2024年5月18日发(作者：豆微熹)
第７卷第１期
２０１０年３月
长沙理工大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．７ Ｎｏ．Ｉ
Ｍａｒ．２０１０
文章编号：１６７２—９３３ｉ（２０１０）０１—００２２－－０４
红粘土路基填料的试验方法
龚先兵
（ｉ．湖南大学土木工程学院，湖南长沙４１００８２；２．湖南省高速公路管理局，湖南长沙４１０００１）
摘要：采用干土法和湿土法对红粘土的路用特性进行了试验研究．研究结果表明，不同的试验方法对试验
结果有明显的影响．从红粘土的矿物组成和结合水分布等微观结构的角度，探讨了导致不同试验结果的原
因．针对公路部门的生产实际，提出了红粘土路基填料的试验方法，为红粘土路基的合理填筑提供了理论
依据．
关键词：红粘土；路基填料；试验方法
中图分类号：Ｕ４１６．０３ 文献标识码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ
ＧＯＮＧ Ｘｉａｎ－ｂｉｎｇ ・
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｄ ｃｌａｙ ｉｓ ａ ｂｒｏａｄｅｒ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｕｔｈ ｐａｒｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ａｎｄ ｈａｓ ｓｐｅｃｉａｌ
ｃａｕｓｅｓ，ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｏａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒ—ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ｔｅｓｔｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ
ｈａｖｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｗｉｔｈ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｉ—
ｃｒｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ
ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ
ｆｉｌｌｉｎｇ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｓｕｂ—ｇｒａｄｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｄ ｃｌａｙ；ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ
我国南方地区红粘土分布广泛，红粘土具有
我国相关研究及高速公路工程实践表明［１］，
高含水率、高液限、高孔隙比、低密度、高强度、压
红粘土的ＣＢＲ值较高（超过８ ，甚至达到３Ｏ ），
实困难和失水易开裂等特点．红粘土吸水与蓄水
远高于许多其他类型细粒土，浸泡后的膨胀量亦
能力强、路用性能不稳定以及压实困难的特点，制 较小，只要施工工艺规范，稠度和压实度控制合
约了其利用．随着环保要求的提高，我国高速公路 理，红粘土路基在一定条件下，其强度、水稳性及
建设中常用的将红粘土废弃的做法越来越不可 工后沉降量均满足规范的要求，因此高液限红粘
行，而充分利用红粘土是发展的方向．
土可以用于路基填筑［２ ］．
收稿日期：２０１０－－０１－－０４
作者简介：龚先兵（１９６８一），男，湖南益阳人，湖南大学博士研究生，教授级高工，主要从事道路工程与公路工程管理
的研究．
第７卷第１期 龚先兵，等：红粘土路基填料的试验方法
表１液塑性试验结果
２３
要利用红粘土填筑路基，明确其路用特性及
试验方法是基础．相关资料表明［４－ｓ３，采用湿土法
和干土法对红粘土的试验结果有明显的影响，因
・
Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｌｉｍｉｔ ｔｅｓｔｓ
此对红粘土的试验方法进行探讨是十分必要的．
１不同方法的试验结果
试样制备采用湿土法和干土法的区别在于土
样的含水率的控制过程．湿土法就是将天然含水
率（一般比塑限高５ ～１５ ）逐步晾晒至需要的
含水率，然后进行试验（如：击实试验则需晾晒一
个击实一个，试验过程相对较长）．干土法则是将
土样在烘箱内（１０Ｏ～１０５℃）完全烘干后，再掺加
所需的水量，闷料１２ ｈ后进行相关试验．相对湿土
法，干土法的试验过程较为简单，对含水率的控制
也更精确．
根据《公路路基设计规范》［６］对路基填料的要
求，进行了液塑性、重型击实试验和ＣＢＲ强度三
类试验．为了对红粘土的特殊性作一研究比较，选
择南方某省某高速公路进行了４种土样的试验，
其中，１号土样为普通的低液限粘土，２～４号为不
同液限值的红粘土．
１．１液塑性
干土法与《公路土工试验规程》［７ 中的试验方
法完全一致，而湿土法则将天然含水率状态下的
红粘土采用手捻的方式（或水洗沉淀后利用），去
掉粒径大于０．５ ｍｍ的粗颗粒，然后分别加水或
晾晒至液限、塑限和中间含水率，再进行试验．４种
土样的试验结果见图１和表１．
－ｅ－液限（干）
＋液限（湿）
逞
十塑限（干）
＋塑限（湿）
裂
－吕－塑性指数（干）
＋塑性指数（湿）
２ ３ ４
土样编号
图１不同方法的液塑性试验结果
Ｆｉｇ．１ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ
１ｉｍｉｔ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ
注：括号中数据为湿土法试验结果．
１．２击实试验
湿土法与干土法的重型击实试验结果列于
表２．
表２重型击实试验结果
Ｔａｂｌｅ ２ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
注：括号中数据为湿土法试验结果．
１．３ ＣＢＲ试验
ＣＢＲ试验是公路部门判断路基填料的一个主
要指标，试验采用３×９８击．湿土法与干土法两种
试验结果如表３所示．
表３ ＣＢＲ试验结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＣＢＲ ｔｅｓｔ
注：括号中效据为湿土法试验结果；试验结果为平行试验的平均
值．
１．４结果分析
分析上述４个土样的液塑性、击实和强度
ＣＢＲ试验结果，可以得出如下结论：
１）湿土法对红粘土的塑限影响较小，对液限
与塑性指数影响较大，湿土法与干土法得到的液
２４ 长沙理工大学学报（自然科学版） ２０１０年３月
限、塑性指数相差可达２Ｏ ；液限值越高，受试验
方法的影响越明显．
要是颗粒中的自由水．红粘土烘干后破坏了结合
水与颗粒问的结合力与分子结构，失水后具有不
２）湿土法击实试验结果的最佳含水率高于干
土法，而最大干密度小于干土法．
）红粘土湿土法ＣＢＲ试验结果的ＣＢＲ值大
于干土法，而膨胀率小于干土法；普通低液限粘土
可逆性，即失水后其胶凝作用不可恢复．对于普通
粘性土而言，湿土法与干土法所得的ＣＢＲ值相差
不大，但红粘土湿土法试验的ＣＢＲ值明显高于干
土法的，两者差值可达２５ 以上．
湿土法ＣＢＲ试验小于干土法，膨胀率也小于干土
从某种意义上说，对于红粘土含水率的定义
法．
２原因探讨
为什么同一种土在干、湿两种试验方法下会
产生如此明显的差异呢？
因为红粘土的主要矿物为高岭石、伊利石、针
铁矿、褐铁矿、蒙脱石、石英、绿泥石和水铝英石
等，这些矿物都是母岩经长期的风化、淋滤、重结
晶和红粘土化所形成．从红粘土的微观结构分析，
红粘土是由粘土粒团为基本颗粒单元，Ｆｅ ０ ・
ｎＨ２Ｏ，ＳｉＯｚ・ｎＨ。Ｏ等铁、硅氧化物以胶结方式
将土粒团包住，通过胶结连接而成整体，这些胶结
物是红粘土中最活跃的组分之一［８ Ｄ］（如图２
所示）．
图２红粘土的粒目胶结结构示意图
Ｆｉｇ．２ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ
据美国Ｊ．Ｋ．米切尔著的《岩土工程土性分析
原理》［１ 介绍，粘土矿物的表面通常是由一层氧
或一层羟基组成，氢键连接容易产生，土颗粒表面
形成的氢键将改变正常水中电子分布，因此容易
使水分子与同层分子或下一层分子形成附加键，
从而改变了自由水的作用特性．这些胶结物中包
含的水是结合水，结合水在某种程度上可以看作
是固体颗粒的组成部分，不同于普通土的自由水．
对土的液塑性、击实特性和强度等产生影响的主
应不同于一般的土，应把矿物中的结合水排除在
外．但目前的技术手段似乎难以准确测定结合水
和自由水的含量，因此重新定义在测量技术上尚
不可行，但应是一个新的研究方向．
３红粘土路用特性试验方法的选择
基于红粘土的特殊矿物成份与含水特性，笔
者认为采用如下试验方法是合理可行的．
Ｉ）液塑性
土的液塑性是反映土颗粒与自由水相互作用
的一个物理指标，反映了土颗粒对自由水的敏感
性．采用干土法试验能够消除结合水所占的份额，
能更准确地反映自由水对土的物理状态的影响，
因此液塑性试验应采用干土法．由于其液塑性指
标的降低，可进一步拓宽红粘土、尤其是高液限红
粘土的应用范围，避免浪费可用的路基填料．
２）重型击实试验
从表２可见，结合水的影响可使试验结果相
差１Ｏ％以上，对路基的压实度指标有着不可忽视
的影响．采用湿土法得出的最佳含水率包括了矿
物的结合水含量，能更准确地反映红粘土的矿物
成份与结合水的特性，即结合水在某种程度上应
作为固体土颗粒的组成部分，而不是自由水．由于
路基现场施工时红粘土填料的天然含水率一般较
大（超过塑限），须晾晒降低含水率后再进行碾压．
实际工程中红粘土的含水率为零的情况并不可能
出现，即结合水不会完全消失，因此采用湿土法进
行重型击实试验更符合实际施工过程．
３）ＣＢＲ试验
在工程实际中不可能出现完全烘干的状况，
因此ＣＢＲ试验采用湿土法更符合实际．与天然状
况红粘土的性质更接近，其ＣＢＲ值也更高，有利
于路基工程中推广应用红粘土．
第７卷第１期 龚先兵，等：红粘土路基填料的试验方法 ２５
４ 结论
采用干土法和湿土法对红粘土的路用特性进
行了试验研究．研究结果表明，不同的试验方法对
试验结果有明显的影响．湿土法对红粘土的塑限
影响较小，对液限与塑性指数影响较大，湿土法与
干土法得到的液限、塑性指数相差可达２Ｏ ，液限
值越高，受试验方法的影响越明显；湿土法击实试
验结果的最佳含水率高于干土法，而最大干密度
小于干土法；湿土法ＣＢＲ试验结果的ＣＢＲ值大
于干土法，而膨胀率小于干土法．
并且从红粘土的矿物组成和结合水分布等微
观结构的角度，探讨了导致不同试验结果的原因．
针对公路部门的生产实际，提出了红粘土路基填
料不同测试指标的试验方法，液塑性试验时应采
用干土法．由于其液塑性指标的降低可进一步拓
宽红粘土的应用范围，避免可用的路基填料浪费；
重型击实试验时，采用湿土法更符合实际施工过
程；ＣＢＲ试验时，采用湿土法与天然状况红粘土的
性质更接近，其ＣＢＲ值也更高，有利于路基工程
中推广应用红粘土．
（参考文献］
［１］
吴立坚，钟发林，吴昌兴，等．高液限土的路用特性研
究［Ｊ］．岩土工程学报，２００３，２５（２）；１９３—１９５．
ＷＵ Ｌｉ—ｊｉａｎ，ＺＨＯＮＧ Ｆａ－ｌｉｎ，ＷＵ Ｃｈａｎｇ－ｘｉｎ，ｅｔ ａ１．
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｒｏａｄ ｍａｄｅ ｂｙ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｃｈｉ—
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，２５
（２）：１９３—１９５．
［２］
刘龙武，杨和平，康石磊，等．红粘土填料的路用性质
研究［Ｊ］．公路，２００６（６）：１２５—１３８．
ＬＩＵ Ｌｏｎｇ—ＷＵ，ＹＡＮＧ Ｈｅ－ｐｉｎｇ。ＫＡＮＧ Ｓｈｉ—ｌｅｉ，ｅｔ ａ１．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｒｅｄ—ｃｌａｙ－ｆｉｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｕｓｅｄ ｉｎ
ｒｏａｄ［Ｊ］．Ｈｉｇｈｗａｙ，２００６（６）：１２５—１３８．
［３］ 张麒蛰．高液限红粘土路基修筑技术探讨［Ｊ］．水利
与建筑工程学报，２００７（１）：８３—８５．
ｚＨＡＮＧ Ｑｉ—ｚｈｅ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈ—
ｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ［Ｊ］．
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，２００７（１）：８３—８５．
［４］
罗志强．高液限土在高速公路建设中的应用研究
［Ｊ］．中南公路工程，２００４（３）：８８—９１．
ＬＵＯ Ｚｈｉ－ｑａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ｓｏｉｌ ｉｎ
ｆｒｅｅｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎ—
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００４（３）：８８—９１．
［５］刘晨彬．高液限土的处治方法［Ｊ］．铁道勘察，２００６
（６）：４８－４９．
ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇ－ｂｉｎ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ｓｏｉｌ
［Ｊ］．Ｒａｉｌｗａｙ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，２００６（６）：
４８－４９．
［６］ＪＴＧ Ｄ３Ｏ一２００４，公路路基设计规范Ｉｓ］．北京：人民
交通出版社，２００４．
ＪＴＧ Ｄ３０—２００４，Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ
ｓｕｂｇｒａｄｅｓ［Ｓ］．Ｂｅｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，
２００４．
［７］ＪＴＧ Ｅ４Ｏ一２００７，公路土工试验规程［Ｓ］．北京：人民
交通出版社，２００７．
ＪＴＧ Ｅ４０—２００７，Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈｗａｙ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［ｓ］．Ｂｅｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，
２００７．
［８］谭罗荣，孔令伟．某类红粘土的基本特性与微观结构
模型［Ｊ］．岩土工程学报，２００１（４）：４５８—４６２． ’
ＴＡＮ Ｌｕｏ－ｒｏｎｇ，ＫＯＮＧ Ｌｉｎｇ—ｗｅｉ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｐ—
ｅｒｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ［Ｊ］．Ｃｈｉ—
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１（４）：
４５８－４６２．
［９］Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ Ｆ Ｊ，Ｊｏｓｈｉ Ｒ Ｃ．Ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕ—
ｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔＯ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌａｙｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，
１９８９，３９（１）：１５９－１６７
［１Ｏ］ Ｍａｄｕ Ｒ Ｍ．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｌａｔｅｒｉｔｅｓ ｏｆ ｅａｓｔ—
ｅｒｎ Ｎｉｇｅｒｉａ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ，１９７７（ＩＩ）：
１０１－１２５．
［１１］Ｊ Ｋ米切尔．岩土工程土性分析原理［Ｍ］．北京：中
国建筑出版社，１９８８．
Ｍｉｔｃｈｅｌｌ Ｊ Ｋ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｓｏｉｌ—ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｍ］．Ｂｅｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｐｒｅｓｓ，
１９８８．
［１２］杨书燕，刘春原．高液限粘土微结构分析与强度机
理的研究［Ｊ］．河北工业大学学报，２００２，３１（５）：３３５—
３３７．
ＹＡＮＧ Ｓｈｕ—ｙａｎ，ＬＩＵ Ｇｈｕｎ－ｙｕａｎ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｕｄｙ ａｂｏｕｔ ｈｉｇｈｌｙ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｌａｙ
［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
２００２，３１（５）：３３５—３３７．
2024年5月18日发(作者：豆微熹)
第７卷第１期
２０１０年３月
长沙理工大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏ１．７ Ｎｏ．Ｉ
Ｍａｒ．２０１０
文章编号：１６７２—９３３ｉ（２０１０）０１—００２２－－０４
红粘土路基填料的试验方法
龚先兵
（ｉ．湖南大学土木工程学院，湖南长沙４１００８２；２．湖南省高速公路管理局，湖南长沙４１０００１）
摘要：采用干土法和湿土法对红粘土的路用特性进行了试验研究．研究结果表明，不同的试验方法对试验
结果有明显的影响．从红粘土的矿物组成和结合水分布等微观结构的角度，探讨了导致不同试验结果的原
因．针对公路部门的生产实际，提出了红粘土路基填料的试验方法，为红粘土路基的合理填筑提供了理论
依据．
关键词：红粘土；路基填料；试验方法
中图分类号：Ｕ４１６．０３ 文献标识码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ
ＧＯＮＧ Ｘｉａｎ－ｂｉｎｇ ・
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｄ ｃｌａｙ ｉｓ ａ ｂｒｏａｄｅｒ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｕｔｈ ｐａｒｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ａｎｄ ｈａｓ ｓｐｅｃｉａｌ
ｃａｕｓｅｓ，ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｒｏａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ
ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｗａｔｅｒ—ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂｙ ｔｅｓｔｓ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ
ｈａｖｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａｎｄ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｗｉｔｈ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ，ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｉ—
ｃｒｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒ
ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ
ｆｉｌｌｉｎｇ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｓｕｂ—ｇｒａｄｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｄ ｃｌａｙ；ｒｏａｄｂｅｄ ｆｉｌｌｉｎｇ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ
我国南方地区红粘土分布广泛，红粘土具有
我国相关研究及高速公路工程实践表明［１］，
高含水率、高液限、高孔隙比、低密度、高强度、压
红粘土的ＣＢＲ值较高（超过８ ，甚至达到３Ｏ ），
实困难和失水易开裂等特点．红粘土吸水与蓄水
远高于许多其他类型细粒土，浸泡后的膨胀量亦
能力强、路用性能不稳定以及压实困难的特点，制 较小，只要施工工艺规范，稠度和压实度控制合
约了其利用．随着环保要求的提高，我国高速公路 理，红粘土路基在一定条件下，其强度、水稳性及
建设中常用的将红粘土废弃的做法越来越不可 工后沉降量均满足规范的要求，因此高液限红粘
行，而充分利用红粘土是发展的方向．
土可以用于路基填筑［２ ］．
收稿日期：２０１０－－０１－－０４
作者简介：龚先兵（１９６８一），男，湖南益阳人，湖南大学博士研究生，教授级高工，主要从事道路工程与公路工程管理
的研究．
第７卷第１期 龚先兵，等：红粘土路基填料的试验方法
表１液塑性试验结果
２３
要利用红粘土填筑路基，明确其路用特性及
试验方法是基础．相关资料表明［４－ｓ３，采用湿土法
和干土法对红粘土的试验结果有明显的影响，因
・
Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｌｉｍｉｔ ｔｅｓｔｓ
此对红粘土的试验方法进行探讨是十分必要的．
１不同方法的试验结果
试样制备采用湿土法和干土法的区别在于土
样的含水率的控制过程．湿土法就是将天然含水
率（一般比塑限高５ ～１５ ）逐步晾晒至需要的
含水率，然后进行试验（如：击实试验则需晾晒一
个击实一个，试验过程相对较长）．干土法则是将
土样在烘箱内（１０Ｏ～１０５℃）完全烘干后，再掺加
所需的水量，闷料１２ ｈ后进行相关试验．相对湿土
法，干土法的试验过程较为简单，对含水率的控制
也更精确．
根据《公路路基设计规范》［６］对路基填料的要
求，进行了液塑性、重型击实试验和ＣＢＲ强度三
类试验．为了对红粘土的特殊性作一研究比较，选
择南方某省某高速公路进行了４种土样的试验，
其中，１号土样为普通的低液限粘土，２～４号为不
同液限值的红粘土．
１．１液塑性
干土法与《公路土工试验规程》［７ 中的试验方
法完全一致，而湿土法则将天然含水率状态下的
红粘土采用手捻的方式（或水洗沉淀后利用），去
掉粒径大于０．５ ｍｍ的粗颗粒，然后分别加水或
晾晒至液限、塑限和中间含水率，再进行试验．４种
土样的试验结果见图１和表１．
－ｅ－液限（干）
＋液限（湿）
逞
十塑限（干）
＋塑限（湿）
裂
－吕－塑性指数（干）
＋塑性指数（湿）
２ ３ ４
土样编号
图１不同方法的液塑性试验结果
Ｆｉｇ．１ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ
１ｉｍｉｔ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ
注：括号中数据为湿土法试验结果．
１．２击实试验
湿土法与干土法的重型击实试验结果列于
表２．
表２重型击实试验结果
Ｔａｂｌｅ ２ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
注：括号中数据为湿土法试验结果．
１．３ ＣＢＲ试验
ＣＢＲ试验是公路部门判断路基填料的一个主
要指标，试验采用３×９８击．湿土法与干土法两种
试验结果如表３所示．
表３ ＣＢＲ试验结果
Ｔａｂｌｅ ３ Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＣＢＲ ｔｅｓｔ
注：括号中效据为湿土法试验结果；试验结果为平行试验的平均
值．
１．４结果分析
分析上述４个土样的液塑性、击实和强度
ＣＢＲ试验结果，可以得出如下结论：
１）湿土法对红粘土的塑限影响较小，对液限
与塑性指数影响较大，湿土法与干土法得到的液
２４ 长沙理工大学学报（自然科学版） ２０１０年３月
限、塑性指数相差可达２Ｏ ；液限值越高，受试验
方法的影响越明显．
要是颗粒中的自由水．红粘土烘干后破坏了结合
水与颗粒问的结合力与分子结构，失水后具有不
２）湿土法击实试验结果的最佳含水率高于干
土法，而最大干密度小于干土法．
）红粘土湿土法ＣＢＲ试验结果的ＣＢＲ值大
于干土法，而膨胀率小于干土法；普通低液限粘土
可逆性，即失水后其胶凝作用不可恢复．对于普通
粘性土而言，湿土法与干土法所得的ＣＢＲ值相差
不大，但红粘土湿土法试验的ＣＢＲ值明显高于干
土法的，两者差值可达２５ 以上．
湿土法ＣＢＲ试验小于干土法，膨胀率也小于干土
从某种意义上说，对于红粘土含水率的定义
法．
２原因探讨
为什么同一种土在干、湿两种试验方法下会
产生如此明显的差异呢？
因为红粘土的主要矿物为高岭石、伊利石、针
铁矿、褐铁矿、蒙脱石、石英、绿泥石和水铝英石
等，这些矿物都是母岩经长期的风化、淋滤、重结
晶和红粘土化所形成．从红粘土的微观结构分析，
红粘土是由粘土粒团为基本颗粒单元，Ｆｅ ０ ・
ｎＨ２Ｏ，ＳｉＯｚ・ｎＨ。Ｏ等铁、硅氧化物以胶结方式
将土粒团包住，通过胶结连接而成整体，这些胶结
物是红粘土中最活跃的组分之一［８ Ｄ］（如图２
所示）．
图２红粘土的粒目胶结结构示意图
Ｆｉｇ．２ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ
据美国Ｊ．Ｋ．米切尔著的《岩土工程土性分析
原理》［１ 介绍，粘土矿物的表面通常是由一层氧
或一层羟基组成，氢键连接容易产生，土颗粒表面
形成的氢键将改变正常水中电子分布，因此容易
使水分子与同层分子或下一层分子形成附加键，
从而改变了自由水的作用特性．这些胶结物中包
含的水是结合水，结合水在某种程度上可以看作
是固体颗粒的组成部分，不同于普通土的自由水．
对土的液塑性、击实特性和强度等产生影响的主
应不同于一般的土，应把矿物中的结合水排除在
外．但目前的技术手段似乎难以准确测定结合水
和自由水的含量，因此重新定义在测量技术上尚
不可行，但应是一个新的研究方向．
３红粘土路用特性试验方法的选择
基于红粘土的特殊矿物成份与含水特性，笔
者认为采用如下试验方法是合理可行的．
Ｉ）液塑性
土的液塑性是反映土颗粒与自由水相互作用
的一个物理指标，反映了土颗粒对自由水的敏感
性．采用干土法试验能够消除结合水所占的份额，
能更准确地反映自由水对土的物理状态的影响，
因此液塑性试验应采用干土法．由于其液塑性指
标的降低，可进一步拓宽红粘土、尤其是高液限红
粘土的应用范围，避免浪费可用的路基填料．
２）重型击实试验
从表２可见，结合水的影响可使试验结果相
差１Ｏ％以上，对路基的压实度指标有着不可忽视
的影响．采用湿土法得出的最佳含水率包括了矿
物的结合水含量，能更准确地反映红粘土的矿物
成份与结合水的特性，即结合水在某种程度上应
作为固体土颗粒的组成部分，而不是自由水．由于
路基现场施工时红粘土填料的天然含水率一般较
大（超过塑限），须晾晒降低含水率后再进行碾压．
实际工程中红粘土的含水率为零的情况并不可能
出现，即结合水不会完全消失，因此采用湿土法进
行重型击实试验更符合实际施工过程．
３）ＣＢＲ试验
在工程实际中不可能出现完全烘干的状况，
因此ＣＢＲ试验采用湿土法更符合实际．与天然状
况红粘土的性质更接近，其ＣＢＲ值也更高，有利
于路基工程中推广应用红粘土．
第７卷第１期 龚先兵，等：红粘土路基填料的试验方法 ２５
４ 结论
采用干土法和湿土法对红粘土的路用特性进
行了试验研究．研究结果表明，不同的试验方法对
试验结果有明显的影响．湿土法对红粘土的塑限
影响较小，对液限与塑性指数影响较大，湿土法与
干土法得到的液限、塑性指数相差可达２Ｏ ，液限
值越高，受试验方法的影响越明显；湿土法击实试
验结果的最佳含水率高于干土法，而最大干密度
小于干土法；湿土法ＣＢＲ试验结果的ＣＢＲ值大
于干土法，而膨胀率小于干土法．
并且从红粘土的矿物组成和结合水分布等微
观结构的角度，探讨了导致不同试验结果的原因．
针对公路部门的生产实际，提出了红粘土路基填
料不同测试指标的试验方法，液塑性试验时应采
用干土法．由于其液塑性指标的降低可进一步拓
宽红粘土的应用范围，避免可用的路基填料浪费；
重型击实试验时，采用湿土法更符合实际施工过
程；ＣＢＲ试验时，采用湿土法与天然状况红粘土的
性质更接近，其ＣＢＲ值也更高，有利于路基工程
中推广应用红粘土．
（参考文献］
［１］
吴立坚，钟发林，吴昌兴，等．高液限土的路用特性研
究［Ｊ］．岩土工程学报，２００３，２５（２）；１９３—１９５．
ＷＵ Ｌｉ—ｊｉａｎ，ＺＨＯＮＧ Ｆａ－ｌｉｎ，ＷＵ Ｃｈａｎｇ－ｘｉｎ，ｅｔ ａ１．
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｒｏａｄ ｍａｄｅ ｂｙ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｃｈｉ—
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，２５
（２）：１９３—１９５．
［２］
刘龙武，杨和平，康石磊，等．红粘土填料的路用性质
研究［Ｊ］．公路，２００６（６）：１２５—１３８．
ＬＩＵ Ｌｏｎｇ—ＷＵ，ＹＡＮＧ Ｈｅ－ｐｉｎｇ。ＫＡＮＧ Ｓｈｉ—ｌｅｉ，ｅｔ ａ１．
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｒｅｄ—ｃｌａｙ－ｆｉｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｕｓｅｄ ｉｎ
ｒｏａｄ［Ｊ］．Ｈｉｇｈｗａｙ，２００６（６）：１２５—１３８．
［３］ 张麒蛰．高液限红粘土路基修筑技术探讨［Ｊ］．水利
与建筑工程学报，２００７（１）：８３—８５．
ｚＨＡＮＧ Ｑｉ—ｚｈｅ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈ—
ｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ［Ｊ］．
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉ—
ｎｅｅｒｉｎｇ，２００７（１）：８３—８５．
［４］
罗志强．高液限土在高速公路建设中的应用研究
［Ｊ］．中南公路工程，２００４（３）：８８—９１．
ＬＵＯ Ｚｈｉ－ｑａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ｓｏｉｌ ｉｎ
ｆｒｅｅｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎ—
ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００４（３）：８８—９１．
［５］刘晨彬．高液限土的处治方法［Ｊ］．铁道勘察，２００６
（６）：４８－４９．
ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇ－ｂｉｎ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｌｉｑｕｉｄ ｌｉｍｉｔ ｓｏｉｌ
［Ｊ］．Ｒａｉｌｗａｙ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，２００６（６）：
４８－４９．
［６］ＪＴＧ Ｄ３Ｏ一２００４，公路路基设计规范Ｉｓ］．北京：人民
交通出版社，２００４．
ＪＴＧ Ｄ３０—２００４，Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｉｇｈｗａｙ
ｓｕｂｇｒａｄｅｓ［Ｓ］．Ｂｅｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，
２００４．
［７］ＪＴＧ Ｅ４Ｏ一２００７，公路土工试验规程［Ｓ］．北京：人民
交通出版社，２００７．
ＪＴＧ Ｅ４０—２００７，Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈｗａｙ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［ｓ］．Ｂｅｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｒｅｓｓ，
２００７．
［８］谭罗荣，孔令伟．某类红粘土的基本特性与微观结构
模型［Ｊ］．岩土工程学报，２００１（４）：４５８—４６２． ’
ＴＡＮ Ｌｕｏ－ｒｏｎｇ，ＫＯＮＧ Ｌｉｎｇ—ｗｅｉ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｐ—
ｅｒｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅｄ ｃｌａｙ［Ｊ］．Ｃｈｉ—
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１（４）：
４５８－４６２．
［９］Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ Ｆ Ｊ，Ｊｏｓｈｉ Ｒ Ｃ．Ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕ—
ｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔＯ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌａｙｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，
１９８９，３９（１）：１５９－１６７
［１Ｏ］ Ｍａｄｕ Ｒ Ｍ．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｌａｔｅｒｉｔｅｓ ｏｆ ｅａｓｔ—
ｅｒｎ Ｎｉｇｅｒｉａ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｙ，１９７７（ＩＩ）：
１０１－１２５．
［１１］Ｊ Ｋ米切尔．岩土工程土性分析原理［Ｍ］．北京：中
国建筑出版社，１９８８．
Ｍｉｔｃｈｅｌｌ Ｊ Ｋ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｓｏｉｌ—ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｍ］．Ｂｅｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｐｒｅｓｓ，
１９８８．
［１２］杨书燕，刘春原．高液限粘土微结构分析与强度机
理的研究［Ｊ］．河北工业大学学报，２００２，３１（５）：３３５—
３３７．
ＹＡＮＧ Ｓｈｕ—ｙａｎ，ＬＩＵ Ｇｈｕｎ－ｙｕａｎ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ
ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｕｄｙ ａｂｏｕｔ ｈｉｇｈｌｙ ｐｌａｓｔｉｃ ｃｌａｙ
［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
２００２，３１（５）：３３５—３３７．