基本介紹
- 中文名：紅粘土
- 外文名：red clay
- 顏色：褐紅色、棕紅色或黃褐色
- 實質：高塑性粘土
- 形成條件：亞熱帶溫濕氣候等
- 學科：地質學
形成條件,形成過程,成分,分布規律,物理性質,勘探,保護措施,
形成條件
1.岩性條件
在碳酸鹽類岩石分布區內，經常夾雜著一些非碳酸鹽類岩石，它們的風化物與碳酸鹽類岩石的風化物混雜在一起，構成了這些地段紅粘土成土的物質來源。故紅粘土的母岩是包括夾在其間的非碳酸鹽類岩石的碳酸鹽岩系。
2.氣候條件
紅粘土是紅土的一個亞類。紅土化作用是在炎熱濕潤氣候條件下進行的一種特定的化學風化成土作用。在這種氣候條件下，年降水量大於蒸發量，形成酸性介質環境。紅土化過程是一系列由岩變土和成土之後新生粘土礦物再演變的過程。
形成過程
紅粘土是指在濕熱氣候條件下，經歷了一定紅粘土化作用而形成的一種含較多粘粒，富含鐵、鋁氧化物膠結的紅色粘性土。紅粘土在形成過程中依次經歷了風化作用，微團粒化作用後期對微團粒改造的成土作用，當母岩經歷了這一完整的成土過程之後，現代意義上的紅粘土便形成了，並具有了特殊的工程地質特性。紅粘土形成過程敘述如下。
(1)風化作用
在風化過程中，岩石中暗色礦物（黑雲母、輝石、橄欖石等）不穩定，容易被氧化分解，形成高嶺石、三水鋁石及游離鐵質等；淺色礦物（石英、長石、白雲母等）也因風化作用形成了相應的風化產物，如高嶺石簇礦物、伊利石、蒙脫石、鹼的真溶液及矽膠等；岩石中含鐵的硫化物、氧化物、碳酸鹽等經氧化、碳酸化及水解作用後將形成游離鐵質及酸性水溶液。在酸性水介質中，游離鐵，鋁膠質、高嶺石等在靜電力作用下，聯結成多孔含水並為鐵（鋁）質所包裹，表面粗糙不平、呈不規則形狀的結構單元體。並且在酸性水溶液中，游離鐵、鋁質與矽膠會吸附在一起形成雙電層，通過結合水聯結成膠團，這種膠團便將結構單元體膠結成較大的集合體。另外，一些結晶礦物也因結晶作用而使結構單元體之間出現結晶聯結。由此便可逐級形成更大的集合體，從而形成高分散呈整體膠結狀態的塊狀紅粘土。
(2)微團粒化作用
上述呈整體膠結狀態的紅粘土當遇高溫乾燥的氣候條件時，其內部因失水收縮出現裂縫。降雨時，水沿裂縫滲透，並借薄膜水的傳遞楔入，使膠結聯結減弱。當然也不排除由於長期雨水浸泡，淋溶出的游離鐵、鋁、矽膠等又凝聚成新的膠結聯結，但若又遇乾燥天氣，這種新的膠結因土體的再次乾裂收縮很快便被破壞。隨著這種乾燥一降雨一乾燥氣候的循環往復，勢必使紅粘土向其結構單元體方向發展，而結構單元體因乾燥失水逐漸硬化，且這種硬化趨勢是不可逆的，於是這種作用的最終結果是使呈整體膠結的紅粘土塊體變成了由微細團粒與結構單元體組成的散粒紅粘土。
(3)成土作用
在中至晚更新世，由微團粒化作用形成的散粒紅粘土，不具備濕熱氣候條件，淋溶作用較弱，結構單元體經一定的固結壓密及少量的游離鐵、鋁、矽質等重新膠結，便形成現代意義上典型的以結構單元體為骨架通過結合水及接觸式膠結物聯結的蜂窩狀紅粘土，具有天然密度小，含水量高，孔隙比大，液、塑限高，壓縮性中至低，強度中至高的特性。相應地，把這種形成典型紅粘土的作用稱為紅粘土成土作用。如果這一成土時間較長，即在早至中更新世形成的散粒紅粘土，因經歷了濕熱天氣而受到較強的淋溶作用，並在長期的固結壓密作用下，形成結構單元體粒徑較小，密度大，連線力強的超固結紅粘土及網紋狀紅粘土。而對於晚更新世後期形成的殘積紅粘土來說，或紅粘土化作用還未結束，或被不斷剝蝕出露地表成為新紅粘土，結構單元體稜角分明，其間基本無聯結，具有乾燥疏鬆、易散落，工程性質易變化的特點。
成分
紅粘土是熱帶、亞熱帶濕熱氣候條件下的產物，風化程度高，礦物、化學成分變化強烈。碎屑礦物主要是石英和少量末風化長石；粘粒含量較多，粘土礦物以高嶺石類為主，伊利石含量較少；含一定量的針鐵礦和赤鐵礦，部分含有三水鋁石。化學成分以SiO2、Al2O3、Fe2O3為主，其他RO、R2O2含量很少，矽鋁比小，pH值低，有機質和可溶鹽含量極少，比表面積及陽離子交換容量較低，游離氧化物含量較高，尤其是游離氧化鐵含量(質量分數)占全鐵的50%～80%。總之，紅粘土是以親水性較弱的高嶺石和石英為主，活動性較低，有鐵質膠結的紅色粘性土。紅粘土的粒度成分與母岩關係密切，砂岩、礫岩、花崗岩殘積紅粘土的粒度粗，砂礫含量多，粘粒含量較少（20%～40%）；碳酸鹽類岩石和玄武岩殘積紅粘土，粒度細，粘粒含量多（40%～80%）。
分布規律
1.紅粘土分布的地域性
我國紅粘土主要分布在南方，以貴州、雲南和廣西最為典型和廣泛；其次，在四川盆地南緣和東部、鄂南、湘西、湘南、粵北、皖南和浙西等地也有分布。在西部，主要分布在較低的溶蝕夷平面及岩溶窪地、谷地；在中部，主要分布在峰林谷地、孤峰準平原及丘陵窪地；在東部，主要分布在高階地以上的丘陵區。
我國北方紅粘土零星分布在一些較溫濕的岩溶盆地，如陝南、魯南和遼東等地，多為受到後期營力的侵蝕和其他沉積物覆蓋的早期紅粘土。
2.紅粘土土性的變化規律
各地區紅粘土一般具有自西向東塑性和粘粒含量逐漸降低、土中粉粒和砂粒含量逐漸增高的趨勢。
3.紅粘土厚度變化規律
各地區紅粘土厚度不盡相同，貴州地區為3～6m；雲南地區一般為7～8m；湘西、鄂西和廣西等地為10m左右。
紅粘土的厚度變化與原始地形和下伏基岩面的起伏變化關係密切。分布在盆地或窪地中的紅粘土大多是邊緣較薄、中間增厚；分布在基岩面或風化面上的紅粘土厚度取決於基岩面起伏和風化層深度。當下伏基岩的溶溝、溶槽、石芽等發育時，上覆紅粘土的厚度變化極大，常出現咫尺之隔厚度相差10m之多的現象。
物理性質
紅黏土為碳酸鹽岩系出露的岩石經紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性黏土。其裂隙發育，液限一般大於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的紅粘土為次生紅黏土。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，乾容重為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，天然壓縮係數a1-2=0.09-0.1 MPa-1，飽和壓縮係數a1-2-0.1～0.15 MPa-1，自由膨脹率為5%～20%。
勘探
紅粘土地區勘探點的布置，應取較密的間距，以查明紅粘土厚度和狀態的變化。初步勘察勘探點間距宜取30～50m；詳細勘察勘探點間距，對均勻地基宜取12～24m，對不均勻地基宜取6～12m。厚度和狀態變化大的地段，勘探點間距還可加密。對不均勻地基，勘探孔深度應達到基岩。不均勻地基、有土洞發育或採用岩面端承樁時，宜進行施工勘察，其勘探點間距和勘探孔深度根據需要確定。當岩土工程評價需要詳細了解地下水埋藏條件、運動規律和季節性變化時，應在測繪調查的基礎上補充進行地下水的勘察、試驗和觀測工作。
