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摘要：鑒于目前各種地基基礎規范和工程地質勘探報告對黃土地層的分類命名比較混亂，現行規范雖然反映了各種工程的特殊性，但未能反映黃土的本質。本文對現有分類命名作了分類比較，以土的本質為基礎，反映黃土的特性，提供幾種黃土分類命名供參考。...

黃土的工程地質特征及分類命名的建議

劉祖典郭增玉

(西安理工大學巖土所710048  西安)

1、黃土的工程地質牲

    黃土是第四紀陸相的特殊沉積物，它的生成和發育隨著時代成因、自然環境條件的不同，具有不同的發展規律和性質。因此它的物理力學性也隨著時代成因和地區的不同，某些特性有所改變。西北是我國黃土分布最廣最多的地區，沉積厚度大，地層特征和物理力學性質都表現出明顯差異和變化，一般我們在鑒別什么是原生黃土時認為原生黃土具有以下特征：

    1)顏色是黃色、淡黃色或棕紅色等；

    2)多孔性，有肉眼可看到的大孔隙，孔隙比一般為0．8～1．2；   

    3)含有大量的石灰質(CaC03)結核，具有條狀、粒狀和層理；

    4)土顆粒組成以粉粒為主，約占總量的60％-70％，原生黃土中以0．05~0．Olmm的較粗顆粒占優勢，次生黃土中以0．01~0．O05mm的較細顆粒占優勢；

    5)具有結構性和垂直節理，在天然狀態下能保持直立邊坡；

    6)水敏性強，即它的變形強度和穩定性對水的作用特別敏感，常造成工程事故。

    關于黃土命名問題，根據不同工程的不同需要，曾提出許多不同名稱，如老黃土(原生黃土)、新黃土(次生黃土)、砂黃土、粘黃土等。

    總之，黃土的命名極其廣泛，由于它具有不同時代成因和地區性的特點，所以在命名時要求完全統一有一定的困難；黃土的地貌類型主要取決于古地貌的形狀，也受自然條件如地層構造運動、雨水浸蝕、氣候變化、土質演化等情況的影響，所以性質也顯得千差萬別。

    關于黃土的成因眾說紛紜，但總的來說可歸納為風成、洪積和坡積，還有可能在不同條件下產生不同成因復合類型的土壤，多種成因和區域性的條件是研究黃土成因命名的重要前提，肯定一種學說，顯然不符合客觀實際。

    正確認識黃土，找出黃土的一般固有特性和工程特性規律，可在工程實踐中結合實際，應用這些規律分析判斷采取處理措施是十分重要的。

    我們經常通過黃土的顆粒分析，對黃土級配中砂粒、粉粒及粘粒含量進行系統地分析研究，找出級配組成的規律，以其顆粒、級配組合、本質特征予以分類定名是比較科學切合實際的，但未能反映黃土特性的全貌，未反映黃土顆粒膠結和微結構特征等。

    塑性指數(plasticity index)，是黃土分類命名的敏感性指標，根據它可以近似了解黃土的物理、力學性質，如顆粒組構、水理性和強度變形的特性等。

    對于黃土的分類，從地質方面通常將黃土分為原生黃土(標準黃土或典型黃土)和次生黃土(黃土狀土或亞黃土)。原生黃土，經過水流沖刷、自然營力、地質構造運動形成次生黃土，如沖積、洪積、坡積和冰積黃土等，這些黃土不像原生黃土質地均勻，無層理，結構密實、均勻，而具有層理，顆粒組成比較復雜，物理力學性質也較差。一般情況將粘性土分成三大類，即粘質土、砂質粘土和粉質粘土，黃土基本屬于粉質粘土。

    目前對黃土的分類命名大致有四種方法，簡述如下：

    1)工程地質分類法是以黃土的地層、年代、成因為基礎的體系分類，如下表l。

表1按時代成因分類

時代		名稱
全新世Q4		新黃土2	馬蘭黃土2
上更新世Q3		新黃土1	馬蘭黃土l	新黃土
中更	上部Q22	老黃土上部	離石黃土上部
新世	下部Ql2	老黃土下部	離石黃土下部
下更		老黃土下部	午城黃土	老黃土
新世	Q1	尚有更老的黃土

    工程地質特征分類是地質工作者經過長期對黃土地層的成因和構造、勘探調查的結果，反映了成因時代、地層結構的實際情況；也是近期劉東生院士總結各家分類成果的研究結果，對此分類大家都認可，無什么非議之處。

    2)土力學和水工建筑學，以土的顆粒組成分類。這樣的分類便于判定土的組構、級配和膠結情況。

    因為黃土的顆粒組成以粉粒為主(50％一70％)，其命名均冠以粉質，其次為粘粒，所以稱為粉質粘壤土(silty clay loam)。又以含粘量多少區分為重、中、輕粉質壤土(loam)；粉質砂壤土(silt sand loam)，以粉粒和砂粒為主及一定的粘粒，所以稱之為粉質砂壤土，又以其含粘量多少區分為重、中、輕粉質砂壤土，如下表2所示。

表2按黃土的顆粒組成分類

粉質粘壤土(亞粘土) silt clay loam	含粘量 ％	粉質砂壤土(亞砂土) silt sand loam	含粘量 ％
重粉質壤土	30—20	重粉質砂土	10～6
中粉質壤土	20~15	輕粉質砂壤土	6-3
輕粉質壤土	15～10	粉土	<3

    按黃土顆粒組構和級配分類方法，反映黃土顆粒組成的三大主要組成部分，如粉粒、砂粒和粘粒，由于各種顆粒含量比例不同，又分為粉質壤土(亞粘土)，其中顆粒含量為粉粒>粘粒>砂粒；粉質砂壤土(亞砂土)，其中顆粒含量為粉粒>砂粒>粘粒；這種分類不僅反映了黃土顆粒組成級配，也反映黃土物理力學性的差異，同時也反映黃土在形成的過程中由于自然營力的強弱，如風力和水力的沖運，其顆粒組成由西向東，由北向南由粗變細的變化規律，結構疏密情況，如表3所示。粉粒和砂粒構成黃土的骨架，粘粒及其他化學成分為骨架顆粒的膠結物，由于膠結牢固程度不同，致使黃土結構疏松、緊密、軟硬狀態，孔隙大小、多少不同。從而顯示出黃土不同的物理力學性質和不同的工程性質。

表3  黃河中游各省黃土的顆粒組成

	>0.05ram	0.05一0.005mm	<0.005mm
地區名稱＼	均值	均值	均值	Ip	分類名稱	顆粒組成
青海	20.83	60.75	18.40
甘肅	19.94	65.60	14.06	l<Ip<lO	黃土質	砂粒>
蘭州	20—29	58—72	8—15		砂粘土	粘粒
陜北	27.60	61.50	10.90
陜西關中	14.08	63.00	22.44		黃土質粘砂	粘粒>
山西太原	17—25	55—65	18—25	10<Ip<17	土	砂粒
河南洛陽	11-18	53-66	19—26

    注：表中只給出各地區黃土組成顆粒的總平均值，其變化范圍可參考[1，2]

    3)建筑地基基礎設計規范以黃土的塑性指數為基礎的分類定名，塑性指數是反映土的物理力學性質的重要指標，按塑性指數大小的分類命名如表4

表4黃土按塑性指數分類

分類名稱	塑性指數	土粒成分
粉質亞砂土	l<Ip<lO	粉粒>砂粒>粘粒
粉質亞粘土	lO<Ip<17	粉粒>粘粒>砂粒
粉質粘土	Ip≤17	粉粒>粘粒≥砂粒

    建筑地基基礎設計規范的分類，以塑性指數(Ip)為分類依據。塑性指數(Ip)是反映黃土的物理力學性質的重要指標，它與黃土的顆粒組成、變形強度有密切關系，通常與黃土的含粘量、變形模量(E)、強度指標(c，φ)建立了相關關系，以其判定黃土的承載力(R)和變形量大小，變形速率等，這種分類公認是合理的，也是比較容易測定的，廣泛用于土質地基基礎建筑設計規范，但未反映黃土的本質特征。

    4)按黃土的濕陷性分類

    濕陷性是新黃土(Q3，Q4)的--大突出力學特性。對黃土濕陷性的評定，濕陷性黃土規范以濕陷系數(δs)為主要指標，它是濕陷性黃土地基分類、劃級、預測濕陷量的依據。根據濕陷系數(δs)，將黃土劃分為非濕陷性黃土(δs<0．015，濕陷性黃土(δs>0．Ol5)；又由于黃土的成因時代和力學特性不同，有的黃土地層在飽和上覆土層自重壓力作用下也發生濕陷(△zs>7cm)稱為自重濕陷性黃土，反之則稱為非自重濕陷性土層。這種分類法具有一定的工程性，可變性，常隨工程特性和地面標高(挖方或填方)而變化。

    這一分類定名是建國50年來學習原蘇聯和我國工程實際經驗的總結，并制成濕陷性黃土地基規范(66、78和90規范)，在黃土地區工程建筑中發揮了重要作用。但我們應該知道，這一指標(δs)是工程實踐經驗的指標，有一定局限性，例如它是在側限標準壓力(200kPa)浸水壓縮飽和條件下的定量指標。這與通常工程上遇到的非側限條件有一定出入，再者，黃土地基的設計承載力一般都小于200kPa，而且在具體建筑基底壓力作用下，地基中的附加應力(σ)分布隨深度而減少，與它相應的濕陷系數均小于p=200kPa下的，所以一般用δs計算的濕陷量(△s)均大于實測值，夸大了地基的濕陷性。圖l中所示一組用雙線法測定的δs—p曲線是黃土在不同起始含水量、干重度(γd)和不同壓力下的飽水情況下的濕陷系數，是黃土濕焰性的固有屬性，不受人為因素的影響，利用這組曲線可求得地基不同土層在不同ωoγd和附加壓力作用的濕陷系數，較符合實際。該曲線族不僅可以確定不同壓力(含p=200kPa和自重壓力)下的濕陷系數，還可以確定不同起始ωo。和γd的濕陷起始壓力等，尤其便于確定地面設計標高變動時的δzs值，不需作補充試驗。但它仍未克服側限和地層中水份動態變化的影響等．看待進一步改進和提高。

2、建議的黃土分類命名

    現行地質勘測報告和地基規范，對黃土地層命名太簡單，只說明地基地層的組成為黃土、古土壤、粘土和砂礫層等，未反映地基的土質特性，不能給設計工作者對黃土地層性質以明確的概念，提高地基設計的準確性。這方面今后應予以改進和加強。勘測報告中對地層的分類命名，應以塑性指數(Ip)為主，同時考慮黃土顆粒組成和特性較合適。這一命名法，既反映了黃土的強塑性特性，也反映了黃土的顆粒組成，概念清楚，也較符合實際。現建議下列兩種命名方案(如表5)，可予以選用。

表5建議的黃土分類命名

分類原則/方案	1	2	顆粒組成	Ip
	黃土質砂粘土	砂黃土	粉粒>砂粒>粘粒	l<Ip<10
按土質分類	黃土質粘砂土	粘黃土	粉粒>粘粒>砂粒	10<Ip<17
	黃土質粘土	粘土	粉粒>粘粒≥砂粒	Ip≤17
按濕陷性分類	非濕陷性黃土8s<0.015，濕陷性黃土(含自重濕陷性)δs>0.015

    注：如為古土壤層時，可將黃土質改為古土壤。

參考文獻：

[1]劉祖典《黃土力學與工程》陜西科學技術出版社，l997年；西安：pl3

[2]西北水利科學研究所《西北黃土的性質》陜西人民出版社，l957年；西安：pl26

[3]謝定義《試論我國黃土力學研究中的若干新趨向》巖土工程學報，2001；N0．1，V0123

[4]高天鵝，高玉廣《黃土特征及分類命名，濕陷性黃土研究工程》中國建筑工業出版社，2001年；蘭州

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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