贵州红粘土的孔隙特征及区域性分布规律

尤英锋，张 洪

(1.贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳 550081，2.贵州地环工程有限公司，贵州 贵阳 550081)

1 前言

红粘土在我国南方分布广泛，它的分布有很明显的地域性。在贵州省内，红粘土主要分布在贵阳市贵阳盆地、遵义地区、六盘水岩溶盆地、安顺、兴义、铜仁及黔南地区等。文章通过对红粘土微观结构的研究，并对大量实验数据进行分析，得出孔隙指标的区域性分布的规律，对进一步研究红粘土的物理性质有着一定的意义。

2 贵州红粘土的孔隙特征及其指标

2.1 贵州红粘土的孔隙特征

红粘土的孔隙特征一是孔隙极发育，是高孔隙粘土，二是孔隙具有两个层次。根据扫描电镜资料的研究证实，红粘土微结构是一种复杂的二重空间结构。这种二重空间结构可以划分为两个微结构的层次，即一种为粘土矿物粒团组成的基本结构单元，另一种是由这种结构单元组合起来，再通过单元与单元之间的结构连接，构成复杂的总体结构，而有粘土矿物粒团组成的基本结构占据二重空间结构的主要地位(高国瑞，1985)。相对应的，红粘土存在两种结构连结：一种为粒团内粘土矿物颗粒之间的连结和粒团之间的结构连结。而红粘土中的孔隙类型也可相对应的分为两种类型(图1a、b所示)，即粒团内孔隙和粒团间孔隙(粒团即有的学者所称的聚集体)(廖义玲等，2004)。

红粘土粒团内的孔隙非常发育，约占孔隙总体积的四分之三以上，孔隙半径非常小，呈封闭或是半封闭状态，受到压力之后，孔隙相对稳定，是具有“惰性”的孔隙，这种“惰性”孔隙数量非常多，也是这种孔隙让红粘土具有与其它土类不同的物理力学性质(李景阳等，2002)。

红粘土中的粒团间的孔隙半径则较大，体积在土中孔隙总体积中则不到四分之一，这类孔隙受到外力作用时容易发生变化，是活性孔隙，可影响土的变形性能(李景阳等，1995)。

2.2 贵州红粘土的孔隙性指标

图1 红粘土的微观结构电镜照片

图2 贵州地区红粘土孔隙比分布图

图3 贵州地区红粘土孔隙率分布图

表1、表2为根据SPSS统计软件分析的贵州省七个地区孔隙比与孔隙率的结果。据表1所示，在贵州省的七个地区中，红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见值范围，红粘土的孔隙比相对于其他土来说具有特殊性。从整体来看，方差与标准差值都比较小，说明各个地区的孔隙比的离散程度较低，较为集中；变化范围对于该指标来讲较大，说明孔隙比的值分布不稳定；从偏度来看，毕节、铜仁及贵阳的偏度值接近0，说明这三个地区的孔隙比值更接近正态分布；从峰度值来讲，只有毕节地区大于0，说明其孔隙比值集中在平均数周围，呈陡峭正态分布，其他地区孔隙比则分布较分散，呈平缓正态分布。

表1 贵州地区红粘土孔隙比的统计分析结果

表2 贵州地区红粘土孔隙率的统计分析结果

3 贵州红粘土孔隙性指标的区域性差异

红粘土形成的气候、水文、母岩地层岩性、地质环境等条件不同，其孔隙性指标亦存在差异，表现在水平方向上和垂直深度方向上的区别。

3.1 水平方向对比分析结果

对贵州省七个地区的孔隙性指标进行统计，统计量为均值和95%置信区间，统计结果如表3所示。从表中可以看出，孔隙指标值从大到小分别为六盘水，贵阳，安顺，遵义，铜仁，黔南州，毕节(尤英锋，2016)。

表3 贵州各地区孔隙指标统计结果

对贵州省七个地区的孔隙比自西向东用箱型图标示在图上，如图4所示，图中每个地区的箱型图展现出孔隙比的主要分布范围与集中趋势，而图5所示为贵州省各地区自西向东的孔隙比均值分布情况。总体来看，孔隙比的值从大到小分别为六盘水，贵阳，安顺，遵义，铜仁，黔南州，毕节，与表4的统计结果相对应。统计结果表明，除了毕节地区以外，红粘土孔隙性指标的大小总的趋势为由西向东逐渐减小。

图4 贵州省各地区孔隙比分布箱型图(自西向东)

图5 贵州省各地区孔隙比均值分布图(自西向东)

此外，将贵州省各地区的孔隙比指标常见分布区间按照由北向南的顺序用箱型图表示在图上，如图6所示；同时，将孔隙比的均值也按照由北向南的顺序标示在图上，如图7。可以看出，孔隙比的分布以黔中一带为界，北部由北向南孔隙比数值逐渐减小；南部由北向南孔隙比的数值亦逐步减小。

在贵州区域内，东部地区红粘土的红土化作用强于西部地区，原因是东部山地丘陵地带，西部为高原山地区，西部地区的海拔高于东部地区，气温则随着海拔的高度增加而降低，红土化作用随着气温的升高而进行的更彻底；而南部的红土化作用强于北部地区，因为南部地区的温度则高于北部地区(李景阳等，1996)。红土化作用过程可以将松散溶蚀残余堆积物胶结形成土的结构连结，使松散物变得密集，土体中孔隙体积减小，同时提高了土体的强度。在贵州中部的高原山地区域，气温相差不大，由于贵阳与安顺地区的岩性以白云岩为主(韩贵琳，1992)，而遵义地区的岩性以石灰岩为主，岩性的差异是红土化作用程度有差异的重要因素，所以红粘土的孔隙比自北向南方向的变化规律并不十分明显(廖义玲等，2001)。

图6 贵州省各地区孔隙比分布箱型图(自北向南)

图7 贵州省各地区孔隙比均值分布图(自北向南)

3.2 深度方向对比分析结果

红粘土在不同深度上红土化程度不同，一般来说，在剖面上从地表往下由强到弱(秦刚等，1994)。此外，暴露于地表的红粘土，温度较高，土体中水分的蒸发作用也较强，土体失水收缩，孔隙减小，土体变得更加致密，因此其孔隙比应该呈减小趋势(廖义玲等，2004)。对贵州红粘土具有有效深度的1641组数据进行统计分析，以2 m的间距分别统计不同深度范围的孔隙性指标的均值和均值的95%置信区间，结果如表4所示。

表4 孔隙指标在深度上的变化规律

由图8的箱型图与图9的均值趋势图均可看出，红粘土的孔隙指标在深度方向上由上至下总体呈增大的趋势。红粘土的红土化作用从地表开始，并逐渐向下发展，在地质剖面方向上表现为红土化作用随着土层深度的增加而逐步减弱，孔隙比逐渐增大。并且，随着土层深度的增加，土体受到的蒸发作用就逐渐减弱，含水量逐渐增大，所以红粘土的稠度状态由硬塑状态向可塑状态(或软塑状态)逐步过渡。

图8 贵州省红粘土不同深度孔隙比箱型图

图9 贵州省红粘土不同深度孔隙比均值趋势图

4 结论

(1)贵州红粘土是一种区域性特殊土，对贵州省内七个地区的1858组红粘土土工数据进行分析，其孔隙有如下特征：孔隙性指标较一般粘性土高，更接近于淤泥类土。

(2)经过对贵州各地区的数据进行统计分析后，发现贵州红粘土的孔隙具有两个基本特征，一个是孔隙多(e值大)，另一个是土中存在大量的细小孔隙，且这些细小孔隙多数存在于胶结的粒团当中。

(3)在贵州地区，红粘土的孔隙指标在地域上存在差异，经对大量红粘土的数据进行统计分析，得出贵州红粘土孔隙性指标在水平横向的总趋势为由西向东逐渐减小；水平纵向孔隙指标分布以黔中一带为界，北部由北向南孔隙指标呈现减小趋势，南部由北向南孔隙指标亦呈现减小趋势；而在剖面深度方向孔隙性指标由上至下呈增大的趋势，即深度越深，孔隙指标越大。