Structure and shear strength of amorphous iron oxide-kaolinite cementation system in red soil

Lü Yihao; Xu Mengyao; Yang Maojin; Zheng Qinmin; Lin Jinshi; Jiang Fangshi; Huang Yanhe; Zhang Yue

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2026.02.038

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Structure and shear strength of amorphous iron oxide-kaolinite cementation system in red soil

Experimental Researches

- Structure and shear strength of amorphous iron oxide-kaolinite cementation system in red soil
- Bulletin of Soil and Water Conservation Vol. 46, Issue 2, Pages: 14-22(2026)
- 作者机构：
  
  福建农林大学资源与环境学院，福建福州 350002
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2026.02.038
  CLC： S152.4
- CSTR：32312.14.stbctb.2026.02.038
- Received：08 July 2025，
  
  Revised：2025-11-06，
  
  Published：28 April 2026
- 稿件说明：
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吕义豪, 许梦瑶, 杨茂进，等.红壤中无定形氧化铁-高岭石胶结体系的结构和抗剪强度[J].水土保持通报,2026,46(2):14-22.

Lü Yihao, Xu Mengyao, Yang Maojin, et al. Structure and shear strength of amorphous iron oxide-kaolinite cementation system in red soil [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2026,46(2):14-22.
吕义豪, 许梦瑶, 杨茂进，等.红壤中无定形氧化铁-高岭石胶结体系的结构和抗剪强度[J].水土保持通报,2026,46(2):14-22. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2026.02.038. CSTR： 32312.14.stbctb.2026.02.038.

Lü Yihao, Xu Mengyao, Yang Maojin, et al. Structure and shear strength of amorphous iron oxide-kaolinite cementation system in red soil [J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2026,46(2):14-22. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2026.02.038. CSTR： 32312.14.stbctb.2026.02.038.

摘要

目的

从微观层面分析无定形氧化铁调控崩岗土体力学性能的关键机制，为崩岗侵蚀防治提供理论基础。

方法

以福建省典型崩岗区土壤中主要黏土矿物为研究对象，通过向高岭土中添加不同浓度无定形氧化铁（1，2，3，10 g/kg），并结合

射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及直剪试验，分析其对土体微观结构及抗剪强度参数的调控作用。

结果

XRD分析表明无定形氧化铁未与高岭土发生化学反应，主要通过物理包覆作用改变矿物特征。无定形氧化铁浓度对不同粒径胶结体的分布具有显著影响，其对2~250 μm粒径胶结体的形成具有显著调控作用；微观结构参数中，仅颗粒长轴和圆度发生显著变化，3 g/kg处理的样品颗粒长轴缩短了22%；2 g/kg处理的样品圆度降低了25%，其余参数的变异系数均小于15%。添加3 g/kg的处理在各围压水平下均表现出最高抗剪强度，试样抗剪强度的提升与微观结构的变化密切相关。3 g/kg处理组黏聚力提升最显著，较纯高岭土提高24.82%；而内摩擦角变动幅度小于5.30%。

结论

无定形氧化铁通过胶结包裹作用优化土壤结构，进而增强抗剪性能。

Abstract

Objective

The key mechanisms by which amorphous iron oxide regulates the mechanical properties of Benggang soil were analyzed from a microscopic perspective in order to provide a theoretical basis for the prevention and control of Benggang erosion.

Methods

Kaolinite， the dominant clay mineral in soil from a typical Benggang area of Fujian Province， was selected as the research object. By incorporating amorphous iron oxide at different concentrations （1， 2， 3， and 10 g/kg） into kaolinite and utilizing

-ray diffraction （XRD）， scanning electron microscopy （SEM）， and direct shear tests， this study analyzed its regulatory effects on soil microstructure and shear strength parameters.

Results

XRD analysis revealed that amorphous iron oxide did not undergo a chemical reaction with kaolinite but primarily altered mineral characteristics through physical coating. The concentration of amorphous iron oxide significantly influenced the distribution of cemented aggregates across different particle sizes， demonstrating a pronounced regulatory role in the formation of aggregates within the 2—250 μm range. Among microstructural parameters， only particle long-axis and roundness exhibited significant changes. The long-axis decreased by 22% in samples with the 3 g/kg treatment， while roundness was reduced by 25% in samples with the 2 g/kg treatment. The coefficients of variation for all other parameters remained below 15%. The treatment with 3 g/kg consistently exhibited the highest shear strength across all confining pressure levels. The enhancement in shear strength was closely associated with the observed microstructural alterations. Further analysis indicated that the 3 g/kg treatment resulted in the most substantial improvement in cohesion， which increased by 24.82% compared to pure kaolinite. In contrast， the internal friction angle varied by less than 5.30%.

Conclusion

Amorphous iron oxide enhances soil shear strength by optimizing soil structure through cementation and encapsulation.

关键词

Keywords

references

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