湿陷性黄土论文11874

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1、 湿陷性黄土与黄土地区地质灾害 一、黄土 黄土是一种第四纪地质历史时期干旱气候条件下的沉积物。 刘东升等在 1965 年指出， “以风力搬运堆积未经次生扰动的、无层理的、黄色粉质富含碳酸盐并具有大孔隙的土状沉积物称之为黄土。 具体说就是以分布在山西、陕西和甘肃等地构成黄土高原的黄土做代表。风力搬运堆积外的其他成因的黄色的，又常常有层里和砂、砾石层的粉质沉积物称之为黄土状岩石。 ”黄土状岩石解释一般所称的次生黄土，其成因与黄土有一定联系，多数为黄土经流水等营力再搬运，在干旱和半干旱地区内再沉积而成。一般认为黄土具备以下全部特征： 1、为风力搬运沉积，无层理。 2、颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰

2、黄色。 3、颗粒组成以粉粒为主，含量一般在 60%以上，几乎没有粒径大于0.25mm 的颗粒。 4、富含碳酸钙盐类。 5、垂直节理发育。 6、一般有肉眼可见的大孔隙。 当缺少其中的一项或几项特征时，称为黄土状土或次生黄土，满足前述所有特征的称为原生黄土或典型黄土。 一般将原生黄土和次生黄土统称为黄土。 二、黄土的湿陷性 黄土湿陷性是指土在上覆自重应力或总应力作用下， 当受浸湿时产生 急剧而大量的附加下沉现象。 影响影响黄土湿陷性的因素很多， 内部因素主要是由于土本身的物质成分（颗粒组成、化学成分、矿物成分） 、结构及含水量，外部条件包括水和压力的作用。一般情况下，黄土中黏粒含量越多，湿陷性越弱

3、，但有时还与小于 0.001mm 的颗粒的含量及其赋存状态有关，黏粒含量中小于 0.001mm 的颗粒含量对湿陷性影响较大， 就赋存状态来看，若黏粒基本分布于骨架颗粒之间，则能起到很好的“胶结”作用；对黄土湿陷性有影响的化学成分主要是碳酸钙、 石膏与其他易溶性盐的含量及其赋存状态，就赋存状态而言，若它是以薄膜状分布或与黏粒混在一起构成集合体时，它就是胶结物的一个重要部分，从而影响黄土的湿陷性；在某一定值压力作用下，黄土的孔隙比越大，湿陷系数也越大；天然含水量越高，黄土的湿陷性越低，它们之间呈反相关，这主要是作为胶结物的粘粒天然含水量增加，连结力减弱，相同压力下压缩性提高，而土体的变形空间是一定

4、的，压缩量与湿陷量之和趋于定值，因此压缩量与湿陷量在某种程度上互为消长，压缩量增加，则湿陷量减弱。 由于不同地区黄土形成的自然条件和地质条件的不同， 其湿陷性也有较大不同， 因此湿陷性黄土分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，自重湿陷性黄土是由于黄土浸湿后在上覆饱和自重压力下就会产生湿陷，而非自重黄土则只有在超过自重应力一定值时才会发生湿陷。反映黄土湿陷性的主要指标有湿陷系数、 自重湿陷系数和湿陷起始压力。 湿陷系数是衡量一黄土层在某一定值压力下是否具有湿陷性以及 其湿陷性强弱的指标，它反映黄土对浸水湿陷的敏感度，湿陷系数越大，土体受水浸湿后的湿陷量越大。自重湿陷系数是表示黄土湿陷性试验中土样

5、压力若采用上覆土的饱和自重压力时的湿陷系数。 湿陷起始压力从本质上讲，相当于土受水浸湿后的残余结构强度，浸水后，当外界压力在土粒间引起的剪应力小于残余结构强度时， 在土中只发生压密变形，当外界压力超过残余变形时，土的结构单元将发生错动以致破坏，开始湿陷。 黄土是否湿陷及湿陷性大小与其所受的压力有密切关系。研究表明，我国西北部主要地区不同阶地和不同深度黄土的湿陷性均随所受压力增高而增大，而黄土的层位越深，这个性状的表现过程越滞后，即显示出开始显示湿陷的压力越高，且湿陷系数的峰值的出现也越晚。压力对黄土湿陷性的影响，实际上是黄土结构性对湿陷性的影响，黄土的湿陷起始压力与饱和状态下的“前期固结压力”

6、都是引起饱和黄土结构开始破坏的压力。 三、黄土地区地质灾害 黄土滑坡是我国黄土地区发育的一种斜( 边) 坡表生地质灾害, 它以其多发性、危害性而严重制约着区域经济的发展。 黄土滑坡之间存在相互制约或叠加的链状关系，其发育、分布在时空上环环相扣、彼此影响；同时与人类工程活动有着明显的成生关系, 表现为灾害的分布范围与工程分布范围、 发生时间与工程活动时间存在比较明显的一致性。这两种关系相互作用，共同决定着黄土滑坡的类型、规模、分布和发展趋势。黄土滑坡具有特有形成条件、产生原 因、变形破坏机制、几何边界条件、起动-运动-停止阶段，其形 成是在重力作用下， 经历了前部长期变形破坏引发后部滑坡叠加的地

7、质过程。概括起来，可以分为以下几个过程。 1.蠕动-拉裂阶段 滑坡区地层上部多为Q 2黄土，下部为T3 (三叠系)砂泥岩互层，岩层倾向与坡便产生拉裂，坡面表现为断续的拉张裂缝，为地表水的进一步渗入提供了条件，导致蠕动变形加剧，拉裂向下逐渐加深。随着坡体的进一步蠕向基本一致。大气降水沿黄土垂直节理入渗，在泥岩顶部形成饱和带，斜坡在入渗条件下由不饱和状态转化为饱和状态，在地下水及外动力作用下滑面逐渐形成，降低了黄土的抗剪强度值，导致坡体在自重作用下开始向临空方向蠕动。 随着斜坡土体强度的逐渐减弱，最终因抗剪强度小于剪切应力而发生变形，其后缘处于拉应力状态。当拉应力超过后缘坡体的抗拉强度时，坡面上的

8、拉张裂缝不断扩展、加长，坡体两侧也相继出现剪切裂缝，滑体的雏形基本形成。 2.滑动-破坏阶段 饱和土层在外动力作用之前，土骨架未产生滑移，外部重力全部由土骨架来承当。拉裂逐渐加深，待坡体的软弱带全面贯通后，坡体后缘段便以一定推力推动主滑段。 当此推力加上主滑段自重分力的复合作用使主滑带面上的剪切力大于其自身的抗剪力时， 坡体便开始整体向下蠕动，前一级牵引着后一级，同时后一级滑体楔形体也推挤前一级滑体。受剪应力作用的土颗粒就会产生相应滑移，改变排列状态，产生孔隙水压力，导致有效应力降低，产生轻微液化，加速了滑坡体变 形的发展，产生滑动-破坏。 3.逆掩-压密阶段 在滑体滑移的过程中，前缘坡体选择

9、最能消除剪应力的面，以最易散能的方式不断挤出。由于前缘地形平缓，不具有明显的临空高度，所以大多数坡体选择坡内缓倾的面，以逆掩形式，沿最小阻力的地带挤出，表现为地面隆胀、路面缩窄等破坏形式。其中，以川口黄土滑坡最为典型，其表部及前舌被黄土覆盖，前舌一带出现地面鼓胀隆起变形，楼房及马路被堆挤破坏，古河道推移改道，由昔日的大河曲变成现在的小河曲。经历上述3个过程后，坡体在滑动面摩擦阻力的作用下逐渐趋于稳定。滑动面附近的土体由于压密，固结程度提高，整个滑坡的稳定性也有所提高。 土滑坡是特定地质下地理环境下的一种自然和人为灾害，地形地貌、地质构造、地层岩性、岩土体结构特性、新构造活动及地下水等条件是影响

10、其发生、发展的主要地质因素，而大气降水及爆破、人工开挖和地下开采的人类工程活动等非地质因素对斜坡的变形破坏也起重要的诱发因素 1.地形地貌及地层岩性 黄土滑坡多发育于遭受侧向侵蚀和冲沟深切的黄土斜坡带、 黄土梁间凹地及黄土塬边等；同时，黄土中的古土壤与黄土相互交错并成层分布，产状倾斜，易顺层产生滑动；黄土层的下伏地层岩性变化大,类别复杂，呈现有规律的带状分布，主要为石灰岩、砂岩、泥岩。石灰岩和砂岩透水性较差， 起着相对隔水的作用，形成区内大量黄土滑 坡的滑床；泥岩遇水呈泥状，顺层流动，形成良好的滑动界面；黄土与红土间往往具有顺坡向分布的泥质软弱带或岩土界面。 这些软弱带的埋深在很大程度上决定了

11、滑坡体的规模， 其形状直接控制着滑坡体的稳定状态，成为导致黄土滑坡的基本控制因素。 2.斜坡土体 斜坡的失稳滑动， 是作用于滑坡这一系统的下滑力超过了滑床的抗滑力的结果，滑力主要来自滑坡体自重力沿滑动面的下滑分力，以及静水压力、动水压力、和地震力等附加力。黄土结构疏松、多孔隙、垂直节理发育、遇水易崩解，具有湿陷性和软化性，所有这些构成了黄土斜坡产生的静态背景。 3.大气降水及地下水 暴雨对坡体稳定性影响主要表现在：雨水通过黄土垂直和侧向渗透， 坡体的孔隙水压力增大、容重增加、基质吸力减小和产生击打力。分析发现，斜坡变形破坏与年降雨量的季节变化明显对应相关，其活动强度与降雨量大小呈滞后的正相关关

12、系。在黄土滑坡的形成条件中， 地下水的活动为斜坡变形破坏提供了十分重要的动力条件。 地下水沿裂隙面下渗并常在沟谷底部溢出，改变了斜坡的水文地质条件，一方面增加了斜坡土体的重量， 对不稳定土体产生静水压力或动水压力及向上的浮托力；另一方面降低了斜坡体中软弱结构面的抗剪强度，并起着溶解、冲刷的作用，使不稳定土体和稳定土体之间的侧向摩擦力减小，降低了黄土斜坡土体的稳定性。 4.人类工程活动 由灌溉诱发的陕西华县滑坡介绍，该滑坡位于黄土台塬边缘，台塬面上的水库灌溉渠年久失修、严重老化破损，导致灌溉水向坡体内渗漏时诱发滑坡发生的一个重要因素，滑坡体积虽然不大，但是滑坡启动后又沿着坡度 10 度左右的缓坡

13、面以每秒 4 米左右的速度滑移了 1 公里左右，具有明显的流滑特点，这种高速远程的流滑破坏是造成这次重大灾害的原因。不仅是灌溉，人工开挖和地下开采的人类工程活动等非地质因素也可能是湿陷性黄土滑坡的诱发因素。 地裂缝与地面沉降是黄土地区，尤其是西安地区的一种地质危害，西安地区目前已查明确认的地裂缝有13条, 分布在皂河以东、 渭河以南、长安临潼大断裂以北的广大区域， 地裂缝的存在直接影响了城市建设规划和土地的利用率。 地裂缝与地面沉降的主要影响因素： 1)西安处于渭河盆地的中部、 西安断陷的东南隅。 北以渭河断裂为界， 东南以长安临潼断裂为界， 其中长安临潼断裂在近代具有很强的活动性，控制着西安

14、地裂缝的发展。目前已查明的13条西安地裂缝均位于该断裂北侧，两者走向一致，组成了统一的断裂系统，并影响了西安地区黄土梁洼地貌的地形变化。 2)上世纪90年代以前，西安市的城市用水全部取自地下水，而且城郊和许多单位尚有数百口自备井，集中开采埋深100 300 m 的深层承压水。由于长期的过量抽汲同一层位的承压水，使区域水位下降，由此引发深层承压含水层的压密， 使该时期内抽水引起的地面沉降量大于构造活动沉降量，出现了严重的地面沉降，并加剧了西安地裂缝的发展。 地裂缝的特征 1)地裂缝都发育在特定的构造地貌部位， 即梁岗的南侧陡坡坡脚一带。 2)地裂缝大多是由主地裂缝和分支裂缝组成的， 少数地裂缝的

15、主要地裂缝伴生次生地裂缝和分支裂缝， 次生地裂缝分布在主地裂缝的南侧, 总体倾向北西，在剖面上与主地裂缝组成“ Y”字型。 3)主地裂缝总体走向北东， 呈不等间距近似平行排列， 平面呈锯齿状， 剖面呈波状。 4)地裂缝总体具有很好的连续性， 每条地裂缝的延伸长度可达数公里至数十公里，且有时断时续、时隐时现的特点。 5)地裂缝的活动为一缓慢的蠕动过程， 主要表现为主地裂缝的南侧下降、 北侧相对上升， 且上升与下降速度不同， 次生地裂缝则与之相反。 6)地裂缝的垂直位移具有单向累积的特性，断距随深度加深而增大。 7)地裂缝的出露多发育在黄土梁洼区， 在东西两侧的阶地地区出露较少，多为推断隐伏地裂缝

16、。 地裂缝与地面沉降的危害， 西安地裂缝主要发育于建筑密集的城区和近郊，随着地裂缝活动的持续进行，其变形不断累积增大，使跨地裂缝或位于变形区的建筑物逐渐开裂，道路挠曲、裂缝、错断、引导地下水渗入，造成黄土湿陷、路面塌陷，增加了交通事故因素。西安地裂缝整体走向为北东向，而城市道路及管道多为南北向或东西向，因此这些道路及管道势必要跨越地裂缝。据调查，每年有10多处供水管道被地裂缝错断破坏。在湿陷性黄土区，管道断裂后水下浸引 起地基土湿陷变形，造成了附近建筑物的不均匀沉降。地面沉降加剧了地裂缝的活动和发，造成了地面倾斜与变形，引起建筑物的沉降和倾斜，城市供水排水设施基准发生变化，影响使用，部分受到损

17、坏。 地面沉降形成槽形低洼地，加剧了城市暴雨积水灾害。 许多黄土理论和黄土工程性质研究都发现， 中国黄土颗粒作为具有明显的地带性分布规律，即西北粗、东西细。根据对黄河中游水土流失调查项目沿线黄土区滑塌现象的野外调查，以前人们研究结果分析， 发现黄土滑塌灾害的形成发育不仅具有明显的地域性， 而且黄土滑塌灾害的发生极其发育程度与黄土本身的物质组成、结构，尤其是黄土颗粒成分变化的地带性密切相关。刘东生等( 1965) 根据黄土高原黄土颗粒成分测试结果， 自西北向东南依次划分出三个带， 即砂黄土带、黄土带和粘黄土带， 滑塌地质灾害的地域性与黄土颗粒成分变化的地带性极为一致。可以认为，黄土滑塌是砂黄土和

18、粘粉质黄土斜坡特有 的地质灾害现象，但滑塌作用的发生通常还受以下因素的影响:滑塌作用主要发生在高度10 m 以上，甚至100 m 以上的主要由厚层马兰黄土组成的斜坡带，黄土斜坡的坡度通常50度以上，斜坡下部为离石黄土者也可发生。由于组成砂黄土的砂粒和粗粉粒含量高达85%，而0.005 mm 粘粒含量小于10%，这类黄土具有较高的摩擦强度，内摩擦角可达28度到34度，因此常形成高陡的天然斜坡，而且滑塌破坏的滑床坡度仍可达50度到60度。在自然条件下，在川地和大型冲沟两侧， 黄土斜坡可因河水侧向浸蚀或洪水冲刷坡脚( 非基岩出露的冲沟、 河道) 而发生滑塌，并且雨季比旱季发生的频率高。在川地或大型冲

19、沟中，修筑水库引起的水位抬高、库水浸润坡脚等，可诱发黄土滑塌灾害发生。在黄土塬边和其他黄土斜坡地带，因修筑坝高、坡比过大而出现强烈滑塌现象。特别是一些县、乡镇级公路建设中，斜坡内侧虽留有排水沟，但大多未进行衬砌，促使雨水聚集、渗透、坡脚浸水软化，反而易诱发黄土滑塌灾害。 黄土滑塌灾害的形成机理研究，实践表明，在解决黄土地质工程问题时，首先要合理地确定工程地质预报时所必须的工程地质力学模型， 这是地质工程问题预测预报的基础， 地质模型和数据的精确性决定分析结果的可靠性， 离开可靠的地质模型分析任何分析方法和精度都是无意义的，初步研究表明，黄土斜坡( 边坡) 滑塌作用在产生机理和破坏方式上介于崩塌

20、和滑坡之间， 它具有滑动变形的机制、滑床的分布特点，又有崩落、崩塌破坏作用的产物。黄土斜坡滑塌破坏过程大致可分为三个阶段: 早期后缘拉张破坏、滑体坐落、前缘强度屈服 ( 结构剪切破坏) 、坡脚鼓出阶段;快速滑动阶段; 破体结构解体、崩落和堆积阶段。 山西吕梁“1116”中阳县滑坡坍塌灾害事故现场垮塌的房屋 总结 参考文献 1胡海涛，周平根。论地质灾害与防治 J。西部探矿工程，1997， 9(1):1-5. 2王念秦,张倬元.黄土滑坡研究M .兰州:兰州大学出版社, 2005. 3陈松,陈国金,徐光黎.黄土坡滑坡形成与变形的地质过程机制J.地球科学(中国地质大学学报),2008,33(3):411- 415. 4张卫国,解连江,朱新平.黄土基底排土场基底型滑坡机理探J.露天采矿技术,2004,( 3):16-18. 5王启耀.暴雨对土坡稳定性影响综合分析J.工程地质学报,2002, 10( 增刊):316- 319. 6 李向阳. 浅谈黄土滑坡防治 J. 山西建筑, 2007, ( 33): 111- 112. 7张家明.西安地裂缝研究.西北大学出版社.1990 1文宝萍. 黄土地区典型滑坡预测预报及灾害对策研究M .北京:地质出版社,1997. 8 雷祥义,魏青珂.陕北伤亡性黄土崩塌成因与对策研究 J.岩 土工程学报,1998,20( 1):6469.