甘肃陇中地区黄土工程地质特性研究

三峡大学学报(自然科学版)

()JofChinaThreeGoresUniv.NaturalSciencesg

Vol.41Su.1pp

Se.2019p

:/DOI10.13393.cnki.issn.1672-948X.2019.S1.017j

],():引用格式:张学超,陈书文,朱维娜,等.甘肃陇中地区黄土工程地质特性研究[三峡大学学报(自然科学版)J.2019,41S174-77.

甘肃陇中地区黄土工程地质特性研究

张学超 陈书文 朱维娜 武鹏飞 白振宇

()中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津 300222

摘要:通过现场勘查与资料搜集,对陇中黄土的分布规律进行了总结.通过室内试验,得出陇中黄孔隙比.这对陇中地区湿陷性黄土的处理具有重大意义.关键词:陇中地区; 湿陷性黄土; 工程地质特性

)中图分类号:TU444 文献标识码:A 文章编号:1672-948X(2019S1-0074-04

土的基本物理力学性质,并研究了湿陷性与干密度、孔隙比的关系,得出湿陷产生的临界干密度、

GeoloicalCharacteristicsofHuantuProectsinLonzhonreaofGansuggjggA

(,,)ChinaWaterResourcesBeifannvestiationDesinandResearchCo.Ltd.Tianin300222,ChinagIggj

Zhanuechao ChenShuwen ZhuWeina WuPenfei BaiZhenugXgy

anddatacollection.Thebasicphsicalandmechanicalproertiesofloessinlonzhonreobtainedthrouhypggag

,laboratorests.Btudinherelationshietweencollasibilitnddrensitndporositatiotheytysygtpbpyaydyayr

,Abstract InthispaerthedistributionofHuantuinLonzhonssummarizedthrouhfieldinvestiationpgggigg

thetreatmentofcollasibleloessinLonzhonrea.pgga

;;Kewords Lonzhonrea collasibleloess enineerineoloicalcharacteristicsggapggggy

criticaldrensitndporositatioproducedbollasibilitreobtained.Thisisofgreatsinificanceforydyayrycpyag

1 陇中地区的地貌条件

陇中地区主要位于天水盆地的中北部以及黄土高原北部,因受地质沉陷和红、黄土层沉积,形成黄土丘陵地貌;中部小部分地区因受纬向构造带的断裂,形成渭河地堑,发育河谷地貌.陇中地区地貌类型如图1所示.

陇中盆地属于构造盆地以中高海拔黄土梁赤状

丘陵为主,并分布有黄土塬、黄土丘陵宽谷、红土丘陵和土石丘陵等.主要的地貌类型有:

)中海拔和中高海拔冲积洪积平原和台地,主要1

分布在黄河及其支流和渭河及其支流的河谷中.河谷与两边的黄土丘陵形成极大的高差.

)红土丘陵和土石丘陵,主要分布在黄河以南洮2

河以西地区及南部的西秦岭山前地带,局部地区分布

收稿日期:2019-03-28

有上覆较薄层的黄土,下伏红土的土石丘陵类型.

图1 陇中盆地地貌类型图

)黄土塬与黄土梁峁,主要分布在会宁的祖厉河3

流域,比较大的有白草塬.

)黄土梁赤状丘陵沟壑,主要分布在黄河以南、4

,:作者简介:张学超(女,工程师,硕士,主要从事岩土工程勘察等方面的研究.1990-)E-mail10461746@q.comq

第4等 甘肃陇中地区黄土工程地质特性研究1卷 增刊1 张学超,

75

秦岭以北、洮河以东、六盘山以西的广大厚层黄土覆盖地区.其中定西、会宁、平凉境内工程区,主要位于黄土高原北部.工程区海拔1中部发育500~2397m,北东走向的铁木山,其主峰海拔2铁木山两侧397m,发育祖厉河及其支流关川河、苦水河等.祖厉河河谷

[]1-3区内地势最低,红堡子段河面高程1500m.

地貌单元,厚度变化较大.其分布特点在相对隆起的低中山区黄土较薄,一般厚5~1而在相对凹陷5m;的盆地丘陵区沉积厚度相对较厚,一般1局0~20m,部可达3在沟脑、沟掌地及低洼处厚度较0m左右,

alp

)残塬区及Ⅲ级阶地上直接覆盖在上更新统(黄Q3

大,北部残塬区马兰黄土厚度可达4在沟掌地、0m.土状土之上,在相对隆起区直接覆盖于基岩上,其下伏地层多为新(古)近系地层.

alp

)黄土状土(主要分布于沟脑掌地、涧地以及Q3

2 陇中地区黄土的分布规律

陇中地区属于黄土丘陵地貌发育区,不同时代、不同成因的黄土广泛分布于黄土丘陵的残塬、梁峁地带和河谷阶地区.岩性主要有中更新统(离石黄Q2)

eoleol

())马兰黄土、全新统风积黄土(QQ.34

:离石黄土(一般构成黄土梁峁地形,多处于Q2)alp

)土、上更新统冲洪积(黄土状土及上更新统风积Q3

沟谷残留Ⅲ级阶地等地貌部位,其上多为马兰黄土覆局部为Q其厚度一般3具水平0~60m,2离石黄土.薄层理,颜色呈褐黄、灰黑、灰绿等杂色.

盖,局部裸露于地表,下伏地层多为新(古)近系地层,

3 陇中地区黄土的工程特性

3.1 物理力学特性

针对陇中地区分布的各类湿陷性黄土取了近百3.

组原状样并进行了室内试验.黄土试验结果见表1~

梁峁的下部,被马兰黄土或黄土状土覆盖,零星出露,与下伏地层呈角度不整合接触,厚度约40~100m.一般认为,第一层古土壤层至下砂质黄土层的底部为离石黄土.

eol

)风积马兰黄土(披覆于Ⅲ级阶地及以上各Q3

表1 竖井土样物理力学实验成果统计液限

塑限

粗砂0.70.4

类别马兰黄土黄土状土离石黄土

含水率干密度饱和度孔隙比中砂0.50.3

细砂1.61.6

粉粒74.673.7

粘粒23.324.3

W14.216.919

dρSr

e1.1570.971.0

WL33.732.7

WP18.918.0

1.261.381.4

33.946.5

2.00~0.500.50~0.250.25~0.0750.075~0.005<0.005

55.2

表2 竖井土样物理力学实验成果统计

天然快剪

饱和快剪

35.819.60.50.51.670.8

三轴(CU)

27.5

固结(天然)

类别

压缩系数

固结(饱和)饱和固结快剪

马兰黄土0.175

av.1-2

压缩模量压缩系数

黄土状土

离石黄土0.105

0.2

20.221

Es.1-2

26.423

20.6

1.092

av.1-2

压缩模量凝聚力

0.345

0.7

3.43347.0928.4

Es.1-26.3

C39.6

摩擦角凝聚力

Φ28.3

C3.75

摩擦角凝聚力

Φ28.3

C

摩擦角凝聚力摩擦角凝聚力12.2

摩擦角

Φ29.5

11.99

表3 竖井土样物理力学实验成果统计

渗透变形(垂直)

破坏形式流土流土流土

65.627.416.4826.2

6.7

27.9

2.63

9.06

5.2

30.1

7.76

CcuΦcu

C'Φ'20.8

27.431.1511.4

渗透变形(水平)

2.1

14.8

7.49

19.4

1.0

23.0

21.3

渗透系数

类别马兰黄土

-1

/((cm·s)/cm·s)

-1

垂直K20水平K20

临界坡降1.541.683.16

黄土状土1.569E-038.622E-04离石黄土

1.87E-03

8.04E-04

2.56E-031.20E-03

iK

破坏坡降7.93

iF

渗透系数临界坡降1.691.70.7

10.3115.75

1.45E-022.47E-031.21E-02

K20iK

破坏坡降10.948.92.5

iF

渗透系数

破坏形式流土流土流土

7.57E-033.86E-033.73E-05

K20

粉粒含量约占 马兰黄土中砂含量约占2.8%;粘粒含量含量约占2属于低液限粉质74.6%;3.3%,粘土.土体呈坚硬~硬塑状,孔隙比多大于1,结构疏

/属弱~强透水土层,可能会产生流土病cms范围内,

-1

害.天然状态下压缩系数(平均值0.a1175MPa,-2)变化范围较大,总体为中~高压缩性土;天然状态下,;抗剪强度平均值:饱和状态c=47.09kPaΦ=28.4°

-5-2

松~稍密实.渗透系数在6.09×10~1.06×10

76

三峡大学学报(自然科学版) 2019年9月

下抗剪强度:c=3.75kPa,Φ=28.3°以看出,饱水后强度降低明显,其凝聚力降低;从实验,成内摩擦果可角变化不大,属中高压缩性.综合考虑,马兰黄土整体工程性质较差黄土状土主要是.

由于冲洪积形成的,杂色,砂粒

含量约占占2.3%;粉粒含量约占73.7%粘粒含量约土2.4孔隙比随深度增大而减小.3%,粉粒含量相对较高,,一般在定名为低液限粉质粘;,平均值实;天然含水量1,一上般部在结9构.6稍%密~~中密0,.下6~部1结.34范围内构密19.6%范围内,

平均处于4.6%坚,硬液限~平硬均塑3状3.,1局%部;塑为限软平塑均状18;.渗7%透;系土数体多为

-4

-3

天然状态下压缩系数平均值.93×10~3.54×10,

属缩性土;天然状态下抗剪强度0于.平2M中等均P值a透-1

水,为中~弱透水~低压.=28.3°;饱和状态下抗剪强度C=39.6kPa

C=6.7kPa,φ,水后其凝聚力降低7.9°

,抗剪强度随土体含水量的增加呈下降趋势.该层土较密实,压缩性低,=

饱意到该土层含水量较大或饱水时强度大幅度降低.但应注,呈软土类土的性质.因此,从密实程度、压缩性、湿陷性

来看工程地质性质相对较好[4]离石黄土砂粒含量.

粒含量1.液性指数27.5%,0粉粒含量相对较高2.6%,粉粒~0.土体处于硬塑;塑性指数含量70.~可塑状181%.4,

,属~粘于低液限粉质粘土4,;孔隙比在54,

局部结构疏松.天然状态下压0缩.5系数6~1(a.14-23)5范围内,

平均值为度平均值.105MPa-1

C=6,

为中5.6~低压缩性土;kPa强度C=16.48kPa,φ,天然状态下抗剪强φ=2

7.4°;饱和状态下抗剪显,而其内摩擦角变化不大=26.,工程性质较好.2总体看来°,饱水后凝聚力降低明,离石黄土结构密实,压缩性低.2 湿陷特性

.

黄土的湿陷性十分复杂,与土的生成时代、成因类型、土体结构、干密度、孔隙比及附加荷载等有着十分密切的关系[5

].

陇中地区黄土湿陷性结果统计见表4.

工程区陇中黄土湿陷性统计可知离石黄土自重

湿陷系数δz非z~轻微湿陷:0性.00土0~.冲0.洪07积6,黄平均值土状土0.0总体上为自13重.湿陷系数

湿陷性土:0.003~性黄土厚度一般不超过.湿陷性0.151,随平均值深度减0小的.005.总体上为非趋势缓慢,但~轻微其湿陷.019~0.181自重湿陷系数5m.马兰黄土湿陷变形系数

为中~强湿陷性土,,湿陷性随深度逐步减小0.003~0.198,,总体上变化趋势明显,湿陷起始压力随深度增大趋势较明显.表4 陇中地区黄土湿陷性系数统计

岩性

统计类别离石黄土马兰黄土

黄土状土

(组数

Q87

2)(Q183

eol

)(Q23

alp

9

)自重最大值00.109

湿陷最小值系数

平均值标准差0.0.0.00010

0.193

8

14

0.003

00..105013变异系数6

0.091

01.组数最大值

827

09

0.044

0.05001.4883

0

0..084846湿陷最小值0.076

029

系数

平均值0标准差0..00010

0.181

0..103032

变异系数

13

0.019

0.03

0.092

0 0.983

00..04430

0

0.0510..0940

陇中地区马兰黄土分布厚度一般具强烈湿陷性,下部表层.离石黄土表部具2~4~12m,

有3m多具有中等湿陷轻微湿陷性,下部不~轻微湿陷具湿陷性Ⅳ.陇东地区黄土场地湿陷性整体在强烈湿陷的下限(很严重湿陷),深局度部,地Ⅲ(严重湿陷)~一区般为分Ⅱ布(在轻微)~Ⅲ(中等).于马兰黄土之中,工程性质较差,天2~1然状1态.5m下不,多适处宜做建筑物地基通过对陇中地区黄土进行竖井取样.段竖井的湿陷性与孔隙比与干密度的变化关系.分析典型地

,如图

2~9所示.

图2 典型竖井湿陷性与干密度变化关系(B4XJ1

)图3 典型竖井湿陷性与孔隙比变化关系(B4XJ1

)11φ2203δ0第4等 甘肃陇中地区黄土工程地质特性研究1卷 增刊1 张学超,

77

图4 典型竖井湿陷性与干密度变化关系(B6HJ1

)图5 典型竖井湿陷性与孔隙比变化关系(B6HJ1

)图6 典型竖井湿陷性随干密度变化关系(Z8XJ4

)图7 典型竖井湿陷性随孔隙比变化关系(Z8XJ4

)图8 典型竖井湿陷性随干密度变化关系(LYC06

)图 陇9 典型竖井湿陷性随孔隙比变化关系(LYC06

)有湿陷性.39g/中黄土湿陷性对应的临界干密度为cm3.黄土湿陷性的临界孔隙比为,当干密度大于1.39g/cm3

时,一1般不.35~

具当孔隙比大于1.02时,一般不具湿陷性0..黄土的湿陷95~1.02,

系数随干密度的增大而减小,随孔隙比变小而逐渐减小,干密度大的黄土湿陷性弱,反之则强.

结 论

本文通过对陇中地区黄土的工程地质特性研究,得到如下结论:

布规律1)通过竖井开.

挖与资料收集得到陇中黄土的分粘土2,)具中高压缩性陇中地区黄土的粉粒含量较高,中等~弱透水性,,属低液限粉质可能会产生流土危害Ⅳ(

很严重湿3).

陇中地区黄)级.土的湿陷等级为Ⅲ(严重湿陷)~

湿陷的4

)陇中地区黄土随孔隙比增大而逐渐减小临界孔隙比为m3

,当孔隙比大于1.012.0时2,,

将临界干密度为1.,3产生可能产生湿陷;当5g干/密度小于地区湿陷性黄土地基的处理提供了依据1.35g

/cm3

时,将可能产生湿陷..这为陇中参考文献:

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