２０１３年２月 第２期（总１７３） 铁道工程学报 Ｆｅｂ ２０１３ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷＡＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ ＮＯ．２（Ｓｅｒ．１７３） 文章编号：１００６—２１０６（２０１３）０２—００１１—０６ 实际浸水环境下黄土湿陷性分析与浸水环境分级 许增荣料 （中铁第一勘察设计院集团有限公司， 西安７１００４３） 摘要：研究目的：分析实际环境条件下黄土的浸水条件与机理，确定各种自然及人工环境下最不利的饱和湿陷 土层厚度，根据环境对黄土浸水程度的影响差异对场地浸水湿陷环境进行分级。 研究结论：黄土场地的实际湿陷厚度由多种因素决定，最主要受浸水条件的控制，具体浸水环境条件下的 实际湿陷厚度，由降水、地表水入渗、地下水位升高三部分构成。经验和计算表明，在自然状况下大部分地带 浸水厚度明显小于可湿陷土层厚度，以浸水湿陷厚度代替可湿陷土层厚度为依据采取工程措施可以较显著 节省工程量及费用。 关键词：黄土；湿陷性；环境；浸水 中图分类号：Ｕ４５２．１１ 文献标识码：Ａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ ｉｎ Ｒｅａｌ Ｓｏａｋｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｇｒａｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｏａｋｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ＸＵ Ｚｅｎｇ—ｒｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｉｒｓｔ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｌｔｄ，Ｘｉ ａｎ，Ｓｈａｎｘｉ ７ １００４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ，ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ ｌａｙｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｍｏｓｔ ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ ｎａｔｕｒａｌ ａｎｄ ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｇｒａｄｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ｓｏａｋｉｎｇ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：Ｔｈｅ ｒｅａ１ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｆａｃｔｏｒ ｉＳ ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｒｉｓｉｎｇ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｗａｔｅｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｏａｋｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ．Ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｗｏｒｋｓ ｃａｎ ｂｅ ｍｕｃｈ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｕｎｄｅｒ ｎａｔｕｒａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｇｉｖｅ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｉｎｋｉｎｇ Ｏｎ ｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｇｒａｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏａｋｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｅｓｓ；ｃｏｌｌａｐｓｉｂｉｌｉｔｙ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｏａｋｉｎｇ １黄土湿陷产生的条件与浸水环境研 究的必要性 全面分析黄土湿陷产生的原因可知，只有当同时 具备以下三个基本条件时黄土湿陷才能发生： （１）黄土具备可湿陷性（《湿陷性黄土地区建筑技 术规范》规定湿陷系数大于０．０１５的黄土） （２）土体浸水后饱和或接近饱和； 收稿日期：２０１２—１０—３０ 作者简介：许增荣，男，１９６３年出生，高级工程师，注册岩土工程师。 １２ 铁道工程学报 （３）自重应力或自重应力加外部荷载的作用。 上述三个因素，第一点《湿陷性黄土地区建筑技 术规范》中对于黄土本身的可湿陷性的试验、测试及 判定已经规定了成熟、系统的方法，为目前评价场地湿 陷性的基本依据。第三点是必然存在的或主要与工程 有关。第二点土体浸水因素，目前少有重视，但是它是 各种建（构）筑物实际发生湿陷的最主要外部条件，决 定了湿陷实际发生的厚度、范围等。因此要对具体条 件下的湿陷性进行评价，必须研究黄土浸水及浸水环 境问题。 ２我国黄土地区与湿陷相关的自然环 境特征 ２．１降水 降水的量、强度及延续时间与降水入渗形成的饱 和（包括近于饱和，下同）土体的厚度及水在土中的运 动关系密切。 黄土主要分布于我国西北五省区及山西、内蒙古、 河南、河北等地区，决定地表水、地下水丰贫及直接影 响黄土湿陷环境的大气降水，基本特征是由东南向西 北降水逐步减少。黄土分布的东南边缘、大致在西 安一郑州一线（秦岭北坡）到大致兰州～呼和浩特一 线，多年平均降水量由约７００ １Ｔｌｌｎ，逐步降至３５０ ｍｍ； 由兰州～呼和浩特一线至大致玉门一内蒙古临河北一 线多年平均降水量降至１００ ｍｍ，该线以西广大范围， 除天山、昆仑山等高大山脉、天山以北地区外，多年平 均降水量均在１００ ｍｍ以下。 可见陇东、陕西中北部、山西中西部等黄土主要分 布区的降水量总体偏少，基本在３５０～４５０ ｍｍ之间， 南部偏高；新疆、河西走廊等广大地区降水稀少。 根据气候学的分类，黄土分布地区东南部为夏秋 雨区及夏雨区，夏秋季降水集中，占全年降水的７０％ 以上，冬春干旱，在陕西中北部、甘肃东南部有所谓秋 淋现象；西北大陆腹地为全年干旱多晴区，降水稀少， 但夏季降水占全年的７５％。 ２．２蒸发度及空气湿度 黄土地区的多年平均蒸发度在１ ６００～２ ４００ ｍｍ 之间，大致从东南到西北逐步升高。 黄土地区除东南部在局部季节空气相对湿度较高 外，东南部其他季节及其它广大地区相对湿度主要在 ３０％～６０％之间。 ２．３地表水体 地表水体是构成浸水环境的主要条件之一。其分 布、水位、水量及变化直接决定了黄土受其影响的浸水 湿陷的范围、厚度及发生的特点等。 秦岭北坡至大致兰州～呼和浩特一线，为以黄土 高原为主体的区域，水系较为发育，流域长度较大河流 具常年径流，但季节性波动显著。区域性河流流量较 丰，水位水量季节性波动明显。各种大小支沟，部分枯 水期有细小径流、部分干涸，但丰水期则可出现较大洪 流，宣泄迅速。各种人工地表水体间有分布，水库、湖 塘等水利设施分布较多，在工农业发达地区、人口集中 的城镇地段尤为密集，如河套平原、关中平原、山西中 部以及较大河流形成的冲积盆地等地带。 兰州一呼和浩特一线以西的广大地区，因降水稀 少，几乎全部为季节性河流，少量发源于天山、祁连山 等高山的河流部分段落具有常年径流，水量不大，且季 节性波动极大，下游因入渗或蒸发基本消耗殆尽后消 失。众多河流沟谷在夏季偶然出现集中降水时爆发短 暂洪流。 ３实际环境下黄土湿陷浸水机理基本 分析 在具体环境条件下，实际发生湿陷的土层为在降 水渗入或者地表水、人工水体渗入、地下水位升高后形 成的饱和土体或接近饱和的土体。因为降水、地表水 的时空分布复杂多变，饱和土体的范围、厚度在不同的 时间及地点有显著差异。黄土浸水环境的分析和评价 就是按照最不利原则，分析各种浸水环境条件，确定饱 和湿陷土层的范围和厚度，做出符合实际的、保证工程 使用期间安全的场地湿陷评价。 ３．１ 降水浸水环境下湿陷机理分析与评价的基本方法 降水产生湿陷问题的本质取决于降水入渗后在包 气带的运动特点，在土壤学中，现有的研究认为其运动 主要与重力、土壤吸力、气相驱替等有关。试验及实践 均表明在集中降水或表水渗入后，会形成一个近于饱 和土体带并随时间下移，该饱和土体就是黄土层真正 产生湿陷的部分，因此对于黄土湿陷问题，主要关注的 是其中的饱和土体形成问题。 （１）在一次降水完成后，部分降水渗入地下，较大 降水初期在地表附近形成饱和带，并不断下移，如果后 续无降水渗入补充，随着下移过程中部分滞留及扩散 等，该饱和带含水率逐步降低，成为非饱和土体，实践 中发现在地下水位以上黄土层中部几乎没有见到过夹 有近于饱和的土层。对于较小的降水甚至不能形成饱 和土层。气象资料表明除了连阴雨天气以外、黄土地 区单次日最大降水量即使在东南部降水较丰地区关中 地区也仅１１０．７／Ｔｌ／２Ｃｌ，据此计算其可以形成的饱和土层 厚度也仅数十厘米。为研究最不利条件下饱和土层的 厚度，必须按照最不利原则概化渗入及运移模式，按照 第２期 许增荣：实际浸水环境下黄土湿陷性分析与浸水环境分级 １３ 理想化条件计算饱和湿陷土层厚度。 （２）黄土地区气候的基本特点是降水分配的季节 性明显，夏秋季可达全年降水总量的７０％多，其中东 南部秋季连阴雨天气所占比例更高；而在新疆、宁夏地 区夏季所占比例更高。在某些时期，上述集中时间段 的降水也可能连续完成，因此按照最不利原则，可以将 降水丰富季节雨量假定为一次降水过程来计算，得到 最不利条件下的饱和湿陷厚度。在自然条件下，降水 是多次进行的，每次降水后在地表附近形成的近于饱 和土层，随时间不断下移，同时饱和度不断下降，渐趋 平均化，并失去湿陷的条件；在实际勘察中，极少见到 黄土层在某个深度出现近于饱和或高含水的土层，这 样就排除了由于多次降水垂直方向存在多个近于饱和 土层的问题。同样，由于土壤吸附因素也可以排除出 现在深度大于２～３倍理想化条件下饱和土层厚度的 下部出现饱和土体的现象，因为当浸润前锋到达如此 深度时，土体的饱和度已经远远小于能够产生湿陷的 最小值，当然其强度的影响依然存在。 （３）降水集中时间段之间较干旱季节的时间长达 半年，按照试验积累的经验，黄土及黄土状土的渗透系 数多数为０．０５～０．２５ｍ／ｄ，这意味着当降水发生人渗 后，其垂直入渗的速度即使有土壤吸力等因素影响，其 渗透速度也依然较高，不会出现同一地区同时存在相 邻年度降水形成的饱和土层的可能，实际湿陷厚度可 以不考虑多年叠加问题。 （４）降水入渗比例，与地形、地表环境、土体特点、 降水方式等关系密切。地面条件越不利于蒸发、植物 消耗作用进行，渗入比例越高；地表坡度越大，通过径 流排走的比例越高，入渗比例越小；地表土的渗透性越 高，人渗比例越大。迄今为止各方面难以给出较可靠 的分类人渗比例。 ３．２地表水浸水环境下湿陷机理与评价的基本方法 地表水浸水环境主要是指沟谷、河流、湖塘等有水 体覆盖地段及环境，水体范围、水量、水位的变化、水底 的渗透性是决定浸水环境条件的主要因素。其基本特 点是在一定时间或者长期内，水体附近的黄土，可以持 续不断地接受地表水体的渗入补充，基本机理可以分 为两种情况分析，一种是暂时性径流的渗入，另一种为 长期径流河流或湖塘水体的季节性波动。 ３．２．１暂时性径流（水体）浸水环境 主要是指黄土地区广泛存在的沟谷、局部分布的 季节性低洼积水地段。 在丰水期来临后，沟谷季节性径流出现，同时沟水 的下渗也相应进行，在包气带形成一个从表层向下扩 散的饱和带，随着时间的延续，形成一个以纵向为主、 水平方向为次的不断扩大的趋势，如果时间足够长，饱 和土体与地下水接在一起，形成局部地下水位受沟水 控制的地带；随后随时间延续，其范围会进一步向水平 方向延伸。当地表季节性径流消失，则地下水位会逐 步从地表水位下降，最终趋于原来的水位附近。 受降水、地表水随时间不断变化的影响，现实情况 复杂，上述过程在某个阶段都有可能结束。但是其最 不利情况是地表水时间较长时，地下水位以上的黄土 在一段时间内全部饱和，地下水位直接受控于地表水 位，形成沿地表水带状分布的局部饱和土体。 ３．２．２长期径流（水体）浸水环境 包括各种具有常年径流的河流、常年不干涸的湖 塘等，在长期存在地表水体的环境下，地下水与地表水 已经达到了相应的平衡，也就是河床水体附近地下水 水位基本等同于潜水地下水位，周边地下水位在地形、 地表水等多种因素影响下，也达到平衡。此种浸水环 境下，除了快速波动短暂时间外，包气带中基本不存在 孤立的与地下水无联系的饱和土层。黄土地区气候显 著的季节性特点决定了地表水体的水位流量必定会出 现明显的周期性波动，对于该种浸水环境而言，最为不 利的条件就是地表水位上升后出现多年最高水位，滞 后一段时间，地下水位上升到最高时，此时新增的饱和 土层厚度最大。 ４饱和土层厚度计算 ４．１饱和土层的构成 黄土层湿陷厚度取决于饱和土层的厚度（湿陷产 生后土体移动出现的附加影响也应考虑），饱和土层 的厚度主要由三部分组成：降水渗入形成的饱和土体； 地表水渗入形成的饱和土体；地下水水位升高产生的 饱和土层。 饱和土体湿陷产生的附加影响主要表现为下部饱 和土体湿陷发生后带动上部土体向下位移的影响，因 为由此产生的上部土体对工程的作用效果与湿陷类 似，但是这种影响一般只有在地下水上升等条件下产 生。 ４．２ 降水渗入条件下饱和土层厚度的计算 很容易得到土的颗粒密度、含水率、孔隙比，也可 以确定浸水后土体饱和的最低饱和度。根据土力学指 标的基本关系： 孑Ｌ隙度ｎ＝ｅ／（１＋ｅ） 天然饱和度Ｓ ： 。・ｐ。／ｅ 降水渗入后需要充满的土体体积占总体积比ｎ ＝ １７，。（Ｓ ｌ～Ｓｒｏ） 则集中降水时间段形成的饱和土体的厚度： １４ 铁道工程学报 Ｈ＝Ｎ・Ｗ・ｍ・Ａ／［１ ０００・ｎ・（Ｓ，１～Ｓｍ）］ ＝Ｈ＝Ｍ・（１＋ｅ）／［ｅ・（５ 一Ｓ ）］ 一 Ｎ・Ｗ・ｍ・Ａ・（１＋ｅ）／［１ ０００・ｅ・（Ｓ １ 饱和土层的厚度（ｍ）； 式中 ——水体垂直方向单位面积渗人的水量 （ｍ ）。 Ｓ，。）］ 式中 显然人渗的水量与垂直方向的水力梯度及持续时 调整系数，所计算饱和土层，在下移至一 间有关，应具体分析计算，并考虑侧向扩散问题。这种 计算往往是很困难的。当入渗时间足够长，全部土体 饱和，此后入渗水量向周边扩散。因此可以考虑将最 定深度仍饱和度较高，有湿陷性，需要调 整； 一多年平均降水量（ｍｍ）； ｍ——集中降水时段的降水量占全年的比例； Ａ——降水入渗系数； ｅ——土的孔隙比； 。——高洪水位以下全部土层作为饱和湿陷土层。 ４．４新增湿陷土层厚度的确定 地下水位上升的幅度就是因地下水位变动引起的 湿陷土层厚度。应该综合当地地下水观测资料的统计 值、环境因素对地下水变化趋势按照最不利条件提出 水位上升值，上升的幅度就是新增湿陷土层的厚度。 土的初始含水率； ｐ。——颗粒密度（ｇ／ｃｍ ）； ５ ——天然饱和度（未浸水前）； ５， ——浸水后的饱和度，通常认为８５％即为饱 和，这样计算的厚度也偏于保守。 地形条件对于降水形成的饱和土层厚度有明显影 响，地形平坦、斜坡、低洼地段的人渗系数差距很大。 据对２００３年关中特别多雨年份渭北黄土台塬的 ５各种典型浸水环境条件下湿陷土层 厚度的确定 浸水湿陷环境的分析和计算，主要是确定特定环 境下饱和土层的范围及厚度，并作出综合评价。受气 候、地表水、地形等因素影响，浸水环境条件复杂多变， 因此有必要对典型代表性浸水环境条件下进行分析归 纳。 ５．１ 降水环境条件下浸水湿陷环境分析 计算，调整系数为１时，高含水土层厚度１．５８ １ＴＩ，与实 际观察相近。 ４．３天然水体入渗条件下浸水厚度的计算 同样假如知道水体垂直方向单位面积渗入的水量 也可计算： 降水环境条件下浸水湿陷环境分析如表１及图１～ 图３所示。 表１ 降水浸水湿陷环境分析 地形条件 地形平坦 降水条件 各种降水条件 浸水湿陷环境分析 包括了绝大部分典型黄土地区。夏秋降雨集中季雨量所计算的饱和土层厚 度为降雨所能造成的最大厚度，为保证安全，可以采用多年最大降水量乘以 降水集中季节的比例计算，当有地形起伏时，可以按２倍降水量计算，调整系 数为２ 在较大降水时部分通过坡面流失，流失比例差距很大，但最大浸水厚度小于 集中降水季节计算的最大饱和土层厚度。可以采用多年最大降水量乘以降 水集中季节的比例计算，调整系数为２ 会出现周边大量降水汇集的情况，必要情况下可以具备全部土层浸水的条件 坡度大于５。的坡 地 低洼地，多数时间 是无水的 各种降水条件 各种降水条件 ５．２地表水体环境条件下浸水湿陷环境分析 地表水体环境条件下浸水湿陷环境分析如表２、 图４、图５所示。 表２地表水浸水湿陷环境分析 地形条件 降水条件 流域较小的沟谷 各种降水条件 流域范围 较大的河流 地表水条件 浸水湿陷环境分析 季节性径流，水位、水量、 过水时间、水位、水量、沟床宽度决定饱和土层的厚度、范围， 径流时间变化显著 平面变化大，可能影响范围应按照全部浸水饱和对待 常年径流，水位水量季节 河流附近基本全部为饱和土层，丰水季节河流附近的水位会 性变化明显 进一步上升，应根据地形、河流影响范围、河流最高水位确定 各部位最大饱和土层厚度 各种降水条件 天然湖塘 各种降水条件 通常有固定的补给来源， 随季节变化接受地表水 与长期径流的河流类似 及降水的补给 第２期 许增荣：实际浸水环境下黄土湿陷性分析与浸水环境分级 １５ 些 ！性汇入 丰水期洼地水位 图３ 洼地附近浸水环境典型断面示意图 图１ 平坦地形浸水环境典型断面示意图 图４长期径流附近浸水环境典型断面示意图 长 饱 图２斜坡地段浸水环境典型断面示意图 ５．３地下水环境条件下浸水分析 黄土层中地下水位的变化导致饱和土层厚度变 化，通常按照地下水季节性最高水位确定，必要时加上 枯水期地下水位 图５暂时性径流附近浸水环境典型断面示意图 各种因素产生的地下水位趋势性变化引起的附加水位 变化幅度，严格说来，这里的水位变化是由该地段以外 其他地段地下水侧向径流引起的，因为同地段降水及 必须重视的是，下部黄土浸水湿陷可以引起自身及上 部土体的位移，对工程产生不利影响。 ５．４人工环境下浸水环境分析 地表水对土体的影响如前述已经计算，不应重复，但因 降水引起的影响很小，一般可以不予考虑。 特别应该重视因改变纵坡、整平、改变路径等人为 人工因素影响下的浸水环境，最大的特点是水量、 水位（水压）变化受到控制，往往采取了一定的防水措 施，但是其有效性随时间具有较大的不确定性，如表３ 所示 活动导致地下水补排条件变化造成大幅升高的现象。 工程设施 水的来源 表３人工浸水湿陷环境分析 浸水湿陷环境分析 人工湖塘、水库等人工水体，水利渠道，防渗 降水、地表水、人工 除关键水利工程，多数易出现持续性渗漏形成局部饱和 措施多种多样，并且其有效性随时间而变化 补充水，具有季节性 土体，厚度往往很大，应按照全部土体饱和考虑 工民建附属上下水管道、排水设施、公用给 使用期间多数长期 使用频繁排水设施初期易出现受损渗漏，造成局部饱和土层，厚度变 般防渗较好，随时间可出现 各种现象 有水 化大；隐蔽性强，危害大，应按照全部土体饱和对待 ，一市政雨污水管渠等收集系统，防渗效果差距 污水管道一般长期 有水，雨水管渠时断 污水管渠长期有水，管线长，受损防渗失效后易出现长 很大 时续 期渗漏，危害大，按照全部土层浸水饱和对待 公路铁路各种排水沟、行洪涵洞、路基坡脚 多平时无水，过水时 渗入情况与沟渠纵坡等地面纵坡关系最大，受防渗措施 防水措施一般较弱，容易受地形、排水条 问及量随降水变化， 的影响件的变化而产生超出预计的渗漏地形低平、沟渠纵坡平缓不畅地段，按照部分至 是出现病 雨季长期降水时过 全部土层饱和考虑 害的原因之一 ． 水时间最长 、，，，１６ 铁道工程学报 ２０１３年２月 ５．５ 多种水环境相互叠加问题 降水、地表水及地下水同时存在的环境条件很常 见，如降水与地表水、或降水与地下水同时存在，地表 水与地下水同时存在等。当几种浸水条件同时存在 时，应该叠加计算其厚度，地表水对浸水环境的影响是 局部性的，地下水水位及黄土纵向分布也是变化的，因 此应分不同地段叠加计算。 ６浸水饱和湿陷土层厚度的利用 按照具体环境条件下计算的湿陷厚度较之全部可 湿陷厚度大幅减少，比如对关中渭北黄土台塬的计算， 可湿陷土层达２０ ｍ，计算降水产生的饱和土层厚度仅 １．５８ ｍ，考虑调整系数为２后为３．１６ ｍ，据此进行有 关设计可以节省的费用可观。 对于由于地下水位上升等产生的黄土下部饱和湿 陷土层，应注意其湿陷出现的上部土层下移产生的相 关问题，此时不应简单地按照饱和土层厚度确定湿陷 厚度，而应具体分析。 本文仅提出了具体浸水环境下的湿陷土层厚度计 算和确定方法，黄土本身的湿陷类型、湿陷强烈程度等 特征不变。由此做出的湿陷性黄土评价应结合工程的 特点和使用条件和环境，做出恰当的利用。 ７ 黄土场地浸水环境分级及其意义 文献［１］根据环境对黄土浸水的影响程度对黄土 浸水环境提出了４个分级，如表４所示，这种分级可以 指导浸水湿陷厚度的计算，并为按照浸水环境采取工 程措施提供依据。浸水环境分级的对象是环境而不是 岩土体，根据环境等因素分析计算所确定的不同地段 的浸水厚度才是确定工程措施的主要依据。当工程设 计考虑浸水环境因素时，应注意工程运用期间环境条 件的变化，防止出现超出原设计时环境条件的变化，危 及工程安全。 表４湿陷性黄土浸水环境分级 浸水环境 环境特征 等级 Ｉ级（轻微 地面纵坡大于５。的各种斜坡地段，且无其它 浸水环境） 地面给排水设施；年降雨量小于１００ ｆｉｌｍ干 旱地区地形平坦地段 Ⅱ级（中等 一般地区的地形平坦地段，且无其它地面给 浸水环境） 排水设施 Ⅲ级（较严 季节性沟谷、灌溉渠、排洪渠、排水沟地段， 重浸水环 可能出现地下水位大幅波动的地段，地形低 境） 洼地表水易于汇集地段，且无其它地面给排 水设施 续表４湿陷性黄土浸水环境分级 浸水环境 环境特征 等级 具长期径流的河流沟谷附近；各种给排水管 Ⅳ类（严重 道、埋地储水水处理构筑物；各种水利工程 浸水环境） 干渠支渠附近、水库库岸附近；市政雨污水 明渠附近等 ８ 结论 本文对各种浸水环境下的湿陷土层厚度按照最不 利原则进行了分析和计算，由此确定的湿陷土层厚度 是可靠的。对于黄土场地浸水环境的分级可以为设计 在具体浸水环境下采取工程措施、防水措施、环境措施 提供可参考的依据。根据浸水环境确定黄土饱和土体 的厚度为黄土湿陷性评价提供了一个全新的思路。经 验和计算表明，在自然状况下大部分非临水地带浸水 厚度小于可湿陷土层厚度，以此为依据采取有关工程 措施可以较显著节省工程量及费用。本文的论述主要 基于工作经验及对有关文献的参考，对降水及地表水 人渗后水的移动、土体含水量的规律缺乏具体观测资 料。有关文章已经对此有所涉及，但针对性不足，这些 问题需要进一步探讨。 参考文献： ［１］ 许增荣．湿陷性黄土场地浸水湿陷环境分析与分级［Ｊ］． 西南交通大学学报，２００９（ｓ）：３９—４３． Ｘｕ Ｚｅｎｇｒｏｎｇ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｇｒａｄｅｓ ｏｆ Ｓｏａｋｉｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏ Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ Ｌｏｅｓｓ Ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。２００９（Ｓ）：３９—４３． ［２］ 王志明，郭择德，李明香．半干旱地区包气带浅部黄土 中水分运移特征［Ｊ］．干旱区研究，２００２（２）：１—６． Ｗａｎｇ Ｚｈｉｍｉｎｇ，Ｇｕｏ Ｚｅｄｅ，Ｌｉ Ｍｉｎｇｘｉａｎｇ．Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｌｏｅｓｓ ｉｎ Ｓｅｍｉ—ａｒｉｄ Ａｒｅａ［Ｊ］．Ａｒｉｄ Ｚｏｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００２ （２）：１—６． ［３］ 何淑军，李鸿江，赵敏学，等．西北干旱湿陷性黄土区增 湿高能级强夯试验研究［Ｊ］．铁道工程学报，２０１１（７）： ９—１５． Ｈｅ Ｓｈｕｊｕｎ，Ｌｉ Ｈｏｎｇｊｉａｎｇ， Ｚｈａｏ Ｍｉｎｘｕｅ，ｅｔｃ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｌｅｖｅｌ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ Ｌｏｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｒｉｄ Ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｈｉｎａ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｆｏＲａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１１（７）： ９—１５． ［４］ ＧＢ ５００２５－－２００４，湿陷性黄土地区建筑技术规范［Ｓ］． ＧＢ ５００２５－－２００４，Ｃｏｄｅ ｆｏｒ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ Ｌｏｅｓｓ Ｒｇｉｏｎｓ［Ｓ］． （编辑 吕 洁）
