第３７卷第３期 ２０１５年３月 人民黄河 Ｖｏ１．３７．Ｎｏ．３ Ｍａｌ＂．，２０１５ ＹＥＬＬ０Ｗ ＲＩＶＥＲ 【工程勘测设计】 三门峡地区黄土工程特性 王现国，邱金波，王晨旭，王静 （河南省地质矿产勘查开发局，河南郑州４５００１２） 摘要：三门峡地区广泛分布第四纪黄土及黄土状土，通过分析该地区黄土的颗粒成分、矿物成分、化学成分、微观结构 特征，分析了黄土的工程特性，结果表明：该地区Ｑ，黄土的组成与中更新统黄土的矿物组成基本相近，颗粒组成以粉粒 为主，黏粒含量大于我国西北地区，粉粒含量小于西北地区；全新统黄土、晚更新统黄土为中等、强湿陷性黄土，湿陷性系 数为０．０２０～Ｏ．０９８，中更新统黄土一般不具有湿陷性。 关键词：黄土；湿陷Ｉ陛；工程特性；渗透性 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００．１３７９．２０１５．０３．０２８ 中图分类号：Ｐ６４２．１３ 三门峡地区广泛分布第四纪黄土及黄土状土，黄 表２西北地区黄土颗粒组成 ％ 土及黄土类土主要分布在黄河河谷及其支流河谷地 带，其主要为风成黄土及次生黄土状土。第四纪黄土 均有堆积，黄土总厚度约１５０ ｍ，湿陷性黄土厚度最大 约５４ ｍ。该地区黄土地貌主要为黄土台塬、黄土丘陵 和河谷阶地¨Ｉ２ Ｊ。黄土台塬主要有张村塬、张卞塬、东 凡塬、阳店塬、焦村塬等。黄土丘陵地貌景观分布在三 门峡市区东部及陕县、渑池县一带。河谷阶地分布在 黄河及其支流河谷地带，在阶地上有不同时期黄土或 黄土状土堆积，构成河谷阶地黄土地貌。 １．２黄土的化学和矿物成分 三门峡地区上更新统黄土的矿物组成以石英、长 石为主，其次为方解石、云母等，黏土矿物以伊利石含 量居首，未发现蒙脱石。中更新统黄土与上更新统黄 土的矿物组成相近，只是含有蒙脱黏土矿物 一 。黄 土的化学成分以ＳｉＯ 为主，占５３．８８％～６８．４２％，其 次是Ａ１：０。，占１０．９６％一１５．３５％。上更新统黄土易 溶盐含量为０．０３８％，中更新统黄土易溶盐含量为 ０．０５８％一０．０９７％，下更新统黄土易溶盐含量为 １黄土的成分与构成 １．１黄土的颗粒成分 三门峡地区黄土的组成与成因关系密切，颗粒组 成因成因不同而有差异，区内黄土颗粒组成以粉粒为 主，其中粒径为０．００５—０．０５０ ｍ的粉粒含量为 ６４．４０％一７４．３５％，而粒径大于０．０５０ ＬＬｍ的砂粒含量 低于粉粒，仅占１０．００％～２４．６４％，土质比较均匀。 三门峡地区、西北地区黄土颗粒组成见表１、表２，可以 ０．１３３％。该地区黄土有机质含量低于全国平均值 （０．６４％），表现为强度高。区内黄土的ｐＨ值为 ７．５３—８．００，属碱性介质土，具有塑性大、分散度高、抗 剪强度低等性质，表明该地区黄土为干旱、半干旱气候 环境下的沉积物。 １．３黄土的微观结构 看出，三门峡地区湿陷性黄土黏粒含量大于西北地区， 粉粒含量小于西北地区 。 ％ 粒径＜ Ｏ．００５ 三门峡地区黄土的工程特性与西北高原黄土不完 全一样，显然与其内部特定的微观结构形态有关。黄 表１三门峡地区黄土颗粒组成 粒径＞０．０５０ Ｉｘｍ 土原状样中扁平颗粒的定向排列度比较低，孔隙比较 小，一般为０．６１３—０．８１２。全新统黄土中架空孔隙发 育，孔隙比一般为０．７５７—０．９８８，多为开放或次开放 式架空结构，有较强的湿陷性；Ｑ ｅ 黄土以大孔隙为 收稿日期：２０１４—１０－２１ 粒径为０．００６～０．０５０ １ 部位 含量 含量 含量 基金项目：河南省基础发展计划科研项目（１０２３００４１０１６０）。 作者简介：王现国（１９６３一），男，河南偃师人，高级工程师（教 授级），主要从事水文地质、工程地质勘察评价研究工作。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｇ２２００３０９７＠１６３．ｃｏｍ ・１１０・ 人民黄河２０１５年第３期 主，无充填，孔隙比大，一般大于０．９３２，所以该地区黄 土具有强湿陷性。上更新统黄土为近接触式胶结， “骨架”颗粒少数磨圆度较好，无定向排列，“骨架”颗 粒有的直接接触，孔中有棒状石膏晶体。中、下更新统 黄土为不等粒基底胶结，“骨架”粒径大小不等，颗粒 磨圆度稍好，扁平矿物和“骨架”颗粒沿长轴方向表现 为有序排列，并以小孔隙为主，有碳酸盐充填物，总的 来看，Ｑ 黄土具较致密的微观结构，孔隙比小于 ｏ．８１２，因此Ｑ 黄土没有湿陷性。 ２黄土的物理力学性质 ２．１黄土湿陷性特征 三门峡地区黄土的湿陷性与地貌类型关系较密 切，黄土塬区黄土的湿陷性大于河流阶黄土的。该地 区湿陷性黄土多为Ⅱ、Ⅲ级自重湿陷性黄土，局部为非 自重湿陷性黄土。此外，在统计过程中发现，随着含水 量、天然容重的增大，孔隙比、湿陷系数减小，湿陷性减 弱，在黄土台塬区该规律更明显。 湿陷性黄土特性参数统计见表３，可以看出，三门 峡地区湿陷性黄土一般为Ⅱ、Ⅲ级自重湿陷性黄土，黄 土的湿陷性系数为ｏ．０２０一ｏ．０９８。大量工程地质资 料及区域工程地质评价结果表明，Ｑ ｅ０Ｊ黄土或Ｑ 黄 土状土较多判定为Ⅱ、Ⅲ级自重湿陷性黄土，但也有相 当一部分地区（Ｑ； 黄土分布区，河流一级阶地区等） 被判为非湿陷性黄土 －９ｊ。此外，三门峡地区湿陷性 黄土的湿陷性比豫西东部（洛阳、郑州地区）湿陷性黄 土的湿陷性强。 表３湿陷性黄土特性参数统计 项目 涧河二级阶地黄河二级阶地黄河三级阶地 黄土塬 在山前丘陵地带后缘、山间盆地边缘、阶地后缘以 及冲洪积扇区，属新近形成的黄土类土，一般属Ｑｉ黄 土类土，具有极强的不均匀性、压缩性和湿陷性。比如 在黄河支流涧河阶地上的黄土比黄河阶地上的黄土湿 陷性强，黄土塬、二级阶地后缘坡积层黄土类土的湿陷 性更强。 三门峡地区黄土及黄土类土的湿陷性主要与土壤 的松密程度、含水量及胶结程度有关。中更新世黄土 一般不具湿陷性，仅局部在中更新世黄土顶部出露位 置较高处具弱湿陷性。晚更新统黄土含水量小于 ２５％，孔隙比为ｏ．９～１．ｏ，胶结程度相对较差，具备产 生湿陷的条件，一般具湿陷性，局部具自重湿陷性。 Ｑａｐ 和Ｑ ａｐＪ黄土类土，以粉粒为主，孔隙比大，含水量 低，湿陷性强。 只要建筑物的荷载不超过湿陷起始压力，就可避 免黄土湿陷。试验资料统计表明，三门峡地区黄土湿 陷起始压力一般大于ｏ．１７７ ＭＰａ，这主要取决于该地 区湿陷性黄土特定的工程特性和所处的环境特征。该 地区新近黄土类土的湿陷起始压力一般为０．０６～ ０．２４ ＭＰａ。 ２．２黄土的渗透性 黄土的透水性具有各向异性。新近黄土（Ｑ ）的 透水性较好，渗透系数一般为０．０５７ ４～０．１４６ ０ ｍ／ｄ； Ｑ 黄土的渗透系数一般为０．２３１ ６—０．６５８ ３ ｍ／ｄ；老 黄土（Ｑ ）的透水性很差，其渗透系数一般为０．０３４～ ０．０７７ ｍ／ｄ。黄土的垂直渗透系数为０．１２８～０．８５６ ｍ／ｄ，一般为水平渗透系数的２—８倍，这是良好的垂 直节理和大孔隙所致。黄土类土垂直渗透系数为 ０．０６３ ｍ／ｄ，一般小于水平渗透系数，主要原因是，黄土 类土经过再搬运沉积普遍发育水平层理。 ２．３黄土的力学特性 黄土的强度与黄土的形成时代、成因类型关系密 切，时代越老其力学参数越大。三门峡地区黄土类土 自然快剪强度：黏聚力Ｃ＝１９～５４ ｋＰａ，内摩擦角 ＝ ２０．５。一８Ｏ．５。；饱和固结快剪强度：Ｃ＝８～２８ ｋＰａ， ＝ １７．１。～２７．０。；晚更新统黄土自然快剪强度：Ｃ＝１３— ８６ ｋＰａ， ＝２０．５。～３０．１。；中更新黄土自然快剪强度： Ｃ＝６６．０ ｋＰａ， ＝２０．０。～３３．０。。黄河阶地晚更新统 黄土的含水量从４．４％逐渐增大到２２．４％，其不固结 不排水三轴抗剪强度黏聚力由５．０ ｋＰａ逐渐增大到 ４５．０ ｋＰａ，内摩擦角由２８．５。减小到２０．５。。 ３结语 三门峡地区全新统黄土、晚更新统黄土为中等或 强湿陷性黄土，黄土的湿陷性系数为０．０２０～０．０９８， 中更新统黄土一般不具有湿陷性。该地区Ｑ 黄土的 组成与中更新统黄土的矿物组成相近，含量以石英、长 石为主，其次是方解石、云母、伊利石、高岭石、绿泥石， 颗粒组成以粉粒为主，其中粒径为０．００５～０．０５０ ｍ 的粉粒含量为６４．４０％～７４．３５％，而粒径大于０．０５０ Ｉｘｍ的砂粒含量低于粉粒，仅为１０．００％～２４．６４％。 三门峡地区黄土低易溶盐、低难溶盐类分布不均的特 ・１ １ １． 人民黄河２０１５年第３期 点是该地区黄土的重要特征之一，易溶盐含量为 ０．０３８％～０．１３３％，较西北黄土低；有机质含量为 ０．３０％～０．５０％，属低有机质土，这是该地区降水量在 强瑜．关于湿陷性黄土属性的认识［Ｒ］．洛阳：中国石化 洛阳石油化工工程公司，１９９６． 谢封春．豫西黄土的基本特征［Ｊ］．河南地质，１９８７（３）： ４２—４８． ５９６ ｍｍ以上，相对高于西北干旱地区，以及黄土的再 搬运、淋失作用所致。三门峡地区黄土的微观结构与 土的形成时代、成因类型关系密切，表现为全新统黄土 的湿陷性较强，晚更新统黄土具有中等或强湿陷性，中 更新统黄土一般不具有湿陷性。 参考文献： 王现国，王和平，吴东民，等．黄河下游环境地质问题及对 堤防的影响［Ｊ］．人民黄河，２００４，２６（８）：５—７． ［２］ 马国彦．黄河下游河道工程地质及淤积物物源分析［Ｍ］． 郑州：黄河水利出版社，１９９７． 安芷生．黄土・黄河・黄河文化［Ｍ］．郑州：黄河水利出 版社，１９９８． 王现国．豫西东部黄土工程特性研究［Ｊ］．水文地质工程 地质，２００５（２）：５８—６１． 王现国．豫西地区湿陷性黄土地基勘察与处理［Ｊ］．岩土 工程界，２００６（４）：１２—１５． 王现国．连霍高速公路河南段地质灾害类型及防治［Ｊ］． 中国地质灾害与防治学报，２００８（４）：１３３—１３４． 王现国．豫西黄河流域土壤侵蚀现状研究［Ｊ］．人民黄河， ２００５，２７（３）：２２—２５． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ ｉｎ Ｓａｎｍｅｎｘｉａ Ａｒｅａ １１ １ｊＷＡＮＧ Ｘｉａｎｇｕｏ，ＱＩＵ Ｊｉｎｂｏ，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｘｕ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇ ］Ｊ （Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｇｅｏ—Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｄｅｖｅｌｏｌ：Ｉｍｅｎｔ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｂｅｎｇｚｈｏｕ ４５００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｓａｎｍｅｎｘｉａ ａｒｅａ ｗｉｄｅｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｓ Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ｌｏｅｓｓ ａｎｄ ｌｏｅｓｓ ｓｏｉｌ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｏｒｎ— ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｎｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｐｄａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ Ｑ３ ｌｏｅｓｓ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｉｌａｒ，ｇｒａｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｐｒｉｏｉｒｔｙ ｔｏ ｓｉｌｔ，Ｓａｎｍｅｎｘｉａ ａｒｅａ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ ｃｌａｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ｒｅｇｉｏｎ，ｓｉｌｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ｒｅ— ｇｉｏｎ；Ｈｏｌｏｃｅｎｅ ｌｏｅｓｓ ａｎｄ ｌｏｅｓｓ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｌａｔｅ Ｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅ ｓｅｒｉｅｓ ｆｏｒ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｓｔｒｏｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｉｓ ｆｒｏｍ ０．０２０ ｔｏ ０．０９８，ｔｈｅ Ｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅ ｓｅｒｉｅｓ ｌｏｅｓｓ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｄｏ ｎｏｔ ｈａｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｅｓｓ；ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ 【责任编辑◆－．＿◆一◆吕艳梅】 －・・ －＋＿．． （上接第１０９页） Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｎｌｅｔ／Ｏｕｔｌｅｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｗｅｒ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｏｆ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ Ｍｏｄｅｌｓ ＣＨＥＮＧ Ｈｕａｎ，ＣＡＩ Ｆｕｌｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｚｏｎｇｐｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌｓ ｗｈｉｃｈ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｉｎｌｅｔ／ｏｕｔｌｅｔ ｏｆ ｐｕｍｐｅｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｔａ－ ｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｉｎｌｅｔ／ｏｕｔｌｅｔ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｏｆ ｐｕｍｐｅｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｗｉｔｈ ＲＮＧ ｋ—ｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ ｋ—ｓ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｈｅａｄ ｌｏｓｓ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇａｔｅ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｉｎｌｅｔ／ｏｕｔｌｅｔ．ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｎ ｅａｃｈ ｆｌｏｗ ｐａｓｓａｇｅ ｃｈａｎｎｅ１．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｏｄｅｌｓ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ ｋ—ｓ ｔｕｒｂｕ— ｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ＲＮＧ ｋ一８ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ ｋ—ｓ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｄｅ ｉｎｌｅｔ／ｏｕｔｌｅｔ；ｒｅａｌｉｚａｂｌｅ ｋ—ｓ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ；ＲＮＧ ｋ—ｓ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ｐｕｍｐｅｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｓｔａｔｉｏｎ 【责任编辑张华岩】
