楊素平

(運(yùn)城市水利勘察院)

我國(guó)是世界上黃土分布比較多的國(guó)家之一，甘肅、陜西和山西等省份都有大片的黃土分布。黃土具有崩解性和濕陷性特點(diǎn)，作為水利工程技術(shù)人員，了解和掌握黃土的物理性質(zhì)尤其是濕陷性，對(duì)于搞好工程建設(shè)具有重要意義。本文以山西南部黃土為例，論述其基本性質(zhì)和濕陷性及由此造成的地質(zhì)災(zāi)害。

1 黃土的類別、特征及地貌

1.1 黃土的類別和分布

黃土按其成因分為原生黃土和次生黃土。一般將不具層理的風(fēng)成黃土稱為原生黃土，原生黃土經(jīng)過(guò)流水沖刷、搬遷重新沉積而成的為次生黃土，工程界統(tǒng)稱它們?yōu)辄S土。次生黃土一般具有層理，較原生黃土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要低。中國(guó)黃土主要分布于北緯33°－47°之間，尤以34°－45°之間最為發(fā)育，總面積約為63.5萬(wàn)km2，占世界黃土分布面積的4.9%左右。濕陷性黃土約占中國(guó)黃土分布面積的60%左右，主要分布于黃河中下游地區(qū)，厚度最大達(dá)30 m左右。

1.2 黃土的特征

黃土一般具有以下特征:顏色以黃色、褐黃色為主，有時(shí)呈灰黃色;顆粒組成以粉粒為主，含量一般在60%以上，粒徑大于0.25 mm的粗顆粒甚為少見(jiàn);富含碳酸鈣鹽類;垂直節(jié)理發(fā)育;一般有肉眼可見(jiàn)的大空隙，孔隙比一般在1.0左右。

當(dāng)缺少以上其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)特征的則稱為黃土狀土。

1.3 黃土地貌

由特定地理位置所決定，并由特殊的風(fēng)的地質(zhì)作用搬運(yùn)和堆積的黃土及部分流水地質(zhì)作用所形成的黃土狀沉積所掩蓋堆積的地貌泛指黃土地貌。黃土地貌按黃土形態(tài)可以分為:黃土塬、黃土梁、黃土峁、黃土覆蓋河谷、黃土掌地與杖地、黃土柱等。山西南部的峨嵋臺(tái)地屬于黃土塬地貌，黃土層發(fā)育較好，面積大，地層完整，層序清楚。

峨嵋臺(tái)地以孤山為中心，向四周傾斜，北為汾河，西為黃河，南為涑水河盆地，東為稷王山中低山及丘陵地區(qū)，區(qū)內(nèi)地表最高點(diǎn)為孤山拱秀峰，高程為1425 m，浪店河灘為最低點(diǎn)，高程為347 m。黃土臺(tái)塬區(qū)為孤山腳下四周的廣大地區(qū)，主要包括萬(wàn)榮、臨猗以及鹽湖、聞喜、絳縣的一小部分，按地貌形態(tài)和成因類型將該區(qū)分為四個(gè)亞區(qū):

山前傾斜平原區(qū):該區(qū)沿孤山向四周呈放射狀傾斜，地面坡度約2°－3°，高程600－900 m，與黃土臺(tái)塬相連接，由上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土或全新統(tǒng)洪積物覆蓋于地表，該區(qū)面積9.5 km2。

二級(jí)臺(tái)地區(qū):分布在孤山南西方向的黃土臺(tái)塬，高程550－730 m，地勢(shì)較開(kāi)闊、平坦，南北長(zhǎng)22 km，東西長(zhǎng)40 km。區(qū)內(nèi)大小嶷山相對(duì)隆起，羅村、東埝底一帶為條形地帶。

一級(jí)臺(tái)地區(qū):分布在黃土臺(tái)塬的北側(cè)，高程511－560 m，地表較平坦，坡度不大，與汾河、黃河高階地接觸帶為陡坎。

臺(tái)塬前緣斜坡:分布于黃土臺(tái)塬的邊緣，坡度較大，高差約100多m，地形切割嚴(yán)重。該區(qū)沖溝密布，剖面大多呈“U”字型，溝長(zhǎng)一般為1.0－2.5 km，最長(zhǎng)可達(dá)5.0 km，溝壁兩側(cè)較陡立，溝底較平坦。

2 黃土的性質(zhì)

黃土的性質(zhì)大多由黃土微觀結(jié)構(gòu)所決定。黃土微觀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)稱為黃土微結(jié)構(gòu)，是在顯微鏡下觀察到的黃土微觀結(jié)構(gòu)，包括單一礦物顆粒、多礦物組成的集合體、膠結(jié)物質(zhì)、孔隙等結(jié)構(gòu)單元。黃土的微結(jié)構(gòu)是在黃土堆積后，經(jīng)過(guò)成巖作用過(guò)程而形成。不同地區(qū)在不同地質(zhì)環(huán)境下形成的黃土微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同。黃土的特殊工程地質(zhì)性質(zhì)—濕陷性與黃土的微結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。黃土濕陷現(xiàn)象的發(fā)生，土體破壞，實(shí)質(zhì)上是黃土的微結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果。黃土在一定壓力(土自重壓力和外壓力)作用下，受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生的顯著下沉現(xiàn)象，稱之為濕陷。具有濕陷性的黃土稱為濕陷性黃土。濕陷性黃土又分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土。

2.1 黃土的基本物理性質(zhì)

黃土的物理性質(zhì)主要包括土的粒度成分、可塑性、含水量和孔隙比等，其指標(biāo)與濕陷性有很大關(guān)系。

(1)顆粒組成。濕陷性黃土的顆粒以粉粒(0.05－0.005 mm)為主，含量常在 60% 以上;其次為砂粒(＞0.05 mm)，約占 10%－30%;黏粒(＜0.005 mm)最少，約占8% －26%。隨著砂粒減少，黏粒增多，濕陷性減弱。

(2)干重度。干重度增大，濕陷性減弱。干重度超過(guò)15 KN/m3以上時(shí)，濕陷性一般就很微弱了。

(3)天然孔隙比。天然孔隙比是影響黃土濕陷性的主要指標(biāo)，當(dāng)其他條件相同時(shí)，黃土的天然孔隙比越大，則濕陷性越強(qiáng)。

(4)天然含水量。黃土的天然含水量與濕陷性和承載力的關(guān)系均十分密切。天然含水量低時(shí)，濕陷性強(qiáng)烈，但土的承載力卻很高，隨含水量的增大，濕陷性減弱。

(5)飽和度。飽和度和濕陷系數(shù)成反比直線關(guān)系。飽和度愈小，土的濕陷系數(shù)愈大，表明濕陷強(qiáng)烈。隨著飽和度的增大，濕陷系數(shù)減小。

(6)液限。液限是決定黃土力學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)液限在30%以上時(shí)，黃土的濕陷性較弱，且多為非自重濕陷性。液限小于30%時(shí)，濕陷性較強(qiáng)烈。

2.2 峨嵋臺(tái)地黃土的物理性質(zhì)及濕陷性

據(jù)觀測(cè)，峨嵋臺(tái)地黃土的物理性質(zhì)指標(biāo)及濕陷性情況詳見(jiàn)表1。

表1 峨嵋臺(tái)地黃土的物理性質(zhì)指標(biāo)及濕陷性一覽表

3 峨嵋臺(tái)地黃土地質(zhì)災(zāi)害

經(jīng)實(shí)地調(diào)查，峨嵋臺(tái)地發(fā)育的黃土地質(zhì)災(zāi)害的主要類型有以下三種:一是黃土濕陷凹地及落水洞;二是黃土滑坡、崩塌;三是地裂縫。

3.1 黃土濕陷災(zāi)害

黃土濕陷災(zāi)害都是由于水的侵入造成的，按照浸水來(lái)源可將其分為地表積水入滲型黃土濕陷災(zāi)害和地下水位抬升型黃土濕陷災(zāi)害兩種類型。在峨嵋臺(tái)地，由于地下水位埋深大于100 m，主要的黃土濕陷災(zāi)害表現(xiàn)為地表積水入滲型黃土濕陷災(zāi)害。

地表積水入滲，增大了地基土的含水量，使其承載力銳減，從而使建筑物受損。同時(shí)，地基滲水總是不均勻的，自滲水點(diǎn)向外圍滲入水量逐漸減少，直至接近原天然含水量。這樣，就造成了地基性能惡化程度的輕重不等，沉降不均，從而極易造成墻體剪裂，導(dǎo)致建筑物受損或被毀。

峨嵋臺(tái)地地表大部分為上更新統(tǒng)沖洪積、風(fēng)積黃土所覆蓋，土質(zhì)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，易于地表水入滲。該黃土層為濕陷性黃土，當(dāng)?shù)乇矸e水時(shí)，易在積水區(qū)形成陷坑及濕陷凹地。萬(wàn)榮西范村東1.0 km處發(fā)育有條形濕陷凹地。在萬(wàn)榮榮河鎮(zhèn)北趙引黃建設(shè)項(xiàng)目部的后院發(fā)育有一處直徑約20－30 m，深度1.0－1.5 m的濕陷凹地。在萬(wàn)榮縣城關(guān)變電站，由于黃土地基濕陷，沉降不均，造成變電站墻體開(kāi)裂，萬(wàn)榮縣膠丸廠西圍墻裂縫。

沖溝兩側(cè)及溝底，“落水洞”較為發(fā)育，深最大可達(dá)20 m。該區(qū)“落水洞”的特點(diǎn):地表表現(xiàn)為凹地或串珠狀、條帶狀凹地;溝谷兩側(cè)，“落水洞”一般較直立，有向低處出水的暗洞;“落水洞”發(fā)育的晚期也可能在地表形成溝谷?！奥渌础弊畲笾睆郊s1 m，其可能的成因?yàn)?初期，降雨匯集的水流沿黃土中的垂直節(jié)理入滲，隨著年復(fù)一年沖蝕作用而形成。

工程中遇到陷坑及濕陷凹地，要開(kāi)挖一定的范圍及厚度，按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025－2004)的要求，消除一定的濕陷量。

3.2 黃土滑坡和崩塌

黃土力學(xué)強(qiáng)度低，當(dāng)坡度較陡或存在臨空面，在人為活動(dòng)、降水等因素影響下，就可能產(chǎn)生土質(zhì)滑坡體和塌落體。西光華—吳王一帶，沖溝岸坡底部大多出露上更新統(tǒng)下部和下更新統(tǒng)上部的砂層，砂層結(jié)構(gòu)松散，使上覆地層易形成滑塌現(xiàn)象。在萬(wàn)榮縣萬(wàn)泉鄉(xiāng)的大寨湖水庫(kù)上游，由于垂直節(jié)理的發(fā)育及水庫(kù)蓄水等因素，發(fā)育有滑坡群，最大的滑坡體面積達(dá)到 0.42 km2。

要作好黃土地區(qū)滑坡與崩塌的防治，首先要搞好滑坡、崩塌災(zāi)害知識(shí)的宣傳普及，使人們從事工程建設(shè)活動(dòng)時(shí)自覺(jué)遵循自然規(guī)律，避免一些使斜坡“加載”、削弱滑坡“抗滑能力”的工程以及大量爆破等誘發(fā)滑坡、崩塌的活動(dòng);其次，要加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估和勘察，防患于未然。在施工前，首先要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估和勘察，弄清斜坡的穩(wěn)定情況。

3.3 地裂縫

根據(jù)實(shí)地調(diào)查和走訪，在萬(wàn)榮縣城附近主要分布有三組地裂縫。一組地裂縫位于萬(wàn)榮城北變電站西南約 300－400 m處，主體走向?yàn)?NEE85°到NE45°。另一處在解店鎮(zhèn)村民黃玉耀的耕地內(nèi)，寬度20 cm，深度1.2 m，據(jù)村民黃玉耀講，該地為水澆地，每年都有陷坑出現(xiàn)，位于其東側(cè)的耕地也有“流?？p”(當(dāng)?shù)卮迕駥⒌亓芽p稱為“流?？p”);第二組地裂縫位于萬(wàn)榮縣原城北苗圃，該段地裂縫走向NWW310°，長(zhǎng)約800 m，最寬處達(dá)4－5 m，可見(jiàn)深度約10 m。該地裂縫1971年8月20日晚發(fā)生，現(xiàn)已回填，當(dāng)今仍能看到地表陷坑及高低不平、局部塌陷特征;第三組地裂縫位于萬(wàn)榮縣城東的城關(guān)變電站、萬(wàn)榮膠丸廠一帶，該裂縫呈多條組合，走向大概為NWW。此外，區(qū)域上出現(xiàn)地裂縫的地點(diǎn)還有萬(wàn)榮縣的薛店、捻底、里望、榮河、蔡村、尚家村、薛李及鹽湖區(qū)的上馬、下馬等地。

據(jù)調(diào)查，該地區(qū)地裂縫既沒(méi)有水平錯(cuò)動(dòng)，也沒(méi)有明顯的垂直位移，而且多是由于下雨或澆地而引發(fā)的，這與黃土中垂直節(jié)理發(fā)育及黃土的濕陷性是分不開(kāi)的。

工程建設(shè)中如遇到地裂縫要盡量避開(kāi)，確實(shí)要跨過(guò)的需開(kāi)挖一定的深度的范圍，分層回填方可建設(shè)。

4 結(jié)語(yǔ)

濕陷性黃土的地質(zhì)災(zāi)害危害是嚴(yán)重的，對(duì)于峨嵋臺(tái)地黃土地質(zhì)災(zāi)害的防治原則應(yīng)是以預(yù)防為主，避讓與治理相結(jié)合。

［1］馮志焱編.濕陷性黃土地基［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.

［2］GB50025－2004 濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.