渭北地区气候演变与黄土湿陷性异常——以陕西省旬邑县黄土工程性质为例

李 鹏

(陕西省水利电力勘测设计研究院，西安 712000)

0 前 言

黄土多为非饱和土，黄土主要工程特性具湿陷性，即在一定压力作用下受水浸湿后，结构迅速破坏，发生显著湿陷变形，同时强度随之降低，使建筑在其上的各种构筑物发生破坏，严重影响建筑物的使用的特性[1]。中国学者对黄土的沉积环境、物理力学特性、湿陷的机理及湿陷与物理力学参数的关系进行了大量的理论研究[2-5]，认为黄土湿陷为多因素综合控制的结果，水与压力为黄土湿陷的主要外在影响因素，同时研究表明，黄土湿陷性主要受含水率、天然密度、孔隙比等影响较大，一般认为当干密度较大、孔隙比较小的情况下黄土不再具有湿陷性[6]。

在渭北地区旬邑县王家咀水库勘察中发现局部段在干密度、孔隙比差异不大的情况下其湿陷性差异较大，而现场调绘发现其可能与地区气候演变有关，为进一步查明气候演变对湿陷性的影响，本文结合工程区范围内磁化率剖面、工程区岩土体物理力学性质、湿陷系数的变化特点对湿陷性的气候影响因素进行了研究。

1 研究区气候演变情况

结合已有研究认为，在第四系上更新统-中更新统工程区夏季风及其引起的降水变化具有一定周期性，夏季风增强降水量较大时期即磁化率较大时期与古土壤地层基本对应，30 m范围内，深度对应于9～11 m和18～22 m。

2 黄土工程性质及气候演变影响

2.1 黄土物理力学性质分析

在旬邑县王家咀水库坝址区右坝肩开挖深度为22 m的探井，并取原状样16组进行室内物理力学试验，试验结果如表1，各岩土体物理力学指标随深度变化如图1。综合分析图表试验数据，比重、含水率、液性指数等于水理性质相关性较强的指标以及力学指标饱和抗剪强度随深度变化没有明显的规律性，而密度、孔隙比、压缩系数、压缩模量、湿陷系数等指标与深度变化有较明显的规律。

表1 原状土物理力学试验汇总表

图1 湿陷系数及物理力学性质随深度变化情况图

2.2 黄土物理力学性质与湿陷性关系

结合密度、孔隙比、压缩性等指标变化情况，认为黄土湿陷性整体与成因时代(岩土体埋藏深度)，整体上具有较好的相关性，随深度增大湿陷系数减小，对应样品干密度增大，孔隙比、压缩系数减小。而在黄土-古土壤转变处附近，有局部突变层，表现为湿陷系数、孔隙比、压缩系数有突变性减小，干密度有突变性增大。

综合分析认为，黄土密度、孔隙比、压缩系数等物理力学性质及湿陷，不仅仅受成因时代的影响，可能还受气候演变导致的干湿沉积环境的影响。

2.3 气候演变对黄土湿陷性的影响

结合夏季风强弱变化及气候演变的重要替代性指标——磁化率随深度的变化及湿陷性系数随深度的变化情况(见图2)，Q2上部及Q3黄土湿陷性与气候变化趋势有一定的相关性，非湿陷性土层深度(图2阴影部分)多对应磁化率由高变低突变完成段，即夏季风增强降水量较大时期向降水量较小时期转变段，地层对应于各层古土壤上部黄土层。

图2 磁化率与湿陷系数的关系图

分析认为，气候变化对黄土湿陷性的影响主要体现在：在相对湿润～相对干旱转换的沉积环境下，土层的沉积孔隙比更小、干密度更大、压缩性更小，进而在整体湿陷性土层分布有非湿陷性夹层，非湿陷性夹层厚度3 m左右。

3 结 语

(1) 黄土湿陷性不仅受成因时代导致的密度、孔隙比、压缩性等影响，可能还受气候演变等沉积环境的影响，在相对湿润～相对干旱转换的沉积环境下湿陷性土层中可能分布有非湿陷性夹层。

(2) 水利工程中线路工程、水池类建筑物等具开挖减载特征的，对下部岩土体承载及变形要求不高的工程，在满足湿陷起始压力的前提下，可利用厚度相对较大的非湿陷性夹层作为基底。

(3) 水利工程中水库枢纽等重要建筑物需对湿陷性进行完全处理的，黄土湿陷性处理方面应利用黄土湿陷性随气候演变而变化的特点进行进一步研究其预浸水时间及其他处理措施的时间，进一步提高湿陷性处理效率。