咸阳市渭城区某村地裂缝黄土特征分析

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咸阳市渭城区某村地裂缝黄土特征分析

苗士强1，李昌饶1，郝莉莉2

（1.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西󰀃西安󰀃710043；2.西安地质矿产勘查开发院，陕西󰀃西安󰀃710000）摘 要：咸阳市渭城区北杜镇北城村农田里发现的地裂缝经勘察研究确定是由该场地黄土特征决定的。文章从孔隙性、湿陷性、粒度成分、化学成分、矿物成分、微观结构等各个方面详细分析了与地裂缝发生发展关系较大的22m左右深度内的①层上更新统黄土、②层古土壤和③层中更新统黄土的特征。揭示了这些特征与地裂缝发生发展的内在联系。关键词：咸阳市；地裂缝；黄土特征中图分类号：P2.13+1󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃DOI:10.19537/j.cnki.2096-27.2017.01.481

1 引言

黄土发生湿陷时通常可以形成湿陷洞、湿陷漏斗、湿陷坑、湿陷洼地等一些特殊的地貌形态，这些地貌形态的周围，往往伴生一系列地裂缝。咸阳市渭城区北杜镇北城村农田里发现的地裂缝经勘察研究确定是由于农田灌溉引起黄土湿陷从而导致地裂缝出现。文章针对地裂缝影响范围内的黄土特征进行了分析研究。

2 场地地层条件

本地裂缝研究区域，地貌上属于渭河北岸黄土台塬区。现场勘察揭露的72m深度范围内的岩性特征如下。

（1）上更新统黄土（Q3eol）：灰黄色或淡黄色，厚度12.0-14.0m，结构疏松，质地均一，具大空隙和垂直节理，湿陷性强，含有较多的白云母片及少量蜗牛化石。底部有一层红褐色古土壤及钙质结核。

（2）中更新统黄土（Q2eol）：浅棕黄色或褐黄色，揭露厚度60.0m左右，结构较密实，质地坚硬，垂直节理发育，具大孔隙，上部具湿陷性，夹7层褐红色或红褐色古土壤，含有较多的碳酸钙条纹及钙质结核层。

3 主要研究地层

根据现场调查，该场地内地裂缝基本沿水渠及其两侧分布，尖灭深度不超过8m，其出露深度范围均位于上更新统黄土中。另据现场勘察和相关资料，该区域内上层滞水（水位埋设23.0m和27.0～30.5m不等，局部分布）和地下水（水位埋设80m左右）对该地裂缝均无影响。故文章主要研究土层为上更新统黄土（根据古土壤将其细分为①层上更新统黄土，层底深度9.7～11.2m和②层古土壤，层底深度12.2～14.2m）和中更新统黄土上部（中更新统黄土中第一层古土壤以上部分，定为③层，层底深度22.2～23.2m）。其中①层上更新统黄土和②层古土壤对地裂缝影响最大，为重点分析对象。

4 黄土特征分析

4.1 孔隙性

统计室内试验结果，①层上更新统黄土孔隙比0.958～1.277，平均值1.141，②层古土壤孔隙比0.709～1.022平均值为0.853，③层中更新统黄土孔隙比0.816～1.099平均值为0.966。排除古土壤和局部分布的硬壳层，整体变化规律为随深度增加孔隙比减小（见图1）。

①层黄土孔隙很大，灌溉时土体很容易渗水并破坏，出现集中下陷，并逐渐演变成串珠状陷穴-顶部塌陷-贯通裂缝，水流向下渗入，贯通裂缝两侧出现伴生裂缝，而②层古土壤孔隙较小，渗透能力差，湿陷较弱成为阻止水渗入③层黄土引起湿陷继续向深层发展的隔离层。这与本场地地裂缝都分布在①层黄土中，尖灭深度通常不超过8m相一致。4.2 物质组成分析

（1）粒度成分：根据密度计法颗粒分析统计可知（见

󰀃󰀃文章编号：2096-27（2017）01-0235-02 图1 孔隙比随深度变化曲线

表1），①层黄土和③层黄土颗粒组成与②层古土壤相比相对较粗，粘粒含量少。②层古土壤粘粒含量高，孔隙充填度高，渗透能力差，湿陷性较弱。

表1 浅层黄土细颗粒累计百分含量表

层号

值别<0.075mm<0.05mm<0.01mm<0.005mm最大值

100994333①层黄土

最小值100882211平均值

100933219②层古土壤

平均值100934630最大值

100983526③层黄土

最小值10083199平均值

100

93

27

16

（2）化学成分分析：根据化学成分统计分析（见表2），①②③三层土壤主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO和Fe2OO3，其约占总含量的90%以上。其中SiO2、Al2O3和Fe23含量在②层古土壤中分布比较丰富，超出①层、③层黄土；而CaO含量在②层古土壤中分布较少，小于①层、③层黄土。故①层、③层黄土胶结以钙质胶结为主，②层古土壤以硅质胶结和铁质胶结为主，钙质胶结遇水后比硅质胶结和铁质胶结易破坏，这与土层的湿陷性强弱分布一致。

（3）矿物成分分析：根据矿物成分统计分析（见表3），①②③三层土壤主要矿物成分为石英、伊利石、绿泥石、蒙脱石、斜长石和方解石，其约占总含量的90%。古土壤受古沉积环境影响，化学风化和生物风化作用强烈，淋滤作用强，呈弱酸性，Ca、Na、Mg、K等元素基本上都淋失，形成SiO2的水化物胶体，CaO、Al2O3和Fe2O3富集，使古土壤中石英、蒙脱石矿物含量分布较丰富，而在黄土层中相对较少；伊利石、绿泥石和方解石（CaO）含量在古土壤层中平均分布稍少，而黄土分布较多；斜长石矿物含量分布较为均匀。上述变化规律与本场地土层化学成分的变化规律一致。

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| 发展与创新 | Development and Innovation表2 浅层黄土主要化学成分分析统计表

化学成分（ωB/10-2）

①层黄土②层古土壤③层黄土范围值

51.25～54.97

60.0153.50～54.62

SiO2

平均值53.2360.0154.06AL范围值11.05～11.87

13.8311.55～11.58

2O3

平均值11.5913.8311.56范围值

7.55～9.52

3.40

8.21～8.61

CaO

平均值

8.753.408.41Fe范围值4.38～4.65

5.614.44～4.55

2O3

平均值

4.53

5.61

4.49

表3 浅层黄土主要矿物成分分析统计表

矿物成分W（）/10-2①层黄土②层古土壤③层黄土石󰀃英

范围值35.2～42.3

44.638.8～40.2

平均值

38.544.639.5范围值12.0～13.0

10.013.0伊利石

平均值

12.610.013.0绿泥石

范围值10.0～13.0

9.011.0～12.0

平均值

11.69.011.5蒙脱石

范围值2.0～7.0

8.02.0～3.0平均值4.38.02.5范围值

11.2～15.4

14.7

14.4～16.3

斜长石

平均值

13.814.715.3方解石

范围值9.3～12.56.88.3～9.9

平均值

11.0

6.8

9.1

4.3 湿陷性

按照《湿陷性黄土地区建筑规程》（GB50025-2004）相关规定，本场地属于自重湿陷性场地，黄土湿陷等级为Ⅳ级（很严重）。①层黄土上覆土体自重压力较小，其自重湿陷系数相对③层黄土偏小，但其总湿陷量较大；②层古土壤自重湿陷量和总湿陷量均偏小，是①层和③层的隔离层，阻止水渗入③层黄土引起湿陷向深层发展；③层黄土上覆土体自重压力较大，自重湿陷系数较大，但总湿陷量偏小。这与本场地地裂缝都分布在①层黄土中，尖灭深度不超过8m的特征相一致（见图2、表4）。

图2 浅层黄土自重湿陷系数与深度关系曲线

4.4 微观结构

本场地所取土样的显微特征分析，其颗粒成分自上而下没有明显变化，比较均一。土样的微细颗粒（粒径小于0.005mm的石英、长石、伊利石、蒙脱石等）含量较高，构成基质，将骨架颗粒包裹其中而形成团块，多呈不规则状，相互镶嵌或支架，在土体中起到支撑作用。在古土壤层中可见次生碳酸钙发育，呈针状或姜状，见

2017年1月

表4 浅层黄土湿陷统计

湿陷类别

①层黄土（mm）②层古土壤（mm）③层黄土（mm）范围值

90～1938～3420～357自重湿陷量

平均值

137.721205.4范围值152～6959～5630～317总湿陷量

平均值

531

42.8

215.6

有伊利石翻卷片（见图3）。

土样中的孔隙可分为三类，主要为支架孔隙，其次为虫孔、根孔及粘粒间空隙，一般随深度增加支架孔隙有所减少，虫孔和粘粒间孔隙逐渐增加（见图4）。

图3 次生碳酸钙呈针状照图4 团块、团块支架大片与伊利石翻卷片照片

孔照片和团块、团块支架大孔呈缝隙状照片

黄土以支架大孔半胶结结构为主，次为絮凝胶结结构，浸水后土体易软化，孔隙被破坏，易引起土体下沉，同时半胶结结构使得土体较为疏松，其结构组成成分联结性差，亲水性强易发生崩解。古土壤以絮凝胶结结构和凝块胶结结构为主，支架大孔半胶结结构较少，土体较为坚固。

5 结论

（1）本场地属于自重湿陷性场地，黄土湿陷等级为Ⅳ级（很严重）。

（2）②层古土壤湿陷性很弱，成为①层上更新统黄土和③层中更新统黄土的隔离层，使地裂缝只分布在①层上更新统黄土中，尖灭深度一般小于8m。

（3）①层黄土和③层黄土颗粒组成相对较粗，粘粒含量少。

（4）三层土壤主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO和Fe2O3，其中②层古土壤中SiO2、Al2O3和Fe2O3含量较丰富，①层、③层黄土中CaO含量较丰富。

（5）三层土壤主要矿物成分为石英、伊利石、绿泥石、蒙脱石、斜长石和方解石，其中②层古土壤中石英、蒙脱石矿物分布较多，①层、③层黄土中伊利石、绿泥石和方解石分布较多。

（6）①层黄土和③层黄土以支架大孔半胶结结构为主，次为絮凝胶结结构，土体结构较为疏松；②层古土壤以絮凝胶结结构和凝块胶结结构为主，支架大孔半胶结结构较少，土体结构较为坚固。参考文献：

[1]李开超.宝鸡市区地震地质灾害危险性评价研究[D].西北大学,

2010.

[2]西安地裂缝场地勘察和工程设计规范[S].GBJ61-6-2006.[3]湿陷性黄土地区建筑规范[S].GB50025-2004.

[4]李永善.西安地裂缝及渭河盆地活动断层研究[M].北京:地质

出版社,1992.作者简介：苗士强（1983-）,男,河北邯郸人，工程师，研究方向：工程勘察、土工试验。