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摘要：本文是通過在關中東部渭河南岸某地的黃土室內試驗和現場浸水試驗的結果對比分析，指出該區域黃土濕陷性的特性，并通過對試驗區域Q3晚更新世黃土的厚度及顆粒分析，指出該區域黃土形成的物質來源，并在此基礎上對該區域黃土特殊的濕陷特性加以解釋。...

關中東部黃土濕陷特性及物源分析

萬再新劉俊峰張繼文劉爭宏

（1.機械工業勘察設計研究院陜西西安710043 ;2.咸陽市建筑設計研究院地基公司陜西咸陽712000）

1、前言

黃土古稱“黃壤”，是一種第四紀沉積物，具有濕陷性這一特殊的工程性質。我國的黃土和黃土狀土的分布面積約64萬km2,占國土面積的6.3%。在黃河中游地區，西起賀蘭山，東到太行上，北起長城，南到秦嶺幾乎全部都被黃土覆蓋。

典型的黃土一般具有以下特征：

（1）顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；

（2）顆粒組成以粉粒（0.05~0.005mm）為主，含量一般在60%以上，粒徑大于0.25mm的較少。

（3）有肉眼可見的大孔隙，較大孔隙，一般在1.0mm左右；

（4）富含碳酸鹽類，垂直節理發育。

由于各地的地理、地質和氣候條件不同，使黃土的沉積厚度，地層特征和物理力學性質上都表現出明顯的差異性和變化，已有的研究表明，黃土高原的黃土在粒度組成、厚度及工程特征方面具有一定的變化規律：從西北向東南，黃土的粒度組成由粗變細，黃土堆積的厚度逐漸變小，黃土的濕陷性由強變弱。

2、關中東部黃土的工程性質

關中地區包括陜西的關中、山西西南部和河南西部，西界寶雞峽谷，東接三門峽一帶和中條山的北支附近（包括山西運城地區），北自北山、黃龍山，南至秦嶺。

該區內關于濕陷性黃土的一般認識為：濕陷性黃土層厚度在低階地一般為4～10m，高階地為6～23m，渭河流域兩岸多為4～10m。濕陷性和濕陷敏感性中等，低階地多屬非自重濕陷性黃土，高階地多屬自重濕陷性黃土。自重濕陷性黃土層一般埋藏較深，自重濕陷發展較緩慢，濕陷量小。地基濕陷等級一般為Ⅱ～Ⅲ級。

該區內濕陷性黃土的物理力學性質指標見表1。

表1 “關中地區”濕陷性黃土物理力學性指標

地貌	含水量 w (%)	天然密度 ρ （g/cm3）	液限 wL (%)	塑性指數 IP	孔隙比 e	壓縮系數 a (MPa-1)	濕陷系數 δs	自重濕陷系數 δzs
低階地	14 ～ 28	1.50 ～ 1.80	22 ～ 32	9 ～ 12	0.94 ～ 1.13	0.24 ～ 0.64	0.029 ～ 0.076	0.003 ～ 0.039
高階地	11 ～ 21	1.40 ～ 1.70	27 ～ 32	10 ～ 13	0.95 ～ 1.21	0.17 ～ 0.63	0.030 ～ 0.080	0.005 ～ 0.042

通過近幾年在關中東部渭河南岸某地對濕陷性黃土進行的一系列室內及現場試驗研究，我們發現關中東部渭河南岸晚更新世黃土的濕陷性與人們原來認識的有很大的不同。

現通過對關中東部的黃土濕陷性試驗，來說明該地區黃土的濕陷特性，并對其加以分析和研究。

2.1 基本性質

該試驗點位于關中東部渭河南岸某地，試驗場地位于山前黃土臺塬的渭河階地上。根據在試驗場地內開挖探井揭示的地層條件，試驗場地附近的地貌單元屬渭河Ⅱ級階地（低階地）。現場開挖探井兩口，在24.5m的深度范圍內，地基土可根據形成的地質年代分為4層。試驗場地地基土物理力學性質指標見下表2

2.2濕陷特性

2.2.1室內試驗結果

根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB 50025—2004）有關規定計算自重濕陷量的計算值，因地區土質而異的修正系數βo取0.90，得出

表2 地基土物理力學性質指標

地層	含水量 w (%)	液限 wL (%)	塑性指數 IP	孔隙比 e	壓縮系數 a (MPa-1)	濕陷系數 δs	自重濕陷系數 δzs
①黏質粉土	17.1	28.4	10.9	1.026	1.32	0.045	0.003
②粘質粉土	16.6	28.4	10.9	1.026	1.32	0.056	0.040
③1砂質黃土	14.1	26.6	9.9	1.034	0.68	0.038	0.027
③2砂質黃土	16.0	27.1	10.2	0.999	0.23	0.033	0.029
④粘質黃土	20.2	29.5	11.4	0.800	0.15	0.009	0.005

口探井的自重濕陷量計算值Δzs分別為531.1mm和396.3mm，按此判定試驗場地的濕陷類型為自重濕陷性黃土場地。兩口探井的濕陷量計算值Δs分別為963mm和722mm，由此判定地基濕陷等級為Ⅳ（很嚴重）級。

2.2.2現場浸水試驗結果

現場浸水試驗試坑呈圓形，直徑25m，深度0.5m。在浸水坑底部鋪設10cm厚的砂礫石。試坑平面布置見圖1。深層標點埋設在試坑底面以下2～24.5m深度范圍內。

經過114天的試驗，試坑內淺標點的平均沉降達到《黃土規范》規定的試驗終止條件，試驗終止時A和B測線淺標點及地面標點沉降組成的沉降剖面如圖2所示。從圖2可以看出，本次試驗黃土的自重濕陷表現出均質黃土的自重濕陷特征：濕陷中心和試坑中心重合，隨著距試坑中心徑向距離的增大，沉降逐漸減小，表現出相對于試坑中心呈中心對稱的沉降規律，試坑范圍內的地面沉降近似于拋物面。

現場浸水試驗結果表明試驗場地屬自重濕陷黃土場地，試驗終止時試坑地面沉降量最大值為1602.8mm，試坑內地面標點的沉降量平均值（各標點所代表平面面積加權平均）為1360.0mm。我們定義實測修正系數β0’為實測濕陷沉降量與室內實測濕陷量（不乘因地區土質而異的修正系數β0）之比，則以最大沉降量作為實測自重濕陷量，可得兩口探井的βo’分別為2.72和3.64；若以沉降量平均值作為實測自重濕陷量，可計算得βo’分別為2.30和3.09，計算出來的β0’與β0的建議值0.90相差極大。表3、圖3為西安南郊某地及河南西部某地同類試驗的結果，關中渭河南岸的黃土濕陷性十分顯著，遠遠大于其它地區。

表3 各地室內與現場試驗濕陷量表

試驗點自重濕陷量	西安南郊某地	關中東部某地	河南西部某地
室內計算值（mm）	141~458	396.3~531.1	350
現場試驗最大值(mm)	106	1602.8	103.0
計算β0’值	0.21~0.68	2.72~3.64	0.267~0.277

備注：圖中現場試驗值是沉降量最大值，室內計算值是以現場開各個挖探井的計算值的平均值。

圖3 試驗場地自重濕量計算值與實測值對比圖

根據已有的研究成果，黃土高原從東向西，黃土自重濕陷性是由強變弱的，而在渭河南岸某地的試驗點所表現出來的這種強烈濕陷性，是關中其它地區從來沒有過的，該試驗場地黃土的這種特殊性，應與其沉積成因、土的結構及顆粒組成有一定的關系。

3、關中東部黃土的粒度特征

為研究黃土顆粒組成對地基土濕陷的影響，在場地內采取了土樣進行了顆粒分析試驗，其中砂質黃土③層的顆粒分析粒徑級配曲線及其級配散點圖見圖4、5。

注：圖中陜西關中黃土平均顆粒組成資料來源于文獻表2-1。

分析砂質黃土③層中的顆粒分析結果，有如下特點：

（1）該地區砂質黃土的顆粒成分以砂粒和粉粒為主，其中砂粒（粒徑>0.05mm）含量超過50%的土樣占42.1%，粉粒（粒徑在0.005～0.05mm之間）含量超過50％的土樣占47.4%；

（2）平均含量砂粒為42％，粉粒為62％，粘粒為6％；與陜西關中黃土平均顆粒組成（砂粒14％，粉粒63％，粘粒23％）相比,存在較大差異（圖5），表現為砂粒含量偏大，粘粒含量偏小，粉粒含量接近。

（3）粒徑大于0.01mm所占的質量百分比為86％～93％，粘粒含量均不大于10％，為4％～8％。

通過以上分析可知，本試驗場地土層在顆粒組成方面具有其特殊性，較關中地區原有認識相比，其顆粒組成中粘粒含量偏少，砂粒含量偏大。4 關中東部黃土的物源分析通過對試驗場地土層分析，發現該區域沉積環境與關中其它地區有較大差異，第一層古土壤上部的Q3黃土厚度為19m，位于該試驗場以東渭河南岸潼關列斜溝，其Q3黃土厚度達到35.2m，而在西安地區該層黃土厚度一般在8m左右，例如位于西安市東南郊某地，該層黃土的厚度為9m。試驗場地附近地區Q3黃土層的這種特殊性，表明該層黃土沉積物源豐富，沉積速率快，顆粒間的固結、膠結程度較弱。

土粒粒徑的大小顯示出其物質來源的遠近，我國黃土高原的黃土由西北向東南方向粒度變細，黃土層厚度是逐漸變小的。而在本試驗區域，其顆粒組成中粘粒含量偏少，砂粒含量偏大，黃土層的厚度也呈現突然增厚的現象。而從潼關-華陰-西安方向Q3黃土層厚度變化以及華陰-西安方向沙粒含量含量的變化來看，該區域黃土的主要來源并非來之西北方向，沙粒含量的變化趨勢顯示其物質源來自本區東部或東北部，應主要屬于近源堆積。

從試驗點周邊的地質環境來看，近源物質的主要來源地有渭河、黃河、洛河交匯處的河漫灘地區以及潼關以東的黃河河漫灘、豫東黃河古河道沙地等物源區。

關中東部渭河南岸黃土粒度及厚度的變化表明本區域既有東南偏北風搬運來的近源物質（主要為砂粒）的參與，也有西北風搬運來遠源成分（主要為粉粒和粘粒）的堆積，而不是單一的物源、單一的風向形成的。也就是說，關中東部渭河南岸以南晚更新世以來的黃土是西北風從西北沙漠、東北風或東風從渭河、黃河河漫灘、黃河古道沖積物種搬運來的物質混合堆積而成的，因此該地區黃土由于有近源物質的大量堆積，使得黃土的堆積速度加快，成土成壤及固結作用相對減弱。

4、結論

（1）根據本次試驗結果，試驗場地所處的區域實測修正系數βo’的比βo建議值0.90（關中地區）大出許多，這種現象在以前的關中地區浸水試驗中是沒有過的，該區域有其特殊性。

（2）本試驗場地土層在顆粒組成方面具有其特殊性，較關中地區原有認識相比，其顆粒組成中粘粒含量偏少，砂粒含量偏大。

（3）通過對試驗區域地層及顆粒分析，認為關中東部渭河南岸以南晚更新世以來的黃土是西北風從西北沙漠、東北風或東風從渭河、黃河河漫灘、黃河古道沖積物種搬運來的物質混合堆積而成的，因此該地區黃土主要為近源物質的大量堆積。

（4）由于該區域黃土顆粒的特殊性和近源物質的大量堆積，使得黃土的堆積速度加快，成土成壤及固結作用相對減弱，導致該區域黃土的濕陷作用十分強烈。

參考文獻：

1.劉祖典.黃土力學與工程.西安：陜西科學技術出版社，1997年.

2.錢泓縉，王繼唐，羅宇生，等.濕陷性黃土地基.北京：中國建筑工業出版社，1987年.

3.中華人民共和國國家標準.濕陷性黃土地區建筑規范（GB 50025-2004）.北京：中國計劃出版社.2004.

4關文章.濕陷性黃土工程性能新篇.西安：西安交通大學出版社，1992年.

5馬侃嚴.勘察科學技術，2009.10

(本文來源：陜西省土木建筑學會文徑網絡：文徑尹維維編輯劉真審核）