黃土工程地質
⑴ 黃土渠道邊坡穩定性問題
邊坡穩定性問題是工程界及工程地質界爭論已久的一個老問題，至今亦未獲得解決。
關於在黃土中修建路塹邊坡的穩定性，國內已有不少人在從事研究。在黃土中修建渠道的邊坡穩定性問題，基本上與路塹邊坡穩定性是相同的。
對已建成的渠道及路塹邊坡破壞現象分析得知，邊坡破壞方式一般有兩種，即在大氣降水所產生的地表徑流作用下產生邊坡侵蝕及由於設計考慮不周和施工不合理而破壞了土體平衡條件引起滑坡現象。邊坡侵蝕現象可以用施工措施上加以防治（一般採用打光和抹光法處理較有效）。如果設計上發生錯誤，則滑坡性邊坡破壞在施工上是難以防治的。顯然，要想保證所建的邊坡穩定可靠，必須作出正確的邊坡結構設計，即對邊坡穩定性作出正確的預報。下面討論邊坡穩定性預測預報，這里所說的邊坡穩定性不包括侵蝕方式邊坡破壞問題，而主要是指滑坡破壞所產生的邊坡破壞。到目前為止，研究邊坡穩定性的一般方法概括起來可分為如下5種：
（1）根據極限不平衡理論，建立嚴密的數學力學方程式的數學力學分析法：是由雷金（1857）首創，由前蘇聯B.B.索柯洛夫斯基做了進一步的發展。此種方法在數學力學理論上是嚴密的。但到目前為止，尚沒有發展到能夠充分地反映天然土層的復雜的基本特性用來解決實際問題的階段，故在實踐中採用的還不多。
（2）假定破裂面，試算邊坡土體平衡條件的半經驗法：為庫倫（1773）所首創，以後有很多的學者繼續進行研究，提出了各式各樣破裂面的假定。其目的是簡化數學力學分析法，便於實踐中應用。因各位學者所研究的土質特性不同，故所提出的假定在實用上具有極大的局限性。如實踐中採用最廣的圓柱狀滑動面的假定，對塑性土體是適用的，對脆性及流性土體便不適用。
（3）根據極限平衡條件，以破裂面作為穩定邊坡的數學力學分析法：是前蘇聯什利亞平等人提出的。從其基本原理上很容易發現其假定本身是不盡完善的。在實際現象中亦常可以見到滑動面所構成的邊坡並不穩定。因此，這種假定似乎沒有多大必要再繼續研究。
（4）工程地質條件對比法：是工程地質工作者及工程技術人員經常採用的一種方法，這是值得重視的一種方法。但有時，由於人工條件超越了天然的及已有的工程條件，在運用上常常遇到困難。這一種方法必須與其他方法結合起來研究才有發展前途。
（5）模型試驗法：雖然已有50年的發展歷史，但此種方法尚處在研究階段，但從原則上來講，是有發展前途的一種方法。
由上述可見，各種方法中皆有其優點及其不足的地方。故在實踐中，往往採用多種多樣方法來進行比較、研究。應當指出，在採用某種方法進行工作時，必須對各種方法的運用條件首先弄清，否則必將形成主觀性和盲目性。在實際工作中，我們亦應防止任意拼湊的現象。
為了解決黃土渠道邊坡穩定性問題，我們採用了上述的第二種及第四種方法進行了研究，即通過對已有的黃土邊坡穩定性的工程地質現象的考察資料分析，擬定出一種核算黃土渠道邊坡穩定性的經驗方法，進行黃土渠道邊坡穩定性預測。我們除了對已建成的黃土渠道邊坡穩定性進行了考察外，又補充對已建成的天蘭路、蘭銀路路塹進行了考察。考察中著重地注意了3個問題：①不同的黃土層中邊坡穩定情況；②黃土邊坡破壞方式及破裂面的形狀；③黃土的結構構造現象，如構造節理，柱狀劈理等對邊坡穩定性的影響。
對已建成的黃土渠道邊坡穩定性情況在渠道考察一文（參看《孫廣忠地質工程文選》）中已做了介紹，在討論邊坡穩定性預報原理和方法之前，先來討論一下路塹邊坡穩定性考察結果，路塹邊坡考察資料介紹如下：
（1）天蘭路路塹主要位於老黃土中。老黃土層上部一般分布有10～20m的新黃土，該線路塹邊坡一般為1∶1.0，少數的陡至1∶0.5。
不論路塹所穿過的黃土類型如何，其邊坡系數為1∶1.0者，除少數地段（如寒水岔）因地下水活動發生過破壞現象外，一般的皆穩定。而邊坡陡於此者則不盡然，有的穩定無事；有的則發生了破壞現象。
圖12-1 天蘭路幾個代表性邊坡剖面穩定情況
如圖12-1所示，邊坡系數為1∶0.5，上覆20m新黃土，下部為老黃土，邊坡總高近60m，上部發生了破壞現象，而下部還很穩定。
同一地段附近，路塹邊坡系數為1∶0.75者，安全穩定，未發生破壞現象。
（2）蘭銀路狄家台至蘭州段，有如下3種情況（見圖12-2）：
a.高10～15m的新黃土路塹，其邊坡系數採用1∶0.5者，多不穩定，而採用1∶1.0者則穩定。
圖12-2 蘭銀路（蘭州至狄家台段）路塹邊坡穩定情況
b.老黃土構成的路塹邊坡，高15～20m，邊坡系數為1∶0.5者穩定。高30～40m的邊坡，邊坡系數取1∶0.75的同樣亦穩定。
c.上部為10～15m的新黃土，下部為老黃土，老黃土厚30餘米的復式土層結構路塹，上部採用1∶1.0的邊坡系數，下部採用1∶0.5的邊坡系數情況下，邊坡未發現破壞現象。反之，上部新黃土部分邊坡則發生過破壞現象（圖12-2b）。
應當說明一點，邊坡破壞多發生在新黃土層中，但老黃土有時因受上部新黃土的影響，有時亦發生破壞。
（3）永登一帶已建成的中小型黃土渠道，考察結果得到如下3點概念：①高10m左右的新黃土邊坡，在施工時，邊坡系數若採用1∶0.5，穩定性不同，破壞現象多發生在邊坡頂部，高度大於15m的新黃土邊坡在施工時多不穩定；②高度達30～35m的老黃土渠道邊坡，施工時，邊坡系數採用1∶0.6，並未發現破壞現象；③渠道通過具有構造節理的黃土層時，構造節理面傾向渠槽，節理面傾角大於40°～54°時，常發現發生破壞現象。
（4）臨夏北塬渠考察結果，高達15m的老黃土邊坡，施工邊坡系數採用1∶0.5時，邊坡穩定；當高度達30～35m，邊坡系數採用1∶0.6，同樣穩定。
（5）天然剖面黃土具有柱狀壁理時，邊坡常為垂直的。懸崖前常存在有塊狀黃土堆，此概系剖面上黃土沿著垂直壁理面倒塌所形成的。
在野外工作期間，我們除了對黃土邊坡穩定性一般概況進行過調查外，並觀察了黃土邊坡的破壞方式及其破裂面形狀。
黃土邊坡破壞方式，在極大程度上決定於土層結構及構造特點。黃土邊坡破壞方式有3種方式：①均質的及微成層狀黃土（不論新的或老的）邊坡破壞時多具有一定的破裂面。邊坡破壞時，系沿著破裂面向下滑動；②具有構造裂隙的黃土破壞時，則主要系被節理切割成塊狀的土體沿著裂隙面向下滑動；③具有柱狀劈理的黃土構成的邊坡破壞時，則主要是以倒塌的方式破壞。
在工作中發現，黃土邊坡破壞時，其破裂面的形狀有如下3種（圖12-3）：
（1）破裂面形狀接近於直線形。破裂面傾角多為65°～70°，亦有的小至50°。
圖12-3 黃土人工邊坡破壞形式
（2）破裂面由兩段直線組成的折線狀，上部直線段遠遠大於下部直線段。
（3）其破裂面由兩段直線及一小段曲線聯成的折曲線狀，且上部直線段遠遠大於其餘二部分的組合。
上述（2）及（3）兩種破裂面的上部傾角一般的為60°～80°，多為70°～75°，底部傾角常為35°～40°。
上述三種破裂面形狀中，不論哪一種，其頂部皆存在著一段垂直的懸臂。懸臂的高度隨黃土的類型不同而不同。一般來說，新黃土為0.8～1.2m，老黃土為1.5～2.5m。根據實際考察得知，在邊坡高度小於30～40m時，破裂面呈折線狀邊坡的下部緩傾角折（曲）線部分范圍在整個破裂面中所佔的比例很小，一般很少超過1/4或1/5。在邊坡破壞范圍較大或有地下水活動參與作用時，破裂面的實際情況與此大有不同。關於這種類型破裂面的資料還不多，尚不明確。下面我們將著重討論低邊坡的穩定情況。
根據實際觀察的資料分析，我們初步得出結論：即黃土渠道低邊坡穩定性可以採用直線假定破裂面或平面破裂面的假定來預測。
預測工作中可以採用如圖12-4所示的力學計算草圖，計算進行黃土邊坡穩定性：先假定一定的邊坡坡度，在該邊坡的不同高度a，b，c等點做不同傾角的假定破裂面，核定其最大穩定高度。如此假定幾種邊坡系數進行最大的邊坡高度核算結果，便得出如表12-1的資料。這個資料經過經驗資料校正後，便可作為設計的標准（表12-2）。
圖12-4 黃土邊坡穩定性核算草圖
圖12-5 不均質土層邊坡穩定性計算草圖
黃土層的工程性質計算指標在不同深度處不同。在進行施工邊坡穩定核算時，我們建議按圖12-5的假定來解決，即假定破裂面上垂直壓力為：
地質工程學原理
正壓力Ni為：
地質工程學原理
抗剪力為：
地質工程學原理
剪應力Si為：
地質工程學原理
則斜坡上土體平衡條件可以用式（14-5）來表示，即：
地質工程學原理
式中：hi為工程性質相同的土層厚度；γi為hi土層內的天然重度；φi為hi土層的內摩擦角；ci為hi土層的抗剪力常數；α為假定破裂面傾角；Li為具有相同ci的假定破裂面長度Li=hi/sinα。以上便為均質的及微成層狀的黃土邊坡穩定性核算原理及方法。
利用上述方法，我們將隴西典型地段黃土渠道施工邊坡核算結果列於表12-1。
表12-1 隴西地區修築黃土渠道計算邊坡極限穩定高度
表中系選用新黃土的γ=12.8～13.0kN/m3，w（水）=10%，φ=21°，c=22kPa，老黃土的γ=13.5～14.0kN/m3，w（水）=15%，φ=27°，c=35kPa。穩定系數K=1.10的作為極限穩定高度。
與前述資料比較，顯然，計算結果與考察中所獲得的資料大致相符。隴西地區黃土中修築渠道邊坡穩定系數的參考資料見表12-2。邊坡穩定性不僅要保證分台階的穩定性，同時必須保證總邊坡的穩定性。總邊坡穩定性系由分邊坡系數與分邊坡高度及台階寬度所決定。
表12-2 隴西地區修築黃土渠道邊坡穩定性參考資料
隴西地區新黃土與老黃土常疊覆堆積，形成雙層結構的土質剖面。這種雙層結構的黃土渠道邊坡穩定性是值得注意的，即老黃土層上覆有新黃土層時，邊坡穩定性有減低的趨勢，結合隴西地區新黃土分布情況，我們對老黃土層上覆10～15m的新黃土層的雙層結構土質剖面的邊坡穩定性進行了核算。結果為雙層結構土質剖面的黃土渠道邊坡，如果上覆新黃土層部分取極限穩定邊坡系數時，則下部老黃土層部分採取相應高度（按總高度）單一土層的極限穩定邊坡則不穩定，即其穩定性有降低的趨勢。
因此指出，在雙層黃土層結構的情況下，在修建工程時，應當特別地注意研究其穩定性。一般地說，上部如果取極限穩定邊坡時，則下部應當採用較相應高度單一土層極限穩定邊坡緩一些的坡度，或者放緩上部邊坡。究竟以何種方案為宜，應當由經濟比較來決定。
老黃土中常發育有交叉的構造節理，它對邊坡穩定性有很大的影響。
發育有構造節理的黃土邊坡，破壞時，邊坡土體系沿節理面向下滑落。
在野外考察工作中見到，由發育有構造節理的老黃土組成的邊坡破壞時，斜坡上土體沿著節理面向下滑落時的節理面最小傾角（表12-3）。由發育有構造裂隙的老黃土構成的邊坡，當傾向渠槽的節理傾角大於38°～40°時，邊坡即有破壞的可能性。邊坡沿著構造節理面破壞的嚴重性並不在於邊坡上被構造節理切割過的小塊土體滑落，而問題在於它有可能引起邊坡大規模的破壞（圖12-6）。
表12-3 由構造節理較發育的老黃土組成的邊坡破壞時節理面最小傾角
老黃土中節理面一般多呈輕微膠結的。然而由於開挖、卸載及風化作用結果，常又呈分離狀態。從土的抗剪強度觀點出發，此時，沿著節理面的抗剪力常數可以視為零，而其抗剪抵抗主要由內摩擦角來承擔。
據此，經我們分析的結果，得到裂隙性黃土渠道施工邊坡的穩定性與節理面傾角間關系可以簡化如式（12-10）：
地質工程學原理
式中：K為邊坡穩定系數；φ為黃土沿著節理面的內摩擦角；α為節理面傾角。
式（12-10）表明在發育有構造裂隙的老黃土中開挖渠道時，其邊坡穩定性與邊坡的高度關系不大，主要決定於構造節理面的傾角與黃土沿著節理面的內摩擦角之間的關系。
構造節理發育的老黃土抗剪強度一般都很高，其內摩擦角達35°～40°者並不罕見。而且節理是具有一定程度的膠結性，這與上面的觀測結果是相符的。
為了工程安全著想，在發育有構造節理的老黃土中開挖渠道時，當裂隙面傾角大於老黃土沿著節理面的內摩擦角時，其邊坡角必須放緩至老黃土沿著節理面具有的內摩擦角一致；也可以採用錨固加固，內錨頭必須位於穿過構造裂隙面一定深度處。
圖12-6 裂隙所引起的邊坡破壞
圖12-7 發育有柱狀裂隙黃土垂直邊坡破壞草圖
圖12-8 具有柱狀劈理的黃土傾斜邊坡穩定性核算草圖
一般地說，隴西黃土的柱狀劈理不甚發育，隴東黃土柱狀劈理比較發育。
在野外考察時，我們有時見到具有垂直劈理的黃土邊坡常呈倒塌式破壞。這種現象稍加分析就不難看出，其原因是由於黃土柱底部的黃土，在上覆柱狀土層自重壓力下破壞所引起的。如圖12-7所示，具有柱狀劈理的黃土垂直的邊坡高度為h，上覆土層自重為γ，則作用於其底部土層上的壓力（Q）為
地質工程學原理
假定底部土體的無側限抗壓強度為p，則高度為h的具有垂直劈理的黃土邊坡的穩定性系數（K）為
地質工程學原理
採用式（12-9），用試演算法，可以較容易的求得具有垂直劈理的黃土可能保持的最大的邊坡高度。發育有柱狀劈理的垂直邊坡破壞主要是在底部黃土浸水的情況下，故p應取黃土浸水無側限抗壓強度。如果在發育有柱狀劈理的黃土中開挖成斜坡，其穩定性可用圖12-8所示的力學模型進行穩定性分析。這時柱狀劈理底部的黃土抗壓強度應採用有側限抗壓強度。
由上述可知，黃土渠道的邊坡穩定性是很復雜的問題。在評價黃土渠道邊坡穩定性時，只有綜合地考慮各種黃土層的特性、結構及構造作用發育情況，確定出正確的預報方法，邊坡穩定性才能得到正確的預報結果，否則，將引起不良後果。
黃土渠道邊坡一般是低邊坡，如果遇到高邊坡時，可利用「第四章第二節中所述的土體穩定性分析方法」進行穩定性分析，在此不重述。
⑵ 深基坑定義
工程深基坑的定義：建設部建質200987號文關於印發《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法的通知》規定：一般工程深基坑是指開挖深度超過5米（含5米）或地下室三層以上（含三層），或深度雖未超過5米，但地質條件和周圍環境及地下管線特別復雜的工程。
特點：
1）基坑支護體系是臨時結構，安全儲備較小，具有較大的風險性。基坑工程施工過程中應進行監測，並應有應急措施。在施工過程中一旦出現險情，需要及時搶救。
在開挖深基坑時候注意加強排水防灌措施，風險較大應該提前做好應急預案。
2）基坑工程具有很強的區域性。如軟粘土地基、黃土地基等工程地質和水文地質條件不同的地基中基坑工程差異性很大。同一城市不同區域也有差異。基坑工程的支護體系設計與施工和土方開挖都要因地制宜，根據本地情況進行，外地的經驗可以借鑒，但不能簡單搬用。
3）基坑工程具有很強的個性。基坑工程的支護體系設計與施工和土方開挖不僅與工程地質水文地質條件有關，還與基坑相鄰建（構）築物和地下管線的位置、抵禦變形的能力、重要性，以及周圍場地條件等有關。有時保護相鄰建（構）築物和市政設施的安全是基坑工程設計與施工的關鍵。這就決定了基坑工程具有很強的個性。因此，對基坑工程進行分類、對支護結構允許變形規定統一標准都是比較困難的。
4）基坑工程綜合性強。基坑工程不僅需要岩土工程知識，也需要結構工程知識，需要土力學理論、測試技術、計算技術及施工機械、施工技術的綜合。
5）基坑工程具有較強的時空效應。基坑的深度和平面形狀對基坑支護體系的穩定性和變形有較大影響。在基坑支護體系設計中要注意基坑工程的空間效應。土體，特別是軟粘土，具有較強的蠕變性，作用在支護結構上的土壓力隨時間變化。蠕變將使土體強度降低，土坡穩定性變小。所以對基坑工程的時間效應也必須給予充分的重視。
6）基坑工程是系統工程。基坑工程主要包括支護體系設計和土方開挖兩部分。土方開挖的施工組織是否合理將對支護體系是否成功具有重要作用。不合理的土方開挖、步驟和速度可能導致主體結構樁基變位、支護結構過大的變形，甚至引起支護體系失穩而導致破壞。同時在施工過程中，應加強監測，力求實行信息化施工。
7）基坑工程具有環境效應。基坑開挖勢必引起周圍地基地下水位的變化和應力場的改變，導致周圍地基土體的變形，對周圍建（構）築物和地下管線產生影響，嚴重的將危及其正常使用或安全。大量土方外運也將對交通和棄土點環境產生影響。
⑶ 黃土工程地質性質的介紹
黃土工程地質性質（engineering geological property of loess）是指與黃土分布區工程建設施工及建築物穩定條件密切相關的回黃土的特殊性答質，如黃土的濕陷性、壓縮性、抗剪強度等。
⑷ 甘肅民間黃土窯洞的調查
一、前言
由於地下工程的計算目前還沒有完整可靠的理論，實測技術也尚未廣泛應用。因此，在解決某工程的黃土洞室問題時，我們遵循毛主席的教導，從調查研究入手，以成功的實踐經驗為出發點，採取了工程地質比較法。這個方法，就是以黃土窯洞所處的工程地質條件與擬建場地的工程地質條件作周密的比較，從而預測擬建黃土洞室的建設情況。為此，我們對場地附近的黃土窯洞進行了調查，挖掘民間長期建設和使用窯洞的經驗，為社會主義建設服務。我們先後共觀測了150個黃土窯洞，其中對114個做了較詳細的調查。
二、工程地質
（一）地貌
本區從大地貌來看是位於六盤山以西的黃土丘陵區，相對高差在50～150m 之間。從小地貌來說主要是以梁的形態出現，且與大小河流組成了若干個河谷盆地。一般可劃分為兩個地貌單元，即黃土梁區和河谷平原區。前者地形較平緩，坡度一般在15°～25°之間，有隨盆地邊緣到盆地中心而變緩的趨勢，只有在沖溝的兩側才有垂直的陡壁。後者呈平坦的河谷平原，在兩個階地的接觸處有直立的陡坎。在沖溝的兩側和階地的接觸處，常為民間黃土窯洞的所在地。
（二）地層
1）在黃土梁區分布著同一個成因類型和同一個層位的風積——坡積新黃土。按照工程地質特徵，新黃土自上而下可分為3層：
A.新黃土上層：淡黃色，大孔、蟲孔和植物根孔非常顯著，質地均勻，結構鬆散，粉土質，含有蝸牛化石及其碎片，抗水蝕力很低，常形成溶洞。當地老鄉稱之為「砂白土」。本層隨黃土梁的坡度變化而變化。在其下部一般有明顯的2～3m的坡積層次，層理的坡度一般在100～20°之間。它是黃土樑上最年輕的沉積，都裸露在地表。厚度一般在7～10m之間。
本層雖然土質最差，但都覆蓋在地表，所以仍有少數的窯洞分布其中。不過它的跨度一般都較小。洞內有時具有各式各樣的細小裂縫。
B.新黃土中層：褐黃色，具大孔、蟲孔和植物根孔，質地較均勻，結構較密實，節理較發育，抗水蝕力較強，不易形成溶洞。含有白色結晶狀的鈣質等物質。在本層的上部，這些物質分布更多，且在植物根孔和蟲孔中具有明顯的淋漓特徵。當地老鄉稱之為「雞糞土」。在本層的下部，顏色變淺，呈淡黃色，垂直節理發育，鈣質含量減少，其下有明顯的坡積薄層層次，在層理間常有白色的鈣質沉積物。本層亦隨黃土的坡度變化而變化。總厚度一般在6～13m之間。
本層的土質較新黃土上層好，且常有陡壁出露，故其中的窯洞分布較多。但本層中的節理常助長了洞內裂紋的發展。
C.新黃土下層：深黃色，大孔極少，結構密實，含有黑色的物質，節理非常發育。本層下部常夾有薄層的砂和小礫石的夾層和透鏡體。出露厚度一般在5～12m 之間。
本層的土質較新黃土上層、新黃土中層及沖積黃土都要好，但深埋在地下，出露少，故分布其中的窯洞不多。本層中特別發育的節理，成為窯洞破裂的主要因素。
2）在河谷平原上分布著沖積成因的黃土。其特徵為灰黃色，具大孔、蟲孔和植物根孔，結構較密實，岩性多變化，層理明顯，含有粘土薄層及灰黑色的土壤層。在其下部有砂、卵石的夾層和透鏡體。厚度一般在8～15m 之間。
本層的土質比新黃土下層要差，但較新黃土上層和新黃土中層要好。且其有古河床的陡坎。再加上居民用水的方便，所以其中分布的窯洞最多。沿層面下落土片土塊，是在本層窯洞中常見的現象。
（三）顆粒成分和物理力學性質
1.顆粒成分
黃土的顆粒成分如表1所示。新黃土的3層在顆粒成分上是極其相近的。只有沖積黃土粘土減少，砂土加大。
表1 黃土的顆粒成分
2.物理性質
黃土的物理性質如表2所示。新黃土的3層及沖積黃土在密度、液限、塑限等指標上是基本相似的。但在含水量、孔隙比、容重等指標上就互不相同。從密實程度來看，新黃土下層最密實，新黃土中層次之，沖積黃土再次之，新黃土上層最鬆散。從含水量來看，新黃土中層最多，新黃土上層次之，沖積黃土再次之，新黃土下層最少。
表2 黃土的物理性質
3.力學性質
黃土的力學性質如表3所示。新黃土的3層及沖積黃土在力學性質上與在主要物理性質上一樣，是有差異的。以壓縮性和濕陷性方面尤為清楚。其數量特徵為新黃土下層小，新黃土中層居中，新黃土上層和沖積黃土大。但在作為目前評價洞室的計算指標——凝聚力和內摩擦角方面就表現得不太明顯。這也說明了單憑指標的評價方法是片面的，不能反映客觀情況。
表3 黃土的力學性質
（四）水文地質條件
在黃土梁區，根據民井的觀測，在靠近盆地的中心地帶，地下水的埋藏深度一般在8～12m 之間。屬於大氣補給的黃土層中的潛水，它在盆地中心的沖溝兩側常成下降泉泄出，匯成細小而緩慢的水流。水量甚小。在盆地邊緣地帶，於25m的深度內，未發現地下水。
在河谷平原區，沖積層中的含水層，水量通常也不豐富，僅能供居民飲用。
（五）物理地質現象
本區的物理地質現象非常發育。尤其是在黃土梁區。其主要特點如下：
黃土喀斯特現象很齊全，有碟形地、陷穴、黃土橋等。在場區內就發現有3個碟形地，其中有一個碟形地，直徑達18m，深度達1.5m。其他的陷穴、暗溝、黃土橋等，在沖溝的兩側和階地的接觸處，一般都可以見到。
黃土沖溝通常較小，溝壁直立，但高度不大，一般在8～25m 之間。黃土沖溝的分布寬度一般也較小。
黃土滑塌現象在沖溝兩側和階地接觸處是比較普遍的。如在盆地中部的主沖溝的兩壁，潛水出露的面上，常成許多階梯狀的滑坡。滑坡的速度也是可觀的，如1965年4月4日的一次雨雪後，在場地一側的沖溝邊緣見到一個新舊痕跡達15cm的滑坡現象。在階地的陡坎和沖溝的主壁下，也常遇到許多崩塌物質。由於沖溝不大，階地陡坎不高，因此，不論是滑坡，還是崩塌，就其規模而言，一般來說是不大的。
三、黃土窯洞的選址
（一）一般的選擇
黃土窯洞根據使用可分為居住用的、養牲畜用的、磨坊用的和貯存物資用的幾種。
居住用的窯洞位置絕大部分都分布在黃土梁和階地的陽坡，也就是在黃土梁和階地的南側或東側。其他幾種窯洞也大部分如此。選擇在陽坡的好處是陽光好、日照長、溫暖、乾燥和風沙小等。
（二）地貌上的選擇
黃土窯洞的分布是隨地貌單元不同而不同的。在黃土梁區一般都分布在梁的坡腳下及其沖溝的兩側。在河谷平原區多在二級階地的陡坎處。這是老鄉為了減少土方工作量，而選擇了天然陡壁。但這里又常出現滑塌、陷穴等不良的物理地質理象，因此，老鄉在這里又要選擇較好的地段，而盡量避開不良的物理地質現象。盡管如此，仍有一些窯洞因選擇不當而遭受這些現象的破壞。
（三）地質上的選擇
黃土窯洞在地質上的選擇，從表4中可以較清楚地看出：
1）黃土窯洞的幾何特徵是隨著黃土的構造、土質條件的不同而各異的。
2）新開挖的黃土窯洞，如果按照表4中的幾何尺寸，一般是站得住的。
3）以打洞來說，新黃土下層最好，其次是沖積黃土，再次是新黃土中層，最差是新黃土上層。
表4 黃土窯洞幾何特徵與黃土地層的關系
這些規律的出現，反映了老鄉對建設黃土窯洞積累了豐富的經驗。他們在決定窯洞的跨度、高度等幾何尺寸時，總是結合著使用要求，謹慎地考慮了地質條件。
四、黃土窯洞的斷面形狀及洞口的處理
（一）斷面的形狀
斷面的高寬絕大多數是不等的。其情況見表5。一般地說，跨度大的則寬度大於高度。相反，跨度小的，則寬度小於高度。
表5 黃土窯洞橫斷面高寬關系表
橫斷面的形狀是不規則的。這主要是由於老鄉在開挖時，根據自己的經驗，全憑目測。但總的看，它的基本形式是接近於兩心圓拱。老鄉稱之為「炮彈形」拱。還有一些接近於拋物線形或卵形的。
縱斷面的形狀也是不規則的。通常挖成兩頭小中間大。
（二）洞口的處理
黃土窯洞的洞口是最容易坍塌的。在我們調查中就有兩個這樣的事例。這是由於洞口除了受不利的力的因素作用外，還受氣候等因素的影響。洞口直接暴露在大氣中，溫度時高時低，濕度時干時濕，時凍時融，再加之生物與化學的作用，所有這些都會加速土壤的分化和破壞，致使洞口不穩定。所以老鄉對洞口都要進行一定的處理。
本區老鄉處理的方式大致有4種：
1）洞口工挖得較小，到裡面再擴大。平面形狀如圖1所示。
2）洞口採用土坯砌體加固（圖2）。
建築工程地下地基地域研究
3）洞口抹草泥。
4）洞口修成具有一定角度的坡面。
這4種辦法有時是綜合採用的。
五、黃土窯洞的破壞情況及加固防護的措施
（一）黃土窯洞的破壞類型及其原因
黃土窯洞的破壞情況，可以歸納成以下幾種類型：
1）拱頂沿縱向的裂縫。裂縫寬度為2～10mm。凡是洞的橫斷面形狀為兩心圓拱的，在兩圓弧交接處，幾乎全有這種現象。根據分析，產生這種現象的原因有二：一是斷面形狀突變，沒有平緩的過渡線段，由於應力集中而開裂；二是在洞開挖以後，土體暴露在大氣中，失去水分，產生干縮裂縫。這種現象在新黃土上層的窯洞中見到的最多。
2）洞壁不規則的裂縫。裂縫寬度為1～4mm。這種裂縫，有些是原有的節理裂縫，有些是干縮裂縫。干縮裂縫老鄉稱之為「風炸」。這種現象在新黃土中層和新黃土下層的窯洞中見到的較普遍。
3）掉土塊。掉土塊的現象，有的發生在側壁，有的發生在拱部，老鄉稱前者為「溜幫」，後者為「塌頂」。從調查來看，掉土塊發生在拱部的較多，發生在側壁的不多見。引起掉土塊的因素是較多的，這些因素是：力的作用、節理的存在和氣候的影響。在開挖的過程中和開挖後的短期內，前一個因素是主要的，在以後的長期使用過程中，最後一個因素是主要的。但作為內因的節理的存在，始終起著決定性的作用。這種現象在節理發育的新黃土下、中層最易見到。
4）冒頂。冒頂就是拱頂不斷地一片一片地掉土塊直到穿頂，或者整個拱頂一下子全部塌下來。這兩種情況都不多見，我們在調查中只遇到一例。前者由於洞頂覆土是水平層理很薄的黃土，即水成黃土（老鄉稱之為「片片土」），且其覆土厚度很薄（不到2m），我們看到的現狀好像一隻扣在那裡的底已穿透了的鍋。後者據老鄉介紹，塌的原因有四：覆土厚度較薄，只有2m 左右；洞頂有鼠穴，灌了雨水；洞頂有樹根；地震作用（是在1920年大地震時塌的）。
總的看來，窯洞的破壞類型，以裂縫為最普遍，掉土塊次之，冒頂是極個別的。裂縫和掉土塊又以洞口較洞內為嚴重，有不少窯洞是由於洞口坍塌而不能使用的。
（二）黃土窯洞的加固與防護措施
黃土窯洞絕大部分是無襯砌的。為了防止「風炸」，老鄉一般採用草泥抹面。據說效果很好。具體做法是：在開挖窯洞時，洞壁不鏟平，並修成條紋狀，以使草泥粘牢不掉；草泥分3～4次抹，每次草泥的厚度為10～15mm，底層厚些；第一層打底的草泥，用長度為150～200mm的麥草，並且麥草要盡可能多些（以能操作為限）；第二、三層用長度為30～50mm的麥草；面層抹細泥磨光或抹白灰。
對局部沿節理下掉的較大土塊，老鄉常以木柱為支撐作局部的加固。
洞頂地表徑流的處理，老鄉非常注意，這是由於這里的新黃土上層具有較大的自重濕陷性質。我們曾調查到位置介於新黃土上層與新黃土中層之間的一個窯洞，由於排水處理不當，在1964年的一次大雨，將洞頂泡軟而坍塌。處理的辦法是：將水引離洞口較遠的地方排走；修建截水溝、土埂等。
六、結語
1）黃土窯洞的幾何特徵與黃土的地貌、地層、構造和物理力學性質等有密切關系。因此，只有在工程地質綜合分析的基礎上，才能更好地利用黃土窯洞的經驗。
2）黃土窯洞的幾何尺寸按表4中的一般數值確定是沒有什麼問題的，但作為工業建築的洞室來說，還應增加措施，例如採用不受力的保護性襯砌或半受力襯砌。
3）黃土窯洞的橫斷面形狀，基本上接近於兩心圓拱。
4）洞口段穩定性較差，最易發生坍塌。因此，洞口段的跨度宜減小，或採用加強襯砌等措施。
5）黃土中層理和節理的存在，以及由於開挖而產生的力的影響，是使黃土窯洞出現裂縫、掉土塊、冒頂等破壞現象的主要因素。
6）黃土窯洞易受水的破壞。因此要防止在洞頂、仰坡、天井等處積水，以免浸濕洞體周圍的黃土，造成土的坍塌。
（本文原載：《黃土地下建築技術資料匯編》，國家建委建築科學研究院技術情報室，1972年11月，161～165頁；作者還有秦寶玖）
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⑹ 簡述濕陷性黃土的基本工程地質性質
陷性黃土是一復種特殊性質制的土，其土質較均勻、結構疏鬆、孔隙發育。在未受水浸濕時，一般強度較高，壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕，土結構會迅速破壞，產生較大附加下沉，強度迅速降低。故在濕陷性黃土場地上進行建設，應根據建築物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度，採取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建築產生危害
⑺ 黃土地區的主要的工程地質問題是什麼
研究地形的起伏和地面水的積聚、排泄條件，調查洪水淹沒范圍及其發生規律；內
劃分不容同的地貌單元，確定其與黃土分布的關系，查明濕陷凹地、黃土溶洞、滑坡、崩坍、沖溝、泥石流及地裂縫等不良地質現象的分布、規模、發展趨勢及其對建設的影響；
劃分黃土地層或判別新近堆積黃土，應符合規定；
調查地下水位的深度、季節性變化幅度、升降趨勢及其與地表水體、灌溉情況和開采地下水強度的關系；
調查既有建築物的現狀；
了解場地內有無地下坑穴，如古墓、井、坑、穴、地道、砂井和砂巷等。
⑻ 中國濕陷性黃土的工程地質性質
一、前言
中國濕陷性黃土就其工程地質性質而言，可分為高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土兩類。前者分布於高原（或台塬高地），為晚更新世馬蘭黃土，屬於風積成因；後者分布在河谷，為全新世沖積黃土。
二、高原濕陷性黃土
在黃土高原地帶，雖然工業建築較少，但民用建築、生土建築和窯洞建築卻很多，因此，對於高原濕陷性黃土的工程地質性質進行試驗研究是很有必要的。現將有關資料敘述如下。
1.顆粒成分
顆粒成分是決定黃土的工程地質性質的基本因素之一，特別是粘土成分。從分布在不同地區的資料（表1）來看，高原濕陷性黃土的顆粒成分是有區域性變化的，粘土顆粒由西而東、由北而南逐漸增加。
表1 高原濕陷性黃土的顆粒成分
2.物理性質
物理性質是工程地質性質中的一個重要組成部分，是工程措施的直接指標。現從分布在不同地區的資料（表2）來看，高原濕陷性黃土的物理性質也是有區域性變化的，如含水量和容重等存在由西而東、由北而南的變化趨勢。但某些指標，如孔隙比等差別不大。
表2 高原濕陷性黃土的物理性質
續表
3.濕陷特徵
濕陷性是黃土獨特的工程地質性質，是評價黃土地基的重要依據，隨著實際資料的積累，目前可獲得如下的認識。
1）在平面分布上，由表3中得知，高原濕陷性黃土的相對濕陷系數值是存在著明顯的區域性變化的，並且有由西而東、由北而南、從大變小的趨勢。
表3 高原濕陷性黃土的相對濕陷系數
2）垂直剖面上，由表3和圖1中得知，相對濕陷系數值是隨深度增加而減小的，一般在近地表為最大，往下就反復地變小，至一定的深度時，濕陷性基本消失，而過渡到非濕陷性土層。這個消失的深度界限，是隨地區的不同而不同的，明顯地反映了區域性的差異。但總的看來，這個界限一般在10～16m的深度內。建立這個概念，對地基的評價是非常重要的，因為在高原區，黃土層的厚度很大，常達百米以上，過去曾有人認為，黃土層的厚度與濕陷層的厚度是等同的，現在看來，這是不正確的。
三、河谷濕陷性黃土
工業與民用建築廣泛坐落在黃土河谷平原地帶，這里是建築部門的研究重點，我們曾對分布在不同地區具有代表性的重工業城市開始了調查和試驗工作，現簡述如下。
1.試驗場地的簡況
試驗場地地質地貌簡況示於表4。
表4 試驗場地的地質地貌簡況
續表
圖1 相對濕陷系數隨深度變化圖
1—太原；2—乾縣；3—蘭州
2.物質成分
（1）顆粒成分
顆粒成分所採取的分析方法是密度計法，其結果列於表5。
表5 河谷濕陷性黃土的顆粒成分
從表5中可以獲得這樣的認識，就大范圍而言，分布在河谷平原的濕陷性黃土，其粘土的含量與高原濕陷性黃土的分布規律一樣，存在著由西而東、由北而南逐漸增加的總趨勢。
（2）粘土礦物成分
從粘土礦物成分的分析資料（表6）來看，3個場地黃土的粘土礦物，主要都是伊利石，但其含量各地不同。這從粘土礦物的化學分析中也得到反映。
表6 河谷濕陷性黃土的粘土礦物成分
（3）化學成分
化學成分的分析結果及其特徵，可從表7中看出如下幾點：
1）化學成分在這3個場地是有差別的，尤其對黃土工程地質性質有重大影響的易溶鹽、中溶鹽和交換容量等有較大差別。
2）易溶鹽的含鹽量，以蘭州為最大，其次是西安，再次是太原，同時蘭州含有大量的易溶性的硫酸根離子，而西安和太原則含量微弱；再以介質溶液的pH 值來看，蘭州較西安和太原為小，故蘭州為硫酸鹽型的黃土，而西安和太原為碳酸鹽型的黃土。
3）中溶鹽（石膏）在蘭州的黃土中含量較多，而在西安和太原的黃土中就沒有。
表7 河谷濕陷性黃土的化學成分
3.物理力學性質
物理力學性質的特徵見表8、表9。
表8 河谷濕陷性黃土的物理性質
表9 河谷濕陷性黃土的力學性質
1）在物理指標中，含水量等存在著較大的區域性差異，且一般有由西而東、由北而南、從小變大的趨勢。但孔隙比等，在某幾個地方又基本上是相似的。
2）在力學指標中，凝聚力、內摩擦角的區域性變化較小，但野外的形變模量變化范圍很大。
4.濕陷特徵
近些年來，對濕陷性的認識有了新的發展，除了相對濕陷系數這個指標外，還新添了濕陷起始壓力的指標。
（1）相對濕陷系數
1）在平面分布上：從表10中得知，河谷濕陷性黃土的相對濕陷系數與高原上的濕陷性黃土一樣，也存在著區域性變化和一般的由西而東、由北而南、從大變小的趨勢。
2）在垂直剖面上：由表10和圖2中得知，河谷濕陷性黃土的相對濕陷系數與高原上的濕陷性黃土一樣也存在著隨深度增大而減小的規律。一般在地表為最大，往下就反復地變小，至一定深度時，濕陷性就要消失。濕陷性消失的深度是有區域特徵的，具有西深而東淺的變化趨勢，但總的看，它一般都消失在地表下10～15m的深度內。
表10 河谷濕陷性黃土的相對濕陷系數
圖2 相對濕陷系數隨深度變化圖
1—太原；2—蘭州；3—西安
（2）濕陷起始壓力
濕陷起始壓力，在我國已發展成為一個有實用意義的力學指標。從表11來看，它也存在著顯著的區域性特徵，並也有一般的由西而東、由北而南、從小變大的趨勢。
表11 灌谷濕陷性黃土的濕陷起始壓力
四、幾點認識
1）高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土，在不同地區內，其工程地質性質具有區域性的差異。且在區域性的基礎上，大致都存在著由西而東、由北而南的方向性變化趨勢。
2）高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土，在同一地區內的工程地質性質是存在著類別上的差異的。
3）不同地區的高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土的工程地質性質是既存在類別上的差異，又存在區域上的差異的。
4）在區域性的差異上，河谷濕陷性黃土遠較高原濕陷性黃土的差異要大。這是由於前者的沉積環境遠比後者的沉積環境復雜。
5）我國濕陷性黃土的工程地質性質是存在著方向性和地區性的變化特徵的，這是由於各地在黃土堆積時的古地理、古氣候、沉積環境、發育歷史及人類活動等因素的不同所致。因此，在建築時，要區別對待，因地制宜。
6）在反映方向性和區域性的差異上，若簡單地以物理力學性質或以單一指標去了解，則這種內在的方向性或區域性規律就難於識別，只有把這種因素中的各個特徵指標聯系起來，作出綜合的工程地質性質的評價，才能把握其規律。因為黃土是自然作用的產物，它一方面是具有一定物理力學性質，一定的物質成分和組織結構的自然體系；另一方面又是在地質歷史過程中形成，且在天然和人為因素影響下，不斷改變的自然地質體。這種以黃土的形成、發展，以及相互聯系的全面觀點所揭露出的我國濕陷性黃土的區域性和方向性的規律，對於今後的科學研究和生產實踐，將會起到重要的作用。
參考文獻
劉東生，張宗祜.1962.中國的黃土.地質學報，42（1）
劉東生等.1965.中國的黃土堆積.北京：科學出版社
張宗祜.1962.中國黃土類土濕陷性及滲透性基本特徵.中國地質，（12）
（本文原載：《中國第四紀研究》，1985年，第六卷，第二期，139～145頁）
⑼ 黃土工程性質
黃土工程地質(engineering geological property of loess)是指與黃土分布區工程建設施工及建築物穩定條件密切相關的黃土的特殊性質，如黃土的濕陷性、壓縮性、抗剪強度等。黃土的工程地質性質要闡明了許多出現的問題。基本內容
①黃土一般的工程地質指標，主要包括黃土的物理性質、化學性質和力學性質三大指標；②不同地貌單元、不同時代、不同成因類型的黃土的粒度成分、濕陷性及與濕陷性有關的特殊性質，不同區段內的黃土的濕陷性的評價；③結合區內工程建設進行區域黃土工程地質條件的評價及黃土工程地質區域的劃分。在對黃土高原多次暴雨洪水災害調研的基礎上，提案指出：黃土高原水保措施基本能應對一般侵蝕性降雨，但抵禦特大暴雨能力有限。由於黃土高原的水資源匱乏，長期以雨洪資源化為主要目標，存在「重蓄輕排」問題，較少考慮流域各地貌單元之間的匯水連通關系，加上工農業生產擠占溝道與河道，進一步導致了流域洪水泥沙連通性的惡化。在極端暴雨條件下，洪水超出流域蓄水能力，土壤侵蝕與洪澇災害愈發嚴重，坡耕地溝蝕廣布、梯田被嚴重破壞，在承接上方匯流的部位形成切溝或造成滑坡，莊稼被淹淤埋，淤地壩排水建築物及壩體被沖毀，甚至淹沒下游村莊、城鎮，危及人民生命財產安全。同時，大多數流域無整體蓄水與排洪規劃，水窖、壩庫等措施的蓄水量無法與小流域用水需求相協調，既不能抵禦極端暴雨洪水災害，也不能有效搜集和利用雨洪資源，甚至一度造成「不下雨就乾旱，一下雨就水災」的尷尬局面。
⑽ 如何理解黃土，膨脹土，軟土和凍土在工程地質中的排水問題
在黃土、膨脹土、軟土和凍士等特殊士中，在其工程性質和工程地質問題所表現出來的特殊性均與水的作用有關。如黃土遇水產生濕陷性，由黃土自重濕陷和地下水沅蝕形成的黃土陷穴常引起工程建築物的破壞及上覆土層或工程建築物突然陷落等問題;.
膨脹土遇水膨脹失水收縮的脹縮性問題，如果多次脹縮使建築物強度很快衰減，導致修建在膨脹土上的工程建築物開裂下沉、失穩等問題，因此只要膨脹土中水分發生變化就能引起脹縮變形;軟士自身由於天然含水量高，透水性差、壓縮性高，其承載力和抗剪強度很低呈軟塑-流塑狀態，修建在軟土地基上的建築物因軟土的變形大，透水性差，承載力低而引起破壞;凍土的形成必須有水的參與，凍土地區病害主要是凍脹融沉，使凍土工程性質變化較大，性質不良，例如多年凍土區開挖路塹，使多年凍土上限下降，則可產生基底下沉，邊坡滑塌等問題。
以上特殊土的工程地質問題均與水的因素有關。因此作為對這些特殊土的工程地質問題的有效解決措施之一就 是排水。通過排水可以有效地緩解或抑制黃土的濕陷性和黃土陷穴的發生;通過排水或保持水分可以有效緩解或抑制膨脹土的脹縮性質;通過排水可以提高軟土的固結強度，提高承載力，改善軟土的不良性質;通過排水可以抑制凍士的發生，改善凍土地區岩土的工程質。
總之，特殊士的工程性質及工程地質問題與水的因素有著密切的直接的關系，而解決這些工程地質問題，提高改善特殊土的工程性質，排除水的因素是至關重要的。.