季易於產生滑坡的原因。
6. 工程地質學的主要內容(作者:石證明)
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7. 簡述變質岩代表的岩石特徵及其工程地質性質
沉積岩(Sedimentary Rock) :沉積岩,又稱為水成岩,是三種組成地球岩石圈的主要岩石之一(另外兩種是岩漿岩和變質岩)。是在地表不太深的地方,將其他岩石的風化產物和一些火山噴發物,經過水流或冰川的搬運、沉積、成岩作用形成的岩石。在地球地表,有70%的岩石是沉積岩,但如果從地球表面到16公里深的整個岩石圈算,沉積岩只佔5%。沉積岩主要包括有石灰岩、砂岩、頁岩等。沉積岩中所含有的礦產,佔全部世界礦產蘊藏量的80%。相較於火成岩及變質岩,沉積岩中的化石所受破壞較少,也較易完整保存,因此對考古學來說是十分重要的研究目標。
沉積岩來自於岩石和有機物的碎片,叫做沉積物,在百萬年期間積聚成堆。這些緊密的岩石比火成岩更易彎曲。像沙,鹽,粘土,砂岩,炭和石灰石都是例子。
沉積岩是在地殼表層的條件下,由母岩的風化產物、火山物質、有機物質等沉積岩的原始物質成分,經搬運、沉積及其沉積後作用而形成的一類岩石。
沉積岩種類很多,其中最常見的是頁岩、砂岩和石灰岩,它們占沉積岩總數的95%。這三種岩石的分配比例隨沉積區的地質構造和古地理位置不同而異。總的說,頁岩最多,其次是砂岩,石灰岩數量最少。沉積岩地層中蘊藏著絕大部分礦產,如能源、非金屬、金屬和稀有元素礦產,其次還有化石群。
8. 試簡述沉積岩代表性岩石的特徵及其工程地質性質
沉積岩(Sedimentary Rock) :沉積岩,又稱為水成岩,是三種組成地球岩石圈的主要岩石之一(另外兩種是岩漿岩和變質岩)。是在地表不太深的地方,將其他岩石的風化產物和一些火山噴發物,經過水流或冰川的搬運、沉積、成岩作用形成的岩石。在地球地表,有70%的岩石是沉積岩,但如果從地球表面到16公里深的整個岩石圈算,沉積岩只佔5%。沉積岩主要包括有石灰岩、砂岩、頁岩等。沉積岩中所含有的礦產,佔全部世界礦產蘊藏量的80%。相較於火成岩及變質岩,沉積岩中的化石所受破壞較少,也較易完整保存,因此對考古學來說是十分重要的研究目標。
沉積岩來自於岩石和有機物的碎片,叫做沉積物,在百萬年期間積聚成堆。這些緊密的岩石比火成岩更易彎曲。像沙,鹽,粘土,砂岩,炭和石灰石都是例子。
沉積岩是在地殼表層的條件下,由母岩的風化產物、火山物質、有機物質等沉積岩的原始物質成分,經搬運、沉積及其沉積後作用而形成的一類岩石。
沉積岩種類很多,其中最常見的是頁岩、砂岩和石灰岩,它們占沉積岩總數的95%。這三種岩石的分配比例隨沉積區的地質構造和古地理位置不同而異。總的說,頁岩最多,其次是砂岩,石灰岩數量最少。沉積岩地層中蘊藏著絕大部分礦產,如能源、非金屬、金屬和稀有元素礦產,其次還有化石群。
9. 岩石的工程地質性質有哪些
岩石的工程地質性質包括物理和力學性質兩個方面。
岩石的主要物理性質版:
1、重量:用比重(2.4~3.3)和權重度(容重——岩石單位體積的重量)兩個指標表示。
岩石重度的大小,決定於岩石中礦物的比重、孔隙性及其含水情況。
2、孔隙性:孔隙的發育程度,用孔隙度來表示(孔隙的總體積與岩石的總體積之比)。其大小決定於結構和構造。
3、吸水性:反映岩石在一定條件下的吸水能力。其大小與岩石孔隙度的大小、孔隙的張開程度有關。
4、軟化性:是指岩石遇水後,它的強度和穩定性發生變化的性質。
5、抗凍性:指岩石抵抗因水結冰產生的體積膨脹力的能力。在高寒冰凍區岩石的抗凍性能較為重要。
岩石的主要力學性質
1、岩石的變形:用彈性模量(應力與應變之比)和泊松比(橫向應變與縱向應變之比0.2~0.4)兩個指標表示。
2、岩石的強度:指岩石抵抗外力破壞的能力,用岩石在達到破壞前所能承受的最大應力來表示。岩石的主要破壞形式有壓碎、拉斷和剪斷。常用的對應的強度指標是抗壓、抗剪、抗拉強度。
10. 簡述濕陷性黃土的基本工程地質性質
陷性黃土是一復種特殊性質制的土,其土質較均勻、結構疏鬆、孔隙發育。在未受水浸濕時,一般強度較高,壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕,土結構會迅速破壞,產生較大附加下沉,強度迅速降低。故在濕陷性黃土場地上進行建設,應根據建築物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度,採取以地基處理為主的綜合措施,防止地基濕陷對建築產生危害