梁樹(shù)文

摘要：文章以慶陽(yáng)隧道工程中出現(xiàn)的紅黏土作為研究對(duì)象，分析紅黏土對(duì)工程性質(zhì)的影響。通過(guò)對(duì)紅黏土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)，含水率的變化對(duì)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(lèi)號(hào)：T0172.4⁺2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）10-0029-03

紅黏土是碳酸鹽類(lèi)巖石經(jīng)過(guò)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(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，北方進(jìn)行了很多的工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，當(dāng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到紅黏土，就需要對(duì)紅黏土的工程性質(zhì)進(jìn)行研究分析。抗剪強(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(shí)就會(huì)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(duì)慶陽(yáng)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證不同含水率對(duì)紅黏土的力學(xué)性能的影響。

1慶陽(yáng)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(huì)很小，而且水量對(duì)混凝土不會(huì)具有腐蝕作用。

1.2慶陽(yáng)隧道工程簡(jiǎn)介

銀西鐵路慶陽(yáng)隧道于2018年7月11日順利貫通，該隧道是國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)、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(yáng)隧道全長(zhǎng)14，其最大的開(kāi)挖斷面是164.09m²，隧道工程中紅黏土就長(zhǎng)達(dá)12.54km，紅黏土的長(zhǎng)度在隧道長(zhǎng)度中占用了90，創(chuàng)造了紅黏土長(zhǎng)度和斷面最大的隧道工程記錄。

本隧道施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)局部段落底板有隆起、膨脹現(xiàn)象，在施工過(guò)程中采取優(yōu)化開(kāi)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(kāi)挖后紅黏土的膨脹性化學(xué)指標(biāo)幾乎沒(méi)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(duì)紅黏土特性的影響

2.1實(shí)驗(yàn)方式

實(shí)驗(yàn)?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(lèi)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(shí)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(gè)含水率的試樣制作成三個(gè)，因?yàn)闀?huì)對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1含水率對(duì)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(duì)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(shí)是一個(gè)分界線，當(dāng)含水率小于20%時(shí)，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(shí)，剪切位移越來(lái)越大后，剪應(yīng)力時(shí)迅速變小了，最后才慢慢的穩(wěn)定。當(dāng)含水率大于20%時(shí)，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(shí)，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(shí)基質(zhì)吸力比較多，當(dāng)含水率較大時(shí)基質(zhì)吸力比較少。

2.2.2含水率對(duì)紅黏土粘聚力的影響

紅黏土的含水率不同，其粘聚力也會(huì)受到影響。圖2為含水率不同時(shí)，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(lái)越大時(shí)，紅黏土的粘聚力越來(lái)越小，當(dāng)水率越來(lái)越小時(shí)，紅黏土的粘聚力越來(lái)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(shí)，含水率對(duì)粘聚力的影響較大，當(dāng)紅黏土的含水率大于20%時(shí)，含水率對(duì)粘聚力的影響較小。

2.2.3含水率對(duì)紅黏土抗剪強(qiáng)度的影響

圖3為含水率不同時(shí)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(lái)越大時(shí)，紅黏土的抗剪強(qiáng)度越來(lái)越小。而且當(dāng)含水率小于20%時(shí)，含水率的變化對(duì)紅黏土的抗剪強(qiáng)度的影響較小，當(dāng)含水率大于20%時(shí)，含水率的變化對(duì)紅黏土的抗剪強(qiáng)度的影響比較大。

3結(jié)語(yǔ)

慶陽(yáng)隧道作為我國(guó)第一個(gè)紅黏土最長(zhǎng)、斷面面積最大的隧道工程，對(duì)其進(jìn)行研究具有深遠(yuǎn)的意義。通過(guò)上文的分析，含水率對(duì)工程的膨脹現(xiàn)象有所影響，會(huì)影響紅黏土的力學(xué)性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(shí)，含水率對(duì)剪切強(qiáng)度的影響比較小，含水率對(duì)粘聚力的影響較大，當(dāng)含水率大于20%，含水率對(duì)剪切強(qiáng)度的影響較大，含水率對(duì)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(shí)，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(shí)，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?lèi)的隧道工程起到一定的參考作用。