渭北地區(qū)氣候演變與黃土濕陷性異常
——以陜西省旬邑縣黃土工程性質(zhì)為例

李 鵬

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，西安 712000)

0 前 言

黃土多為非飽和土，黃土主要工程特性具濕陷性，即在一定壓力作用下受水浸濕后，結(jié)構(gòu)迅速破壞，發(fā)生顯著濕陷變形，同時強度隨之降低，使建筑在其上的各種構(gòu)筑物發(fā)生破壞，嚴重影響建筑物的使用的特性[1]。中國學者對黃土的沉積環(huán)境、物理力學特性、濕陷的機理及濕陷與物理力學參數(shù)的關(guān)系進行了大量的理論研究[2-5]，認為黃土濕陷為多因素綜合控制的結(jié)果，水與壓力為黃土濕陷的主要外在影響因素，同時研究表明，黃土濕陷性主要受含水率、天然密度、孔隙比等影響較大，一般認為當干密度較大、孔隙比較小的情況下黃土不再具有濕陷性[6]。

在渭北地區(qū)旬邑縣王家咀水庫勘察中發(fā)現(xiàn)局部段在干密度、孔隙比差異不大的情況下其濕陷性差異較大，而現(xiàn)場調(diào)繪發(fā)現(xiàn)其可能與地區(qū)氣候演變有關(guān)，為進一步查明氣候演變對濕陷性的影響，本文結(jié)合工程區(qū)范圍內(nèi)磁化率剖面、工程區(qū)巖土體物理力學性質(zhì)、濕陷系數(shù)的變化特點對濕陷性的氣候影響因素進行了研究。

1 研究區(qū)氣候演變情況

結(jié)合已有研究認為，在第四系上更新統(tǒng)-中更新統(tǒng)工程區(qū)夏季風及其引起的降水變化具有一定周期性，夏季風增強降水量較大時期即磁化率較大時期與古土壤地層基本對應(yīng)，30 m范圍內(nèi)，深度對應(yīng)于9～11 m和18～22 m。

2 黃土工程性質(zhì)及氣候演變影響

2.1 黃土物理力學性質(zhì)分析

在旬邑縣王家咀水庫壩址區(qū)右壩肩開挖深度為22 m的探井，并取原狀樣16組進行室內(nèi)物理力學試驗，試驗結(jié)果如表1，各巖土體物理力學指標隨深度變化如圖1。綜合分析圖表試驗數(shù)據(jù)，比重、含水率、液性指數(shù)等于水理性質(zhì)相關(guān)性較強的指標以及力學指標飽和抗剪強度隨深度變化沒有明顯的規(guī)律性，而密度、孔隙比、壓縮系數(shù)、壓縮模量、濕陷系數(shù)等指標與深度變化有較明顯的規(guī)律。

表1 原狀土物理力學試驗匯總表

圖1 濕陷系數(shù)及物理力學性質(zhì)隨深度變化情況圖

2.2 黃土物理力學性質(zhì)與濕陷性關(guān)系

結(jié)合密度、孔隙比、壓縮性等指標變化情況，認為黃土濕陷性整體與成因時代(巖土體埋藏深度)，整體上具有較好的相關(guān)性，隨深度增大濕陷系數(shù)減小，對應(yīng)樣品干密度增大，孔隙比、壓縮系數(shù)減小。而在黃土-古土壤轉(zhuǎn)變處附近，有局部突變層，表現(xiàn)為濕陷系數(shù)、孔隙比、壓縮系數(shù)有突變性減小，干密度有突變性增大。

綜合分析認為，黃土密度、孔隙比、壓縮系數(shù)等物理力學性質(zhì)及濕陷，不僅僅受成因時代的影響，可能還受氣候演變導(dǎo)致的干濕沉積環(huán)境的影響。

2.3 氣候演變對黃土濕陷性的影響

結(jié)合夏季風強弱變化及氣候演變的重要替代性指標——磁化率隨深度的變化及濕陷性系數(shù)隨深度的變化情況(見圖2)，Q2上部及Q3黃土濕陷性與氣候變化趨勢有一定的相關(guān)性，非濕陷性土層深度(圖2陰影部分)多對應(yīng)磁化率由高變低突變完成段，即夏季風增強降水量較大時期向降水量較小時期轉(zhuǎn)變段，地層對應(yīng)于各層古土壤上部黃土層。

圖2 磁化率與濕陷系數(shù)的關(guān)系圖

分析認為，氣候變化對黃土濕陷性的影響主要體現(xiàn)在：在相對濕潤～相對干旱轉(zhuǎn)換的沉積環(huán)境下，土層的沉積孔隙比更小、干密度更大、壓縮性更小，進而在整體濕陷性土層分布有非濕陷性夾層，非濕陷性夾層厚度3 m左右。

3 結(jié) 語

(1) 黃土濕陷性不僅受成因時代導(dǎo)致的密度、孔隙比、壓縮性等影響，可能還受氣候演變等沉積環(huán)境的影響，在相對濕潤～相對干旱轉(zhuǎn)換的沉積環(huán)境下濕陷性土層中可能分布有非濕陷性夾層。

(2) 水利工程中線路工程、水池類建筑物等具開挖減載特征的，對下部巖土體承載及變形要求不高的工程，在滿足濕陷起始壓力的前提下，可利用厚度相對較大的非濕陷性夾層作為基底。

(3) 水利工程中水庫樞紐等重要建筑物需對濕陷性進行完全處理的，黃土濕陷性處理方面應(yīng)利用黃土濕陷性隨氣候演變而變化的特點進行進一步研究其預(yù)浸水時間及其他處理措施的時間，進一步提高濕陷性處理效率。