黄土的工程地质特征及分类命名的建议.pdf

陕西建筑与建材年月总第期黄土的工程地质特征及分类命名的建议刘祖典部增玉西安理工大学岩土所西安摘要 鉴于目前各种地基基拙规范和工程地质勘探报告对黄土地层的分类命名 比较液乱,现行规范虽然反映了各种工程的特珠性,但未能反映黄土 的本质。本丈对现有分类命名作了分类比较,以土 的本质为基拙,反映黄土的特性,提供几种黄土分类命名供参考。关位词地基基础规范工程地质勘测分类命名黄土的工程地质特性黄土是第四纪陆相的特殊沉积物,它的生成和发育随着时代成因、自然环境条件的不同,具有不同的发展规律和性质。因此它的物理力学性也随着时代成因和地区的不同,某些特性有所改变。西北是我国黄土分布最广最多的地区,沉积厚度大,地层特征和物理力学性质都表现出明显差异和变化,一般我们在鉴别什么是原生黄土时认为原生黄土具有以下特征颜色是黄色、淡黄色或棕红色等多孔性,有肉眼可看到的大孔隙,孔隙比一般为一含有大量的石灰质结核,具有条状、粒状和层理土颗粒组成以粉粒为主,约占总量的一哪,原生黄土中以闭刀叻的较粗颖粒 占优势,次生黄土中以闭的较细颗粒占优势具有结构性和垂直节理,在天然状态下能保持直立边坡水敏性强,即它的变形强度和稳定性对水的作用特别敏感,常造成工程事故。关于黄土命名问题,根据不同工程的不同需要,曾提出许多不同名称,如老黄土原生黄土、新黄土次生黄土、砂黄土、粘黄土等。总之,黄土的命名极其广泛,由于它具有不同时代成因和地区性的特点,所以在命名时要求完全统一有一定的困难黄土的地貌类型主要取决于古地貌的形状,也受自然条件如地层构造运动、雨水浸蚀、气候变化、土质演化等情况的影响,所以性质也显得千差万别。关于黄土的成因众说纷纭,但总 的来说可归纳为风成、洪积和坡积,还有可能在不同条件下产生不同成因复合类型的土壤,多种成因和区域性的条件是研究黄土成因命名的重要前提,肯定一种学说,显然不符合客观实际。正确认识黄土,找出黄土的一般固有特性和工程特性规律,可在工程实践中结合实际,应用这些规律分析判断采取处理措施是十分重要 的。我们经常通过黄土的颗粒分析,对黄土级配中砂粒、粉粒及粘粒含量进行系统地分析研究,找出级配组成的规律,以其颗粒、级配组合、本质特征予以分类定名是比较科学切合实际的,但未能反映黄土特性的全貌,未反映黄土颗粒胶结和微结构特征等。塑性指数,是黄土分类命名的敏感性指标,根据它可以近似了解黄土的物理、力学性质,年月总第期陕西建筑与建材如顺粒组构、水理性和强度变形的特性等。对于黄土的分类,从地质方面通常将黄土分为原生黄土标准黄土或典型黄土 和次生黄土黄土状土或亚黄土。原生黄土,经过水流冲刷、自然营力、地质构造运动形成次生黄土,如冲积、洪积、坡积和冰积黄土等,这些黄土不像原生黄土质地均匀,无层理,结构密实、均匀,而具有层理,颗粒组成比较复杂,物理力学性质也较差。一般情况将粘性土分成三大类,即粘质土、砂质粘土和粉质粘土,黄土基本属于粉质粘土。目前对黄土的分类命名大致有四种方法,简述如下工程地质分类法是以黄土的地层、年代、成因为基础的体系分类,如下表。表按时代成因分类时时代代名称称全全新世新黄土马兰黄土新黄土土上上更新世新黄土马兰黄土中中更更上部老黄土上部部离石黄土上部部部新新世世世世世世世世世世世世世世世世世世世世世世世世下下下部,老黄土下部部离石黄土下部部老黄土土下下更更,老黄土下部部午城黄土土土新新世世世世世世世世世世世世世世世世世尚尚尚尚有更老的黄土土土工程地质特征分类是地质工作者经过长期对黄土地层的成因和构造、勘探调查 的结果,反映了成因时代、地层结构的实际情况也是近期刘东生院士总结各家分类成果的研究结果,对此分类大家都认可,无什么非议之处。土力学和水工建筑学,以土的颗粒组成分类。这样的分类便于判定土的组构、级配和胶结情况。因为黄土的颗粒组成以粉粒为主既一,其命名均冠以粉质,其次为粘粒,所以称为粉质粘壤土卿】。翻。又 以含粘量多少区分为重、中、轻粉质集土粉质砂壤土,以粉粒和砂粒为主及一定的粘粒,所以称之为粉质砂壤土,又 以其含粘多少区分为重、中、轻粉质砂壤土,如下表所示。表按黄土的颗粒组成分类粉粉质粘壤土亚粘土含粘量量粉质砂壤土 亚砂土含粘量量幻重重粉质壤土土闯重粉质砂土土中中粉质壤土土叼轻粉质砂壤土土轻轻粉质壤土土粉土土按黄土颗粒组构和级配分类方法,反映黄土颖粒组成的三大主要组成部分,如粉粒、砂粒和粘粒,由于各种颖粒含量比例不同,又分为粉质壤土亚粘土,其中颗粒含量为粉粒粘粒砂粒粉质砂壤土 亚砂土,其中颖粒含量为粉粒砂粒粘粒这种分类不仅反映了黄土颗粒组成级配,也反映黄土物理力学性的差异,同时也反映黄土在形成的过程 中由于自然营力的强弱,如风力和水力的冲运,其颗粒组成由西 向东,由北向南由粗变细的变化规律,结构疏密情况,如表所示。粉粒和砂粒构成黄土的骨架,粘粒及其他化学成分为骨架颗粒的胶结物,由于胶结牢固程度不同,致使黄土结构疏松、紧密、软硬状态,孔隙大小、多少不同。从而显示出黄土不同陕西建筑与建材年月总第期的物理力学性质和不同的工程性质。表黄河中游各省黄土的颖粒组成孟孟澎塑塑刃口一分类名称称顺粒组成成均均均值值均值值均值值值值值青青海海黄土质质砂粒砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂粘土土粘粒粒甘甘肃肃兰兰州州一一一陕陕北北陕陕西关中中黄土质粘砂砂粘粒土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土土砂粒粒山山西太原原一一一河河南洛阳阳一一一注表中只给出各地区黄土组成硕杜的总平均位,其变化范围可参考【,建筑地基基础设计规范以黄土的塑性指数为基础的分类定名,塑性指数是反映土的物理力学性质的重要指标,按塑性指数大小的分类命名如表表黄土按塑性指数分类分分类名称称塑性指数数土粒成分分粉粉质亚砂土土粉粒砂粒粘粒粒粉粉质亚粘土土粉粒 粘粒 砂粒粒粉粉质粘土土粉粒粘粒砂粒粒建筑地基基础设计规范的分类,以塑性指数为分类依据。塑性指数是反映黄土的物理力学性质的重要指标,它与黄土的顺粒组成、变形强度有密切关系,通常与黄土的含粘量、变形模童、强度指标,中建立了相关关系【,以其判定黄土的承载力和变形量大小,变形速率等,这种分类公认是合理的,也是比较容易侧定的,广泛用于土质地基基础建筑设计规范,但未反映黄土的本质特征。按黄土的湿陷性分类湿陷性是新黄土,的一大突出力学特性。对黄土湿陷性的评定,湿陷性黄土规范以湿陷系数为主要指标,它是湿陷性黄土地基分类、划级、预侧湿陷盆的依据。根据湿陷系数,将黄土划分为非湿陷性黄土,湿陷性黄土又由于黄土的成因时代和力学特性不同,有的黄土地层在饱和上扭土层自重压力作用下也发生湿陷八称为自重湿陷性黄土,反之则称为非自重湿陷性土层。这种分类法具有一定的工程性,可变性,常随工程特性和地面标高挖方或填方而变化。这一分类定名是建国年来学习原苏联和我国工程实际经验的总结,并制成湿陷性黄土地基规范“、和规范,在黄土地区工程建筑中发挥了重要作用。但我们应该知道,这一指标是工程实践经验的指标,有一定局限性,例如它是在侧限标准压力浸水压缩饱和条件下的定童指标。这与通常工程上遇到的非侧限条件有一定出人,再者,黄土地基的设计承载力一般都小于,而且在具体建筑基底压力作用下,地年月总第期陕西建筑与建材基中的附加应力。分布随深度而减少,与它相应的湿陷系数均小于下的,所以一般用计算的湿陷量均大于实测值,夸大了地基的湿陷性。图中所示一组用双线法测定的一曲线是黄土在不同起始含水量。、干重度、和不同压力下的饱水情况下的湿陷系数,是黄土湿焰性 的固有属性,不受人为因素的影响,利用这组曲线可求得地基不同土层在不同炳、和附加压力作用的湿陷系数,较符合实际。该曲线族不仅可 以确定不同压力含和自重压力 下的湿陷系数,还可 以确定不同起始。和,的湿陷起始压力等,尤其便于确定地面设计标高变动时的值,不需作补充试验。但它仍未克服侧限和地层 中水份动态变化的影响等,有待进一步改进和提高。曲曲线线,份卜,一片护匕飞曰月呀内次沼百叩图不同起始和注陷系数与压 力的关系曲线建议的黄土分类命名现行地质勘测报告和地基规范,对黄土地层命名太简单,只说明地基地层的组成为黄土、古土壤、粘土和砂砾层等,未反映地基的土质特性,不能给设计工作者对黄土地层性质以明确的概念,提高地基设计的准确性。这方面今后应予以改进和加强。勘测报告中对地层的分类命名,应以塑性指数为主,同时考虑黄土颗粒组成和特性较合适。这一命名法,既反映了黄土的强塑性特性,也反映了黄土的颗粒组成,概念清楚,也较符合实际。现建议下列两种命名方案 如表,可予以选用。表建议的黄土分类命名蔽蔽谕之参参颗粒组成成按按土质分类类黄土质砂粘土土砂黄土土粉粒砂粒粘粒粒黄黄黄土质粘砂土土粘黄土土粉粒粘粒砂粒粒黄黄黄土质粘土土粘土土粉粒粘粒砂粒粒按按湿陷性分类类非湿陷性黄土巧,湿陷性黄土含自重湿陷性注如 为古土堆层时,可将黄土质 改为古土维。参考文献【刘祖典黄土力学与工程陕西科学技术出版社,年西安【西北水利科学研究所西北黄土的性质陕西人民出版社,年西安【谢定义 试论我国黄土力学研究中的若干新趋向岩土工程学报,【高天鹅,高玉广黄土特征及分类命名,湿陷性黄土研究工程中国建筑工业出版社,年兰州