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(cè)設(shè)計(jì)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(shí)強(qiáng)度隨之降低，使建筑在其上的各種構(gòu)筑物發(fā)生破壞，嚴(yán)重影響建筑物的使用的特性[1]。中國學(xué)者對(duì)黃土的沉積環(huán)境、物理力學(xué)特性、濕陷的機(jī)理及濕陷與物理力學(xué)參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了大量的理論研究[2-5]，認(rèn)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(shí)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(rèn)為當(dāng)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(chǎng)調(diào)繪發(fā)現(xiàn)其可能與地區(qū)氣候演變有關(guān)，為進(jìn)一步查明氣候演變對(duì)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(xué)性質(zhì)、濕陷系數(shù)的變化特點(diǎn)對(duì)濕陷性的氣候影響因素進(jìn)行了研究。

1 研究區(qū)氣候演變情況

結(jié)合已有研究認(rèn)為，在第四系上更新統(tǒng)-中更新統(tǒng)工程區(qū)夏季風(fēng)及其引起的降水變化具有一定周期性，夏季風(fēng)增強(qiáng)降水量較大時(shí)期即磁化率較大時(shí)期與古土壤地層基本對(duì)應(yīng)，30 m范圍內(nèi)，深度對(duì)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(xué)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(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1，各巖土體物理力學(xué)指標(biāo)隨深度變化如圖1。綜合分析圖表試驗(yàn)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(qiáng)的指標(biāo)以及力學(xué)指標(biāo)飽和抗剪強(qiáng)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(biāo)與深度變化有較明顯的規(guī)律。

表1 原狀土物理力學(xué)試驗(yàn)匯總表

圖1 濕陷系數(shù)及物理力學(xué)性質(zhì)隨深度變化情況圖

2.2 黃土物理力學(xué)性質(zhì)與濕陷性關(guān)系

結(jié)合密度、孔隙比、壓縮性等指標(biāo)變化情況，認(rèn)為黃土濕陷性整體與成因時(shí)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(duì)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(rèn)為，黃土密度、孔隙比、壓縮系數(shù)等物理力學(xué)性質(zhì)及濕陷，不僅僅受成因時(shí)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(duì)黃土濕陷性的影響

結(jié)合夏季風(fēng)強(qiáng)弱變化及氣候演變的重要替代性指標(biāo)——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(shì)有一定的相關(guān)性，非濕陷性土層深度(圖2陰影部分)多對(duì)應(yīng)磁化率由高變低突變完成段，即夏季風(fēng)增強(qiáng)降水量較大時(shí)期向降水量較小時(shí)期轉(zhuǎn)變段，地層對(duì)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(rèn)為，氣候變化對(duì)黃土濕陷性的影響主要體現(xiàn)在：在相對(duì)濕潤～相對(duì)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(jìn)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(shí)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(duì)濕潤～相對(duì)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(duì)下部巖土體承載及變形要求不高的工程，在滿足濕陷起始?jí)毫Φ那疤嵯拢衫煤穸认鄬?duì)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(duì)濕陷性進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步研究其預(yù)浸水時(shí)間及其他處理措施的時(shí)間，進(jìn)一步提高濕陷性處理效率。