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黄土力学与黄土工程
西安理工大学邵生俊
XI’AN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Prof. SJSHAO
中国黄土
西起新疆伊犁,东至山东胶东,北起吉林、内蒙,南至云南、西藏, 约70万平方公里,北纬33——47度之间,干旱半干旱地区,年平均降雨量250——500毫米,约占国土面积的7%。
覆盖广:
厚度大:
5-10米(低阶地),20,50—180,200米(高阶地,兰州西津村400米)
分布连续:
平原,丘陵,高原,山地
乌梢岭以东,太行山以西,长城以南,秦岭以北的黄河中游地区, 28万平方公里
性质特殊:
黄土以粉粒为主,富含碳酸盐类,孔隙、垂直节理发育,可以分为湿陷性和非湿陷性;
湿陷性黄土,一般地层新,埋深小,变化大,结构稳定性差; 非湿陷性黄土,一般地层老,埋深大,密度高,结构稳定性好;
湿陷性黄土地区占50万平方公里(在黄土集中区的甘肃中部,青海东部,宁夏南部,陕西北部、中部,山西、河南西部45万平方公里中,湿陷性黄土约35万平方公里);
黄土的湿陷性由西向东,由北向南逐渐减小,最大厚度30米,应视为特殊土类,研究它的水敏性变化规律。
黄土的分类定名
●黄土分类定名体系之一
以地质特征(地层、年代、成因)为基础的体系,如Q1黄土,Q2黄土,Q3黄土,Q4黄土;午城黄土,离石黄土,马兰黄土;老黄土、新黄土、新近堆积黄土;风积黄土、冲积黄土、洪积黄土、坡积黄土等。
Q1黄土:70万年以前
Q2黄土:70-10万年
Q3黄土:10万年-5千年
Q4黄土:新近堆积
第四纪
全新世
更新世
午城黄土( Q1黄土):以山西隰县午城镇的黄土为典型代表,颜色较红,含有红棕色埋藏土壤层,夹有约十七层钙质结核层,在底部有时夹有小石粒,数量少,厚度薄,质地较均匀、致密、坚实,低压缩性,无湿陷性,一般仅分布于古地形的较低凹部位。
离石黄土( Q2黄土) :以山西离石县陈家崖的黄土为典型代表,分布面积很广,厚度也大(有时达100米以上),是构成黄土塬区的主体。它自上而下,普遍含有红色的土壤层,土层致密,承载力很大。根据其中存在的显著不整合面可分为上下两部。上部黄土为黄色,地形上多呈陡壁,无湿陷性或有轻微湿陷性,或在大压力下有较大的湿陷性。下部黄土颜色较红,土质较硬,无湿陷性。
马兰黄土
马兰黄土( Q3黄土) :以北京西北丰沙铁路雁翅车站以西23公里处的斋堂村马兰阶地的黄土为典型代表(马兰黄土),颜色淡灰黄色,无层理,较疏松,柱状节理,大孔结构发育,有湿陷性或强烈湿陷性,有些地区有溶洞(黄土喀斯特),普遍覆盖于离石黄土之上,遍及黄土的主要分布地区,是建筑工程中一般主要遇到的湿陷性黄土。
一般认为, Q1黄土,Q2黄土,Q3黄土,甚至早期的Q4黄土黄土为原生黄土(或黄土),以风成为主(风积黄土),而Q4黄土或Q4黄土的近期黄土为次生黄土(或类黄土,黄土状土),以水成为主(冲积黄土、洪积黄土、坡积黄土)。
●黄土分类定名体系之二
以湿陷特性为基础的体系,如非湿陷性黄土,湿陷性黄土;自重湿陷性黄土,非自重湿陷性黄土等。
对于第二种分类定名体系,由于它为我国历代湿陷性黄土地基规范所采用而在岩土工程界影响最深[6]。但它只能提供关于黄土湿陷特性方面的信息,而且这些信息又以黄土在侧限低压力压缩下饱和浸水所得的湿陷变形为基础,与通常工程上遇到的非侧限(一般为有限侧胀)非饱和(一般为不同增湿)和非低压(较大的建筑物)的条件有较大的出入,使得湿陷性的有关指标在工程计算应用上受到限制,大大减弱了它的应用价值。此外,它除了关于黄土湿陷性在特定条件下的有关信息之外,很难从它了解到关于黄土强度,渗透或其他性质的任何信息。它虽然抓住了一个最重要的性质,但作为黄土的分类却有太大的局限性。
●黄土分类定名体系之三
以颗粒组成特性为基础的体系,如砂黄土、粉黄土、粘黄土以及砂质粉黄土、粘质粉黄土、粉质粘黄土等。
该定名体系与土力学中常用的分类定名思路相一致,体现了将粘粒含量视为土的粒径组成影响土性最活跃的因素这一规律。尽管颗粒组成只是由扰动土的土颗粒大小级配来反映。但众所周知,它在一定程度上也是造成土矿物成分,结构排列,湿密程度以及力学特性上差异的重要依据,如粗粒土,一般多为单粒结构,石英成分,薄膜水少,透水力强,无粘性;而细粒土多为絮状结构,粘土矿物,薄膜水多,有粘