尤英鋒，張 洪

(1.貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院，貴州 貴陽 550081，2.貴州地環(huán)工程有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 前言

紅粘土在我國南方分布廣泛，它的分布有很明顯的地域性。在貴州省內，紅粘土主要分布在貴陽市貴陽盆地、遵義地區(qū)、六盤水巖溶盆地、安順、興義、銅仁及黔南地區(qū)等。文章通過對紅粘土微觀結構的研究，并對大量實驗數(shù)據(jù)進行分析，得出孔隙指標的區(qū)域性分布的規(guī)律，對進一步研究紅粘土的物理性質有著一定的意義。

2 貴州紅粘土的孔隙特征及其指標

2.1 貴州紅粘土的孔隙特征

紅粘土的孔隙特征一是孔隙極發(fā)育，是高孔隙粘土，二是孔隙具有兩個層次。根據(jù)掃描電鏡資料的研究證實，紅粘土微結構是一種復雜的二重空間結構。這種二重空間結構可以劃分為兩個微結構的層次，即一種為粘土礦物粒團組成的基本結構單元，另一種是由這種結構單元組合起來，再通過單元與單元之間的結構連接，構成復雜的總體結構，而有粘土礦物粒團組成的基本結構占據(jù)二重空間結構的主要地位(高國瑞，1985)。相對應的，紅粘土存在兩種結構連結：一種為粒團內粘土礦物顆粒之間的連結和粒團之間的結構連結。而紅粘土中的孔隙類型也可相對應的分為兩種類型(圖1a、b所示)，即粒團內孔隙和粒團間孔隙(粒團即有的學者所稱的聚集體)(廖義玲等，2004)。

紅粘土粒團內的孔隙非常發(fā)育，約占孔隙總體積的四分之三以上，孔隙半徑非常小，呈封閉或是半封閉狀態(tài)，受到壓力之后，孔隙相對穩(wěn)定，是具有“惰性”的孔隙，這種“惰性”孔隙數(shù)量非常多，也是這種孔隙讓紅粘土具有與其它土類不同的物理力學性質(李景陽等，2002)。

紅粘土中的粒團間的孔隙半徑則較大，體積在土中孔隙總體積中則不到四分之一，這類孔隙受到外力作用時容易發(fā)生變化，是活性孔隙，可影響土的變形性能(李景陽等，1995)。

2.2 貴州紅粘土的孔隙性指標

圖1 紅粘土的微觀結構電鏡照片

圖2 貴州地區(qū)紅粘土孔隙比分布圖

圖3 貴州地區(qū)紅粘土孔隙率分布圖

表1、表2為根據(jù)SPSS統(tǒng)計軟件分析的貴州省七個地區(qū)孔隙比與孔隙率的結果。據(jù)表1所示，在貴州省的七個地區(qū)中，紅粘土的孔隙比均值均大于1.0，超出了一般土的天然孔隙比常見值范圍，紅粘土的孔隙比相對于其他土來說具有特殊性。從整體來看，方差與標準差值都比較小，說明各個地區(qū)的孔隙比的離散程度較低，較為集中；變化范圍對于該指標來講較大，說明孔隙比的值分布不穩(wěn)定；從偏度來看，畢節(jié)、銅仁及貴陽的偏度值接近0，說明這三個地區(qū)的孔隙比值更接近正態(tài)分布；從峰度值來講，只有畢節(jié)地區(qū)大于0，說明其孔隙比值集中在平均數(shù)周圍，呈陡峭正態(tài)分布，其他地區(qū)孔隙比則分布較分散，呈平緩正態(tài)分布。

表1 貴州地區(qū)紅粘土孔隙比的統(tǒng)計分析結果

表2 貴州地區(qū)紅粘土孔隙率的統(tǒng)計分析結果

3 貴州紅粘土孔隙性指標的區(qū)域性差異

紅粘土形成的氣候、水文、母巖地層巖性、地質環(huán)境等條件不同，其孔隙性指標亦存在差異，表現(xiàn)在水平方向上和垂直深度方向上的區(qū)別。

3.1 水平方向對比分析結果

對貴州省七個地區(qū)的孔隙性指標進行統(tǒng)計，統(tǒng)計量為均值和95%置信區(qū)間，統(tǒng)計結果如表3所示。從表中可以看出，孔隙指標值從大到小分別為六盤水，貴陽，安順，遵義，銅仁，黔南州，畢節(jié)(尤英鋒，2016)。

表3 貴州各地區(qū)孔隙指標統(tǒng)計結果

對貴州省七個地區(qū)的孔隙比自西向東用箱型圖標示在圖上，如圖4所示，圖中每個地區(qū)的箱型圖展現(xiàn)出孔隙比的主要分布范圍與集中趨勢，而圖5所示為貴州省各地區(qū)自西向東的孔隙比均值分布情況?？傮w來看，孔隙比的值從大到小分別為六盤水，貴陽，安順，遵義，銅仁，黔南州，畢節(jié)，與表4的統(tǒng)計結果相對應。統(tǒng)計結果表明，除了畢節(jié)地區(qū)以外，紅粘土孔隙性指標的大小總的趨勢為由西向東逐漸減小。

圖4 貴州省各地區(qū)孔隙比分布箱型圖(自西向東)

圖5 貴州省各地區(qū)孔隙比均值分布圖(自西向東)

此外，將貴州省各地區(qū)的孔隙比指標常見分布區(qū)間按照由北向南的順序用箱型圖表示在圖上，如圖6所示；同時，將孔隙比的均值也按照由北向南的順序標示在圖上，如圖7?？梢钥闯觯紫侗鹊姆植家郧幸粠榻?，北部由北向南孔隙比數(shù)值逐漸減小；南部由北向南孔隙比的數(shù)值亦逐步減小。

在貴州區(qū)域內，東部地區(qū)紅粘土的紅土化作用強于西部地區(qū)，原因是東部山地丘陵地帶，西部為高原山地區(qū)，西部地區(qū)的海拔高于東部地區(qū)，氣溫則隨著海拔的高度增加而降低，紅土化作用隨著氣溫的升高而進行的更徹底；而南部的紅土化作用強于北部地區(qū)，因為南部地區(qū)的溫度則高于北部地區(qū)(李景陽等，1996)。紅土化作用過程可以將松散溶蝕殘余堆積物膠結形成土的結構連結，使松散物變得密集，土體中孔隙體積減小，同時提高了土體的強度。在貴州中部的高原山地區(qū)域，氣溫相差不大，由于貴陽與安順地區(qū)的巖性以白云巖為主(韓貴琳，1992)，而遵義地區(qū)的巖性以石灰?guī)r為主，巖性的差異是紅土化作用程度有差異的重要因素，所以紅粘土的孔隙比自北向南方向的變化規(guī)律并不十分明顯(廖義玲等，2001)。

圖6 貴州省各地區(qū)孔隙比分布箱型圖(自北向南)

圖7 貴州省各地區(qū)孔隙比均值分布圖(自北向南)

3.2 深度方向對比分析結果

紅粘土在不同深度上紅土化程度不同，一般來說，在剖面上從地表往下由強到弱(秦剛等，1994)。此外，暴露于地表的紅粘土，溫度較高，土體中水分的蒸發(fā)作用也較強，土體失水收縮，孔隙減小，土體變得更加致密，因此其孔隙比應該呈減小趨勢(廖義玲等，2004)。對貴州紅粘土具有有效深度的1641組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以2 m的間距分別統(tǒng)計不同深度范圍的孔隙性指標的均值和均值的95%置信區(qū)間，結果如表4所示。

表4 孔隙指標在深度上的變化規(guī)律

由圖8的箱型圖與圖9的均值趨勢圖均可看出，紅粘土的孔隙指標在深度方向上由上至下總體呈增大的趨勢。紅粘土的紅土化作用從地表開始，并逐漸向下發(fā)展，在地質剖面方向上表現(xiàn)為紅土化作用隨著土層深度的增加而逐步減弱，孔隙比逐漸增大。并且，隨著土層深度的增加，土體受到的蒸發(fā)作用就逐漸減弱，含水量逐漸增大，所以紅粘土的稠度狀態(tài)由硬塑狀態(tài)向可塑狀態(tài)(或軟塑狀態(tài))逐步過渡。

圖8 貴州省紅粘土不同深度孔隙比箱型圖

圖9 貴州省紅粘土不同深度孔隙比均值趨勢圖

4 結論

(1)貴州紅粘土是一種區(qū)域性特殊土，對貴州省內七個地區(qū)的1858組紅粘土土工數(shù)據(jù)進行分析，其孔隙有如下特征：孔隙性指標較一般粘性土高，更接近于淤泥類土。

(2)經(jīng)過對貴州各地區(qū)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析后，發(fā)現(xiàn)貴州紅粘土的孔隙具有兩個基本特征，一個是孔隙多(e值大)，另一個是土中存在大量的細小孔隙，且這些細小孔隙多數(shù)存在于膠結的粒團當中。

(3)在貴州地區(qū)，紅粘土的孔隙指標在地域上存在差異，經(jīng)對大量紅粘土的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出貴州紅粘土孔隙性指標在水平橫向的總趨勢為由西向東逐漸減小；水平縱向孔隙指標分布以黔中一帶為界，北部由北向南孔隙指標呈現(xiàn)減小趨勢，南部由北向南孔隙指標亦呈現(xiàn)減小趨勢；而在剖面深度方向孔隙性指標由上至下呈增大的趨勢，即深度越深，孔隙指標越大。