第３４卷　第６期　２Ｏ１０年１２月　武汉理工大学学报（交通科学与工程版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）　

Ｖ０１．３４　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２０１０　

武广客专红粘土变形特性及形成机理研究＊　余敦猛＂　杨果林　方　薇　（巾冶集团武汉勘察研究院有限公司　武汉４３００８０）　（中南大学土木建筑学院　长沙４１００７５）１）　

摘要：对武广客运专线沿线红粘土进行了变形特性研究，结合室内试验，考察了该地区红粘土的应　力应变特性、固结变形特性和胀缩变形特性，发现该地区红粘土具有典型红粘土的超固结性，固而　不密、同结反剖面特性，中等压缩性，其膨胀性较小而收缩性较强．讨论了红粘土变形特性的形成　机理．　关键词：红粘土；固结变形；胀缩变形；形成机理　中图法分类号：Ｕ２１３．１　ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—２８２３．２０１０．０６．０００　

红粘土是碳酸盐岩在热带、亚热带湿热气候条　件下经过物理、化学风化和红土化作用而形成的一　种呈褐红、棕红及黄褐等颜色的高塑性粘土．由于　红粘土的特殊性，红粘土地段常常发生诸如路基沉　陷和边坡失稳等病害，给人民生命财产和社会经济　造成巨大损失．武广客运专线武汉至韶关段分布有　长达１００　ｋｍ的红粘土，在修筑路基和开挖边坡时　常会遇到一系列红粘土变形方面的问题，因此，对　武广客运专线沿线红粘土的变形特性进行研究也　就显得十分迫切和必要．本文从红粘土的应力应　变关系、固结变形和胀缩变形３个方面来研究红粘　土的变形特性，并讨论了红粘土变形特性的成因，　对于如何减小红粘土的变形、确保相关工程的安全　顺利进行提出了若干应对措施．　

１　红粘土的应力一应变特性　１．１红粘土应力一应变关系　由图１可知，红粘土的应力一应变关系呈非线　性．红粘土的应力一应变曲线陡峭段的应变较小，　而对应的应力增幅较大，但随后的平缓段对应的　应变较大，而应力增长较小．这表明，在应力作用　下，达到结构强度后产生的应变远大于土体挤密　所产生的应变，即第二阶段变形远大于第一阶段　的变形＿１　．　

．　ｊ】】】ｊ　

轴向应变／％　轴向应变／％　ａ）咸宁工点　ｂ）泉口工点　

１　红粘土固结排水剪应力一应变曲线　１．２红粘土的体积应变一轴向应变关系　由图２可知，红粘土的体积应变轴向应变关　系呈非线性，均有明显的拐点，在起始阶段各围压　下红粘土的体积应变轴向应变曲线基本一致，这　说明该红粘土具有相同的初始应力状态，初始变　形状态相同．随着围压增大，体积变形也相应增　大．各围压下，红粘土在剪切的初始阶段都是剪　缩，但过了拐点以后体积变化出现了波动，出现剪　胀现象，有的土体体积应变在达到某一固定值后　便不再随轴向应变增加而发生变化．　在第一阶段变形中，由于红粘土的结构没有　破坏，红粘土在剪切过程中不会发生土颗粒的旋　转、错动等现象，所以是剪缩的，即图２中拐点之　前陡峭段对应的体积应变．在第二阶段的变形中，　由于土体结构已经破坏，在受到挤压后，一些土颗　粒必须脱离原来的位置，绕过前面的颗粒产生错　动滑移，这时土体便可能出现剪胀现象．　

收稿日期：２Ｏ１　Ｏ　Ｏ９—２Ｏ　余敦猛（１　９８３）：男，硕士生，主要研究领域为路基和边坡工程　国家自然科学基金资助项目（批准号：５０７７８１８０）、铁道部科技研究开发计划项目（ｔｉｔ准号：Ｚ００５Ｋ００２一Ｐｒ２一１）资助　

一　一　武汉理工大学学报（交通科学与工　版）　２Ｏ１０年第３４卷　０（）　０　：｛　６　９　ｌ　２　ｌ　５　１　８　

轴向应变　

ｈ）成宁２　

图２红枯士的体影｛／、Ｚ变轴向皿变关系曲线　２　红粘土的固结变形特性　固结是土的＿ｊ　性质的一个重要方面，与建　筑的稳定和沉降钉密七ＪＪ的关系．伴随着吲结过程，　土体内部的颗粒排列不断凋整，粒间的应力不断　改变，使土体强度增强．　固结变形指标主要是迎过压缩曲线反映ｆ｝ｊ来　的．根据武广客运专线沿线成宁和泉口两个工点　的试样的固结试验结果，绘制红粘土的　—ｌｇ　压　缩曲线如图３所示．由图３可知．在压缩的初始阶　段，即固结压力小于先期固结压力　时，　～ｌｇ　

缩曲线并没有像一般粘性土那样出现直线段。而　当固结压力超过先期固结压力　后，红粘土的压　缩曲线（　—ｌｇ　ｐ）呈线性关系．利用双对数法＿＿２　，固　结压缩曲线则可以很好地用两条直线表示，如图　４所示．对应于２条直线交点的应力即为“先期固　结压力　”．武广客运专线红粘土固结变形的压　缩系数及固结压力等指标分别见表１和２．此外，　为了更完整地认识红粘土的剖面特性，表３给出　了其含水量、孔隙比和液／塑限随深度的变化关　系．　

压　表Ｊ　红粘土固结变形的主要指标　工点　取土深度Ｈ／ｍ　先期围结压力声　／ｋＰａ　上覆土层压力声。／ｋＰａ　超固结比ＯＣＲ　第６期　余敦猛，等：武广客专红粘土变形特性及肜成机理研究　表３红粘土各指标的剖面分布特征　深度／ｍ　咸　宁　泉　口　含水舒／　孔隙比　液／塑限（　）　含水量／　孔隙比　液／塑限（　）　３～４　ｄ～５　６～７　９～１Ｏ　１　０～１１　１　２～１３　２７．４Ｏ　２８．２２　２９．６３　３２．４０　３５．２４　３７．３３　Ｏ．７５４　０．７８３　０．８ｌ３　Ｏ．８９Ｏ　０．９４８　０．９９８　３２．ＯＯ　３２．４３　３２．９Ｏ　３３．４７　３３．９２　３８．６９　Ｏ．８３２　Ｏ．８４０　０．８５５　Ｏ．８７６　０．９１４　Ｏ．９６５　

４０．５／２６．３　４１．４／２５．２　４１．２／２５．３　４０．３／２４．３　４０．２／２０．７　３９．２／２１．４　试验研究发现：（１）红粘土的先期固结压力　大，原状土的Ｐ　值在２６２～３７０　ｋＰａ之间，且远大　于上覆土层的自重压力．固结试验证实了红粘土　是超固结性土；（２）固而不密和反剖面特征．固而　不密特征是指红粘土是超固结性的，但其孔隙比　又较大．２个工点试验的红粘土的先期固结压力　Ｐ。及超固结比ＯＣＲ随剖面向下有规律的递减，　即“固结反剖面特征”，而且这种“反向”具有突变　性．此外，表３表明孔隙比随着埋深的增加而增　大，这也是与一般粘土相反的．反剖面特征有力地　说明了红粘土“上硬下软”的工程特性．（３）由表１　可知，红粘土的压缩系数平均值在０．２２～０．２６　ＭＰａ　之问，为中等压缩性土．压缩指数平均值在　０．１３７～Ｏ．１４ｌ之间，高于老粘性土．单从红粘土　的压缩变形参数来看，并不能表明他与其他土类　有多大的不同，但若与其高孔隙性、高液限、高塑　性等对应起来看，红粘土就具有自身特有的变形　特征，即在很高的孔隙比下具有中压缩性特征．　

３　红粘土的胀缩变形特性　３．１红粘土胀缩特性　红粘土的胀缩参数指标平均值见表４所列．　两个工点红粘土的无荷膨胀率均在２．５　以下，　自由膨胀率也都小于４Ｏ　，膨胀性不大．红粘土　的膨胀力小于２２　ｋＰａ，由于实际工程中路基土体　承受的荷载一般都大于２２　ｋＰａ，故其膨胀对工程　破坏较小．此外，红粘土的体缩率大于１８．４０　，　线缩率大于１．４６　．收缩系数在０．２８～０．３５之　间，缩限在１６．９０～１７．Ｏ０之间．　

表４红粘土的胀缩变形参数　

如果按膨胀指标给红粘土分类（自由膨胀率　小于４０　为非膨胀土），那么２个工点的红粘土　均不是膨胀土．但如果按收缩指标划分（体缩率在　１６　～２３　属于中等膨胀土），那么又都属于中等　膨胀土的范畴．因此红粘土具有特殊的胀缩特点，　即：虽然其膨胀性微弱，但有着较强的收缩性．　３．２　红粘土胀缩变形的时程特性　如图５，红粘土的膨胀变形曲线可以分为３　个阶段：（１）直线匀速膨胀阶段．这个阶段持续时　问较短，但变形量较大，约占整个膨胀变形量的　７０　，实际工程中红粘土吸水变形也主要发生在　这个时间段内；（２）外凸弧线减速膨胀阶段．这一　阶段的膨胀变形中，外凸弧线的曲率明显增大，膨　胀速率变缓，但这一阶段的膨胀持续时间明显增　长．相比直线剧烈膨胀阶段，这一阶段的膨胀量比　较小，约占整个膨胀变形量的２５　左右；（３）直线　缓慢膨胀阶段．这一阶段的膨胀曲线近似水平直　线，膨胀变形量非常小，占整个膨胀变形量的５　以内，但这一阶段的持续时间非常长，占整个膨胀　时间的一半以上．第一阶段膨胀变形发生在浸水　表面，吸力较大，吸水较快，膨胀速率较高；随着水　分由于毛细作用深入土体内部，土水交界面面积　扩大，土体开始完全膨胀，进人第二阶段外凸弧线　减速膨胀阶段；随着土体水分的增加，土体内吸力　逐渐降低，吸水速度减小，土体的膨胀速率也降　低；进入直线缓慢膨胀阶段，直至土体完全吸水饱　和，土体膨胀变形达到稳定．需要说明的是，以上　三个阶段问的界限不是绝对的，而是为了方便描　

十泉口膨胀曲线一咸宁膨胀曲线　十咸宁收缩曲线十泉口收缩曲线　

图５红粘土的胀缩时程曲线　

３　６　Ｏ　８　７　Ｏ　●　■　●　●　●　●　４　８　Ｏ　５　４　８　２　２　３　２　３　２　／／／／／／　０　８　８　５　９　９　●　●　●　●　■　●　７　８　１　６　５　６　０　５　６　６　６　６