黄土工程地质
⑴ 黄土渠道边坡稳定性问题
边坡稳定性问题是工程界及工程地质界争论已久的一个老问题，至今亦未获得解决。
关于在黄土中修建路堑边坡的稳定性，国内已有不少人在从事研究。在黄土中修建渠道的边坡稳定性问题，基本上与路堑边坡稳定性是相同的。
对已建成的渠道及路堑边坡破坏现象分析得知，边坡破坏方式一般有两种，即在大气降水所产生的地表径流作用下产生边坡侵蚀及由于设计考虑不周和施工不合理而破坏了土体平衡条件引起滑坡现象。边坡侵蚀现象可以用施工措施上加以防治（一般采用打光和抹光法处理较有效）。如果设计上发生错误，则滑坡性边坡破坏在施工上是难以防治的。显然，要想保证所建的边坡稳定可靠，必须作出正确的边坡结构设计，即对边坡稳定性作出正确的预报。下面讨论边坡稳定性预测预报，这里所说的边坡稳定性不包括侵蚀方式边坡破坏问题，而主要是指滑坡破坏所产生的边坡破坏。到目前为止，研究边坡稳定性的一般方法概括起来可分为如下5种：
（1）根据极限不平衡理论，建立严密的数学力学方程式的数学力学分析法：是由雷金（1857）首创，由前苏联B.B.索柯洛夫斯基做了进一步的发展。此种方法在数学力学理论上是严密的。但到目前为止，尚没有发展到能够充分地反映天然土层的复杂的基本特性用来解决实际问题的阶段，故在实践中采用的还不多。
（2）假定破裂面，试算边坡土体平衡条件的半经验法：为库伦（1773）所首创，以后有很多的学者继续进行研究，提出了各式各样破裂面的假定。其目的是简化数学力学分析法，便于实践中应用。因各位学者所研究的土质特性不同，故所提出的假定在实用上具有极大的局限性。如实践中采用最广的圆柱状滑动面的假定，对塑性土体是适用的，对脆性及流性土体便不适用。
（3）根据极限平衡条件，以破裂面作为稳定边坡的数学力学分析法：是前苏联什利亚平等人提出的。从其基本原理上很容易发现其假定本身是不尽完善的。在实际现象中亦常可以见到滑动面所构成的边坡并不稳定。因此，这种假定似乎没有多大必要再继续研究。
（4）工程地质条件对比法：是工程地质工作者及工程技术人员经常采用的一种方法，这是值得重视的一种方法。但有时，由于人工条件超越了天然的及已有的工程条件，在运用上常常遇到困难。这一种方法必须与其他方法结合起来研究才有发展前途。
（5）模型试验法：虽然已有50年的发展历史，但此种方法尚处在研究阶段，但从原则上来讲，是有发展前途的一种方法。
由上述可见，各种方法中皆有其优点及其不足的地方。故在实践中，往往采用多种多样方法来进行比较、研究。应当指出，在采用某种方法进行工作时，必须对各种方法的运用条件首先弄清，否则必将形成主观性和盲目性。在实际工作中，我们亦应防止任意拼凑的现象。
为了解决黄土渠道边坡稳定性问题，我们采用了上述的第二种及第四种方法进行了研究，即通过对已有的黄土边坡稳定性的工程地质现象的考察资料分析，拟定出一种核算黄土渠道边坡稳定性的经验方法，进行黄土渠道边坡稳定性预测。我们除了对已建成的黄土渠道边坡稳定性进行了考察外，又补充对已建成的天兰路、兰银路路堑进行了考察。考察中着重地注意了3个问题：①不同的黄土层中边坡稳定情况；②黄土边坡破坏方式及破裂面的形状；③黄土的结构构造现象，如构造节理，柱状劈理等对边坡稳定性的影响。
对已建成的黄土渠道边坡稳定性情况在渠道考察一文（参看《孙广忠地质工程文选》）中已做了介绍，在讨论边坡稳定性预报原理和方法之前，先来讨论一下路堑边坡稳定性考察结果，路堑边坡考察资料介绍如下：
（1）天兰路路堑主要位于老黄土中。老黄土层上部一般分布有10～20m的新黄土，该线路堑边坡一般为1∶1.0，少数的陡至1∶0.5。
不论路堑所穿过的黄土类型如何，其边坡系数为1∶1.0者，除少数地段（如寒水岔）因地下水活动发生过破坏现象外，一般的皆稳定。而边坡陡于此者则不尽然，有的稳定无事；有的则发生了破坏现象。
图12-1 天兰路几个代表性边坡剖面稳定情况
如图12-1所示，边坡系数为1∶0.5，上覆20m新黄土，下部为老黄土，边坡总高近60m，上部发生了破坏现象，而下部还很稳定。
同一地段附近，路堑边坡系数为1∶0.75者，安全稳定，未发生破坏现象。
（2）兰银路狄家台至兰州段，有如下3种情况（见图12-2）：
a.高10～15m的新黄土路堑，其边坡系数采用1∶0.5者，多不稳定，而采用1∶1.0者则稳定。
图12-2 兰银路（兰州至狄家台段）路堑边坡稳定情况
b.老黄土构成的路堑边坡，高15～20m，边坡系数为1∶0.5者稳定。高30～40m的边坡，边坡系数取1∶0.75的同样亦稳定。
c.上部为10～15m的新黄土，下部为老黄土，老黄土厚30余米的复式土层结构路堑，上部采用1∶1.0的边坡系数，下部采用1∶0.5的边坡系数情况下，边坡未发现破坏现象。反之，上部新黄土部分边坡则发生过破坏现象（图12-2b）。
应当说明一点，边坡破坏多发生在新黄土层中，但老黄土有时因受上部新黄土的影响，有时亦发生破坏。
（3）永登一带已建成的中小型黄土渠道，考察结果得到如下3点概念：①高10m左右的新黄土边坡，在施工时，边坡系数若采用1∶0.5，稳定性不同，破坏现象多发生在边坡顶部，高度大于15m的新黄土边坡在施工时多不稳定；②高度达30～35m的老黄土渠道边坡，施工时，边坡系数采用1∶0.6，并未发现破坏现象；③渠道通过具有构造节理的黄土层时，构造节理面倾向渠槽，节理面倾角大于40°～54°时，常发现发生破坏现象。
（4）临夏北塬渠考察结果，高达15m的老黄土边坡，施工边坡系数采用1∶0.5时，边坡稳定；当高度达30～35m，边坡系数采用1∶0.6，同样稳定。
（5）天然剖面黄土具有柱状壁理时，边坡常为垂直的。悬崖前常存在有块状黄土堆，此概系剖面上黄土沿着垂直壁理面倒塌所形成的。
在野外工作期间，我们除了对黄土边坡稳定性一般概况进行过调查外，并观察了黄土边坡的破坏方式及其破裂面形状。
黄土边坡破坏方式，在极大程度上决定于土层结构及构造特点。黄土边坡破坏方式有3种方式：①均质的及微成层状黄土（不论新的或老的）边坡破坏时多具有一定的破裂面。边坡破坏时，系沿着破裂面向下滑动；②具有构造裂隙的黄土破坏时，则主要系被节理切割成块状的土体沿着裂隙面向下滑动；③具有柱状劈理的黄土构成的边坡破坏时，则主要是以倒塌的方式破坏。
在工作中发现，黄土边坡破坏时，其破裂面的形状有如下3种（图12-3）：
（1）破裂面形状接近于直线形。破裂面倾角多为65°～70°，亦有的小至50°。
图12-3 黄土人工边坡破坏形式
（2）破裂面由两段直线组成的折线状，上部直线段远远大于下部直线段。
（3）其破裂面由两段直线及一小段曲线联成的折曲线状，且上部直线段远远大于其余二部分的组合。
上述（2）及（3）两种破裂面的上部倾角一般的为60°～80°，多为70°～75°，底部倾角常为35°～40°。
上述三种破裂面形状中，不论哪一种，其顶部皆存在着一段垂直的悬臂。悬臂的高度随黄土的类型不同而不同。一般来说，新黄土为0.8～1.2m，老黄土为1.5～2.5m。根据实际考察得知，在边坡高度小于30～40m时，破裂面呈折线状边坡的下部缓倾角折（曲）线部分范围在整个破裂面中所占的比例很小，一般很少超过1/4或1/5。在边坡破坏范围较大或有地下水活动参与作用时，破裂面的实际情况与此大有不同。关于这种类型破裂面的资料还不多，尚不明确。下面我们将着重讨论低边坡的稳定情况。
根据实际观察的资料分析，我们初步得出结论：即黄土渠道低边坡稳定性可以采用直线假定破裂面或平面破裂面的假定来预测。
预测工作中可以采用如图12-4所示的力学计算草图，计算进行黄土边坡稳定性：先假定一定的边坡坡度，在该边坡的不同高度a，b，c等点做不同倾角的假定破裂面，核定其最大稳定高度。如此假定几种边坡系数进行最大的边坡高度核算结果，便得出如表12-1的资料。这个资料经过经验资料校正后，便可作为设计的标准（表12-2）。
图12-4 黄土边坡稳定性核算草图
图12-5 不均质土层边坡稳定性计算草图
黄土层的工程性质计算指标在不同深度处不同。在进行施工边坡稳定核算时，我们建议按图12-5的假定来解决，即假定破裂面上垂直压力为：
地质工程学原理
正压力Ni为：
地质工程学原理
抗剪力为：
地质工程学原理
剪应力Si为：
地质工程学原理
则斜坡上土体平衡条件可以用式（14-5）来表示，即：
地质工程学原理
式中：hi为工程性质相同的土层厚度；γi为hi土层内的天然重度；φi为hi土层的内摩擦角；ci为hi土层的抗剪力常数；α为假定破裂面倾角；Li为具有相同ci的假定破裂面长度Li=hi/sinα。以上便为均质的及微成层状的黄土边坡稳定性核算原理及方法。
利用上述方法，我们将陇西典型地段黄土渠道施工边坡核算结果列于表12-1。
表12-1 陇西地区修筑黄土渠道计算边坡极限稳定高度
表中系选用新黄土的γ=12.8～13.0kN/m3，w（水）=10%，φ=21°，c=22kPa，老黄土的γ=13.5～14.0kN/m3，w（水）=15%，φ=27°，c=35kPa。稳定系数K=1.10的作为极限稳定高度。
与前述资料比较，显然，计算结果与考察中所获得的资料大致相符。陇西地区黄土中修筑渠道边坡稳定系数的参考资料见表12-2。边坡稳定性不仅要保证分台阶的稳定性，同时必须保证总边坡的稳定性。总边坡稳定性系由分边坡系数与分边坡高度及台阶宽度所决定。
表12-2 陇西地区修筑黄土渠道边坡稳定性参考资料
陇西地区新黄土与老黄土常叠覆堆积，形成双层结构的土质剖面。这种双层结构的黄土渠道边坡稳定性是值得注意的，即老黄土层上覆有新黄土层时，边坡稳定性有减低的趋势，结合陇西地区新黄土分布情况，我们对老黄土层上覆10～15m的新黄土层的双层结构土质剖面的边坡稳定性进行了核算。结果为双层结构土质剖面的黄土渠道边坡，如果上覆新黄土层部分取极限稳定边坡系数时，则下部老黄土层部分采取相应高度（按总高度）单一土层的极限稳定边坡则不稳定，即其稳定性有降低的趋势。
因此指出，在双层黄土层结构的情况下，在修建工程时，应当特别地注意研究其稳定性。一般地说，上部如果取极限稳定边坡时，则下部应当采用较相应高度单一土层极限稳定边坡缓一些的坡度，或者放缓上部边坡。究竟以何种方案为宜，应当由经济比较来决定。
老黄土中常发育有交叉的构造节理，它对边坡稳定性有很大的影响。
发育有构造节理的黄土边坡，破坏时，边坡土体系沿节理面向下滑落。
在野外考察工作中见到，由发育有构造节理的老黄土组成的边坡破坏时，斜坡上土体沿着节理面向下滑落时的节理面最小倾角（表12-3）。由发育有构造裂隙的老黄土构成的边坡，当倾向渠槽的节理倾角大于38°～40°时，边坡即有破坏的可能性。边坡沿着构造节理面破坏的严重性并不在于边坡上被构造节理切割过的小块土体滑落，而问题在于它有可能引起边坡大规模的破坏（图12-6）。
表12-3 由构造节理较发育的老黄土组成的边坡破坏时节理面最小倾角
老黄土中节理面一般多呈轻微胶结的。然而由于开挖、卸载及风化作用结果，常又呈分离状态。从土的抗剪强度观点出发，此时，沿着节理面的抗剪力常数可以视为零，而其抗剪抵抗主要由内摩擦角来承担。
据此，经我们分析的结果，得到裂隙性黄土渠道施工边坡的稳定性与节理面倾角间关系可以简化如式（12-10）：
地质工程学原理
式中：K为边坡稳定系数；φ为黄土沿着节理面的内摩擦角；α为节理面倾角。
式（12-10）表明在发育有构造裂隙的老黄土中开挖渠道时，其边坡稳定性与边坡的高度关系不大，主要决定于构造节理面的倾角与黄土沿着节理面的内摩擦角之间的关系。
构造节理发育的老黄土抗剪强度一般都很高，其内摩擦角达35°～40°者并不罕见。而且节理是具有一定程度的胶结性，这与上面的观测结果是相符的。
为了工程安全着想，在发育有构造节理的老黄土中开挖渠道时，当裂隙面倾角大于老黄土沿着节理面的内摩擦角时，其边坡角必须放缓至老黄土沿着节理面具有的内摩擦角一致；也可以采用锚固加固，内锚头必须位于穿过构造裂隙面一定深度处。
图12-6 裂隙所引起的边坡破坏
图12-7 发育有柱状裂隙黄土垂直边坡破坏草图
图12-8 具有柱状劈理的黄土倾斜边坡稳定性核算草图
一般地说，陇西黄土的柱状劈理不甚发育，陇东黄土柱状劈理比较发育。
在野外考察时，我们有时见到具有垂直劈理的黄土边坡常呈倒塌式破坏。这种现象稍加分析就不难看出，其原因是由于黄土柱底部的黄土，在上覆柱状土层自重压力下破坏所引起的。如图12-7所示，具有柱状劈理的黄土垂直的边坡高度为h，上覆土层自重为γ，则作用于其底部土层上的压力（Q）为
地质工程学原理
假定底部土体的无侧限抗压强度为p，则高度为h的具有垂直劈理的黄土边坡的稳定性系数（K）为
地质工程学原理
采用式（12-9），用试算法，可以较容易的求得具有垂直劈理的黄土可能保持的最大的边坡高度。发育有柱状劈理的垂直边坡破坏主要是在底部黄土浸水的情况下，故p应取黄土浸水无侧限抗压强度。如果在发育有柱状劈理的黄土中开挖成斜坡，其稳定性可用图12-8所示的力学模型进行稳定性分析。这时柱状劈理底部的黄土抗压强度应采用有侧限抗压强度。
由上述可知，黄土渠道的边坡稳定性是很复杂的问题。在评价黄土渠道边坡稳定性时，只有综合地考虑各种黄土层的特性、结构及构造作用发育情况，确定出正确的预报方法，边坡稳定性才能得到正确的预报结果，否则，将引起不良后果。
黄土渠道边坡一般是低边坡，如果遇到高边坡时，可利用“第四章第二节中所述的土体稳定性分析方法”进行稳定性分析，在此不重述。
⑵ 深基坑定义
工程深基坑的定义：建设部建质200987号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：一般工程深基坑是指开挖深度超过5米（含5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。
特点：
1）基坑支护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程施工过程中应进行监测，并应有应急措施。在施工过程中一旦出现险情，需要及时抢救。
在开挖深基坑时候注意加强排水防灌措施，风险较大应该提前做好应急预案。
2）基坑工程具有很强的区域性。如软粘土地基、黄土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中基坑工程差异性很大。同一城市不同区域也有差异。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖都要因地制宜，根据本地情况进行，外地的经验可以借鉴，但不能简单搬用。
3）基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计与施工和土方开挖不仅与工程地质水文地质条件有关，还与基坑相邻建（构）筑物和地下管线的位置、抵御变形的能力、重要性，以及周围场地条件等有关。有时保护相邻建（构）筑物和市政设施的安全是基坑工程设计与施工的关键。这就决定了基坑工程具有很强的个性。因此，对基坑工程进行分类、对支护结构允许变形规定统一标准都是比较困难的。
4）基坑工程综合性强。基坑工程不仅需要岩土工程知识，也需要结构工程知识，需要土力学理论、测试技术、计算技术及施工机械、施工技术的综合。
5）基坑工程具有较强的时空效应。基坑的深度和平面形状对基坑支护体系的稳定性和变形有较大影响。在基坑支护体系设计中要注意基坑工程的空间效应。土体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性，作用在支护结构上的土压力随时间变化。蠕变将使土体强度降低，土坡稳定性变小。所以对基坑工程的时间效应也必须给予充分的重视。
6）基坑工程是系统工程。基坑工程主要包括支护体系设计和土方开挖两部分。土方开挖的施工组织是否合理将对支护体系是否成功具有重要作用。不合理的土方开挖、步骤和速度可能导致主体结构桩基变位、支护结构过大的变形，甚至引起支护体系失稳而导致破坏。同时在施工过程中，应加强监测，力求实行信息化施工。
7）基坑工程具有环境效应。基坑开挖势必引起周围地基地下水位的变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对周围建（构）筑物和地下管线产生影响，严重的将危及其正常使用或安全。大量土方外运也将对交通和弃土点环境产生影响。
⑶ 黄土工程地质性质的介绍
黄土工程地质性质（engineering geological property of loess）是指与黄土分布区工程建设施工及建筑物稳定条件密切相关的回黄土的特殊性答质，如黄土的湿陷性、压缩性、抗剪强度等。
⑷ 甘肃民间黄土窑洞的调查
一、前言
由于地下工程的计算目前还没有完整可靠的理论，实测技术也尚未广泛应用。因此，在解决某工程的黄土洞室问题时，我们遵循毛主席的教导，从调查研究入手，以成功的实践经验为出发点，采取了工程地质比较法。这个方法，就是以黄土窑洞所处的工程地质条件与拟建场地的工程地质条件作周密的比较，从而预测拟建黄土洞室的建设情况。为此，我们对场地附近的黄土窑洞进行了调查，挖掘民间长期建设和使用窑洞的经验，为社会主义建设服务。我们先后共观测了150个黄土窑洞，其中对114个做了较详细的调查。
二、工程地质
（一）地貌
本区从大地貌来看是位于六盘山以西的黄土丘陵区，相对高差在50～150m 之间。从小地貌来说主要是以梁的形态出现，且与大小河流组成了若干个河谷盆地。一般可划分为两个地貌单元，即黄土梁区和河谷平原区。前者地形较平缓，坡度一般在15°～25°之间，有随盆地边缘到盆地中心而变缓的趋势，只有在冲沟的两侧才有垂直的陡壁。后者呈平坦的河谷平原，在两个阶地的接触处有直立的陡坎。在冲沟的两侧和阶地的接触处，常为民间黄土窑洞的所在地。
（二）地层
1）在黄土梁区分布着同一个成因类型和同一个层位的风积——坡积新黄土。按照工程地质特征，新黄土自上而下可分为3层：
A.新黄土上层：淡黄色，大孔、虫孔和植物根孔非常显著，质地均匀，结构松散，粉土质，含有蜗牛化石及其碎片，抗水蚀力很低，常形成溶洞。当地老乡称之为“砂白土”。本层随黄土梁的坡度变化而变化。在其下部一般有明显的2～3m的坡积层次，层理的坡度一般在100～20°之间。它是黄土梁上最年轻的沉积，都裸露在地表。厚度一般在7～10m之间。
本层虽然土质最差，但都覆盖在地表，所以仍有少数的窑洞分布其中。不过它的跨度一般都较小。洞内有时具有各式各样的细小裂缝。
B.新黄土中层：褐黄色，具大孔、虫孔和植物根孔，质地较均匀，结构较密实，节理较发育，抗水蚀力较强，不易形成溶洞。含有白色结晶状的钙质等物质。在本层的上部，这些物质分布更多，且在植物根孔和虫孔中具有明显的淋漓特征。当地老乡称之为“鸡粪土”。在本层的下部，颜色变浅，呈淡黄色，垂直节理发育，钙质含量减少，其下有明显的坡积薄层层次，在层理间常有白色的钙质沉积物。本层亦随黄土的坡度变化而变化。总厚度一般在6～13m之间。
本层的土质较新黄土上层好，且常有陡壁出露，故其中的窑洞分布较多。但本层中的节理常助长了洞内裂纹的发展。
C.新黄土下层：深黄色，大孔极少，结构密实，含有黑色的物质，节理非常发育。本层下部常夹有薄层的砂和小砾石的夹层和透镜体。出露厚度一般在5～12m 之间。
本层的土质较新黄土上层、新黄土中层及冲积黄土都要好，但深埋在地下，出露少，故分布其中的窑洞不多。本层中特别发育的节理，成为窑洞破裂的主要因素。
2）在河谷平原上分布着冲积成因的黄土。其特征为灰黄色，具大孔、虫孔和植物根孔，结构较密实，岩性多变化，层理明显，含有粘土薄层及灰黑色的土壤层。在其下部有砂、卵石的夹层和透镜体。厚度一般在8～15m 之间。
本层的土质比新黄土下层要差，但较新黄土上层和新黄土中层要好。且其有古河床的陡坎。再加上居民用水的方便，所以其中分布的窑洞最多。沿层面下落土片土块，是在本层窑洞中常见的现象。
（三）颗粒成分和物理力学性质
1.颗粒成分
黄土的颗粒成分如表1所示。新黄土的3层在颗粒成分上是极其相近的。只有冲积黄土粘土减少，砂土加大。
表1 黄土的颗粒成分
2.物理性质
黄土的物理性质如表2所示。新黄土的3层及冲积黄土在密度、液限、塑限等指标上是基本相似的。但在含水量、孔隙比、容重等指标上就互不相同。从密实程度来看，新黄土下层最密实，新黄土中层次之，冲积黄土再次之，新黄土上层最松散。从含水量来看，新黄土中层最多，新黄土上层次之，冲积黄土再次之，新黄土下层最少。
表2 黄土的物理性质
3.力学性质
黄土的力学性质如表3所示。新黄土的3层及冲积黄土在力学性质上与在主要物理性质上一样，是有差异的。以压缩性和湿陷性方面尤为清楚。其数量特征为新黄土下层小，新黄土中层居中，新黄土上层和冲积黄土大。但在作为目前评价洞室的计算指标——凝聚力和内摩擦角方面就表现得不太明显。这也说明了单凭指标的评价方法是片面的，不能反映客观情况。
表3 黄土的力学性质
（四）水文地质条件
在黄土梁区，根据民井的观测，在靠近盆地的中心地带，地下水的埋藏深度一般在8～12m 之间。属于大气补给的黄土层中的潜水，它在盆地中心的冲沟两侧常成下降泉泄出，汇成细小而缓慢的水流。水量甚小。在盆地边缘地带，于25m的深度内，未发现地下水。
在河谷平原区，冲积层中的含水层，水量通常也不丰富，仅能供居民饮用。
（五）物理地质现象
本区的物理地质现象非常发育。尤其是在黄土梁区。其主要特点如下：
黄土喀斯特现象很齐全，有碟形地、陷穴、黄土桥等。在场区内就发现有3个碟形地，其中有一个碟形地，直径达18m，深度达1.5m。其他的陷穴、暗沟、黄土桥等，在冲沟的两侧和阶地的接触处，一般都可以见到。
黄土冲沟通常较小，沟壁直立，但高度不大，一般在8～25m 之间。黄土冲沟的分布宽度一般也较小。
黄土滑塌现象在冲沟两侧和阶地接触处是比较普遍的。如在盆地中部的主冲沟的两壁，潜水出露的面上，常成许多阶梯状的滑坡。滑坡的速度也是可观的，如1965年4月4日的一次雨雪后，在场地一侧的冲沟边缘见到一个新旧痕迹达15cm的滑坡现象。在阶地的陡坎和冲沟的主壁下，也常遇到许多崩塌物质。由于冲沟不大，阶地陡坎不高，因此，不论是滑坡，还是崩塌，就其规模而言，一般来说是不大的。
三、黄土窑洞的选址
（一）一般的选择
黄土窑洞根据使用可分为居住用的、养牲畜用的、磨坊用的和贮存物资用的几种。
居住用的窑洞位置绝大部分都分布在黄土梁和阶地的阳坡，也就是在黄土梁和阶地的南侧或东侧。其他几种窑洞也大部分如此。选择在阳坡的好处是阳光好、日照长、温暖、干燥和风沙小等。
（二）地貌上的选择
黄土窑洞的分布是随地貌单元不同而不同的。在黄土梁区一般都分布在梁的坡脚下及其冲沟的两侧。在河谷平原区多在二级阶地的陡坎处。这是老乡为了减少土方工作量，而选择了天然陡壁。但这里又常出现滑塌、陷穴等不良的物理地质理象，因此，老乡在这里又要选择较好的地段，而尽量避开不良的物理地质现象。尽管如此，仍有一些窑洞因选择不当而遭受这些现象的破坏。
（三）地质上的选择
黄土窑洞在地质上的选择，从表4中可以较清楚地看出：
1）黄土窑洞的几何特征是随着黄土的构造、土质条件的不同而各异的。
2）新开挖的黄土窑洞，如果按照表4中的几何尺寸，一般是站得住的。
3）以打洞来说，新黄土下层最好，其次是冲积黄土，再次是新黄土中层，最差是新黄土上层。
表4 黄土窑洞几何特征与黄土地层的关系
这些规律的出现，反映了老乡对建设黄土窑洞积累了丰富的经验。他们在决定窑洞的跨度、高度等几何尺寸时，总是结合着使用要求，谨慎地考虑了地质条件。
四、黄土窑洞的断面形状及洞口的处理
（一）断面的形状
断面的高宽绝大多数是不等的。其情况见表5。一般地说，跨度大的则宽度大于高度。相反，跨度小的，则宽度小于高度。
表5 黄土窑洞横断面高宽关系表
横断面的形状是不规则的。这主要是由于老乡在开挖时，根据自己的经验，全凭目测。但总的看，它的基本形式是接近于两心圆拱。老乡称之为“炮弹形”拱。还有一些接近于抛物线形或卵形的。
纵断面的形状也是不规则的。通常挖成两头小中间大。
（二）洞口的处理
黄土窑洞的洞口是最容易坍塌的。在我们调查中就有两个这样的事例。这是由于洞口除了受不利的力的因素作用外，还受气候等因素的影响。洞口直接暴露在大气中，温度时高时低，湿度时干时湿，时冻时融，再加之生物与化学的作用，所有这些都会加速土壤的分化和破坏，致使洞口不稳定。所以老乡对洞口都要进行一定的处理。
本区老乡处理的方式大致有4种：
1）洞口工挖得较小，到里面再扩大。平面形状如图1所示。
2）洞口采用土坯砌体加固（图2）。
建筑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。
这4种办法有时是综合采用的。
五、黄土窑洞的破坏情况及加固防护的措施
（一）黄土窑洞的破坏类型及其原因
黄土窑洞的破坏情况，可以归纳成以下几种类型：
1）拱顶沿纵向的裂缝。裂缝宽度为2～10mm。凡是洞的横断面形状为两心圆拱的，在两圆弧交接处，几乎全有这种现象。根据分析，产生这种现象的原因有二：一是断面形状突变，没有平缓的过渡线段，由于应力集中而开裂；二是在洞开挖以后，土体暴露在大气中，失去水分，产生干缩裂缝。这种现象在新黄土上层的窑洞中见到的最多。
2）洞壁不规则的裂缝。裂缝宽度为1～4mm。这种裂缝，有些是原有的节理裂缝，有些是干缩裂缝。干缩裂缝老乡称之为“风炸”。这种现象在新黄土中层和新黄土下层的窑洞中见到的较普遍。
3）掉土块。掉土块的现象，有的发生在侧壁，有的发生在拱部，老乡称前者为“溜帮”，后者为“塌顶”。从调查来看，掉土块发生在拱部的较多，发生在侧壁的不多见。引起掉土块的因素是较多的，这些因素是：力的作用、节理的存在和气候的影响。在开挖的过程中和开挖后的短期内，前一个因素是主要的，在以后的长期使用过程中，最后一个因素是主要的。但作为内因的节理的存在，始终起着决定性的作用。这种现象在节理发育的新黄土下、中层最易见到。
4）冒顶。冒顶就是拱顶不断地一片一片地掉土块直到穿顶，或者整个拱顶一下子全部塌下来。这两种情况都不多见，我们在调查中只遇到一例。前者由于洞顶覆土是水平层理很薄的黄土，即水成黄土（老乡称之为“片片土”），且其覆土厚度很薄（不到2m），我们看到的现状好像一只扣在那里的底已穿透了的锅。后者据老乡介绍，塌的原因有四：覆土厚度较薄，只有2m 左右；洞顶有鼠穴，灌了雨水；洞顶有树根；地震作用（是在1920年大地震时塌的）。
总的看来，窑洞的破坏类型，以裂缝为最普遍，掉土块次之，冒顶是极个别的。裂缝和掉土块又以洞口较洞内为严重，有不少窑洞是由于洞口坍塌而不能使用的。
（二）黄土窑洞的加固与防护措施
黄土窑洞绝大部分是无衬砌的。为了防止“风炸”，老乡一般采用草泥抹面。据说效果很好。具体做法是：在开挖窑洞时，洞壁不铲平，并修成条纹状，以使草泥粘牢不掉；草泥分3～4次抹，每次草泥的厚度为10～15mm，底层厚些；第一层打底的草泥，用长度为150～200mm的麦草，并且麦草要尽可能多些（以能操作为限）；第二、三层用长度为30～50mm的麦草；面层抹细泥磨光或抹白灰。
对局部沿节理下掉的较大土块，老乡常以木柱为支撑作局部的加固。
洞顶地表径流的处理，老乡非常注意，这是由于这里的新黄土上层具有较大的自重湿陷性质。我们曾调查到位置介于新黄土上层与新黄土中层之间的一个窑洞，由于排水处理不当，在1964年的一次大雨，将洞顶泡软而坍塌。处理的办法是：将水引离洞口较远的地方排走；修建截水沟、土埂等。
六、结语
1）黄土窑洞的几何特征与黄土的地貌、地层、构造和物理力学性质等有密切关系。因此，只有在工程地质综合分析的基础上，才能更好地利用黄土窑洞的经验。
2）黄土窑洞的几何尺寸按表4中的一般数值确定是没有什么问题的，但作为工业建筑的洞室来说，还应增加措施，例如采用不受力的保护性衬砌或半受力衬砌。
3）黄土窑洞的横断面形状，基本上接近于两心圆拱。
4）洞口段稳定性较差，最易发生坍塌。因此，洞口段的跨度宜减小，或采用加强衬砌等措施。
5）黄土中层理和节理的存在，以及由于开挖而产生的力的影响，是使黄土窑洞出现裂缝、掉土块、冒顶等破坏现象的主要因素。
6）黄土窑洞易受水的破坏。因此要防止在洞顶、仰坡、天井等处积水，以免浸湿洞体周围的黄土，造成土的坍塌。
（本文原载：《黄土地下建筑技术资料汇编》，国家建委建筑科学研究院技术情报室，1972年11月，161～165页；作者还有秦宝玖）
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⑹ 简述湿陷性黄土的基本工程地质性质
陷性黄土是一复种特殊性质制的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。故在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害
⑺ 黄土地区的主要的工程地质问题是什么
研究地形的起伏和地面水的积聚、排泄条件，调查洪水淹没范围及其发生规律；内
划分不容同的地貌单元，确定其与黄土分布的关系，查明湿陷凹地、黄土溶洞、滑坡、崩坍、冲沟、泥石流及地裂缝等不良地质现象的分布、规模、发展趋势及其对建设的影响；
划分黄土地层或判别新近堆积黄土，应符合规定；
调查地下水位的深度、季节性变化幅度、升降趋势及其与地表水体、灌溉情况和开采地下水强度的关系；
调查既有建筑物的现状；
了解场地内有无地下坑穴，如古墓、井、坑、穴、地道、砂井和砂巷等。
⑻ 中国湿陷性黄土的工程地质性质
一、前言
中国湿陷性黄土就其工程地质性质而言，可分为高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土两类。前者分布于高原（或台塬高地），为晚更新世马兰黄土，属于风积成因；后者分布在河谷，为全新世冲积黄土。
二、高原湿陷性黄土
在黄土高原地带，虽然工业建筑较少，但民用建筑、生土建筑和窑洞建筑却很多，因此，对于高原湿陷性黄土的工程地质性质进行试验研究是很有必要的。现将有关资料叙述如下。
1.颗粒成分
颗粒成分是决定黄土的工程地质性质的基本因素之一，特别是粘土成分。从分布在不同地区的资料（表1）来看，高原湿陷性黄土的颗粒成分是有区域性变化的，粘土颗粒由西而东、由北而南逐渐增加。
表1 高原湿陷性黄土的颗粒成分
2.物理性质
物理性质是工程地质性质中的一个重要组成部分，是工程措施的直接指标。现从分布在不同地区的资料（表2）来看，高原湿陷性黄土的物理性质也是有区域性变化的，如含水量和容重等存在由西而东、由北而南的变化趋势。但某些指标，如孔隙比等差别不大。
表2 高原湿陷性黄土的物理性质
续表
3.湿陷特征
湿陷性是黄土独特的工程地质性质，是评价黄土地基的重要依据，随着实际资料的积累，目前可获得如下的认识。
1）在平面分布上，由表3中得知，高原湿陷性黄土的相对湿陷系数值是存在着明显的区域性变化的，并且有由西而东、由北而南、从大变小的趋势。
表3 高原湿陷性黄土的相对湿陷系数
2）垂直剖面上，由表3和图1中得知，相对湿陷系数值是随深度增加而减小的，一般在近地表为最大，往下就反复地变小，至一定的深度时，湿陷性基本消失，而过渡到非湿陷性土层。这个消失的深度界限，是随地区的不同而不同的，明显地反映了区域性的差异。但总的看来，这个界限一般在10～16m的深度内。建立这个概念，对地基的评价是非常重要的，因为在高原区，黄土层的厚度很大，常达百米以上，过去曾有人认为，黄土层的厚度与湿陷层的厚度是等同的，现在看来，这是不正确的。
三、河谷湿陷性黄土
工业与民用建筑广泛坐落在黄土河谷平原地带，这里是建筑部门的研究重点，我们曾对分布在不同地区具有代表性的重工业城市开始了调查和试验工作，现简述如下。
1.试验场地的简况
试验场地地质地貌简况示于表4。
表4 试验场地的地质地貌简况
续表
图1 相对湿陷系数随深度变化图
1—太原；2—乾县；3—兰州
2.物质成分
（1）颗粒成分
颗粒成分所采取的分析方法是密度计法，其结果列于表5。
表5 河谷湿陷性黄土的颗粒成分
从表5中可以获得这样的认识，就大范围而言，分布在河谷平原的湿陷性黄土，其粘土的含量与高原湿陷性黄土的分布规律一样，存在着由西而东、由北而南逐渐增加的总趋势。
（2）粘土矿物成分
从粘土矿物成分的分析资料（表6）来看，3个场地黄土的粘土矿物，主要都是伊利石，但其含量各地不同。这从粘土矿物的化学分析中也得到反映。
表6 河谷湿陷性黄土的粘土矿物成分
（3）化学成分
化学成分的分析结果及其特征，可从表7中看出如下几点：
1）化学成分在这3个场地是有差别的，尤其对黄土工程地质性质有重大影响的易溶盐、中溶盐和交换容量等有较大差别。
2）易溶盐的含盐量，以兰州为最大，其次是西安，再次是太原，同时兰州含有大量的易溶性的硫酸根离子，而西安和太原则含量微弱；再以介质溶液的pH 值来看，兰州较西安和太原为小，故兰州为硫酸盐型的黄土，而西安和太原为碳酸盐型的黄土。
3）中溶盐（石膏）在兰州的黄土中含量较多，而在西安和太原的黄土中就没有。
表7 河谷湿陷性黄土的化学成分
3.物理力学性质
物理力学性质的特征见表8、表9。
表8 河谷湿陷性黄土的物理性质
表9 河谷湿陷性黄土的力学性质
1）在物理指标中，含水量等存在着较大的区域性差异，且一般有由西而东、由北而南、从小变大的趋势。但孔隙比等，在某几个地方又基本上是相似的。
2）在力学指标中，凝聚力、内摩擦角的区域性变化较小，但野外的形变模量变化范围很大。
4.湿陷特征
近些年来，对湿陷性的认识有了新的发展，除了相对湿陷系数这个指标外，还新添了湿陷起始压力的指标。
（1）相对湿陷系数
1）在平面分布上：从表10中得知，河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数与高原上的湿陷性黄土一样，也存在着区域性变化和一般的由西而东、由北而南、从大变小的趋势。
2）在垂直剖面上：由表10和图2中得知，河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数与高原上的湿陷性黄土一样也存在着随深度增大而减小的规律。一般在地表为最大，往下就反复地变小，至一定深度时，湿陷性就要消失。湿陷性消失的深度是有区域特征的，具有西深而东浅的变化趋势，但总的看，它一般都消失在地表下10～15m的深度内。
表10 河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数
图2 相对湿陷系数随深度变化图
1—太原；2—兰州；3—西安
（2）湿陷起始压力
湿陷起始压力，在我国已发展成为一个有实用意义的力学指标。从表11来看，它也存在着显著的区域性特征，并也有一般的由西而东、由北而南、从小变大的趋势。
表11 灌谷湿陷性黄土的湿陷起始压力
四、几点认识
1）高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土，在不同地区内，其工程地质性质具有区域性的差异。且在区域性的基础上，大致都存在着由西而东、由北而南的方向性变化趋势。
2）高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土，在同一地区内的工程地质性质是存在着类别上的差异的。
3）不同地区的高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土的工程地质性质是既存在类别上的差异，又存在区域上的差异的。
4）在区域性的差异上，河谷湿陷性黄土远较高原湿陷性黄土的差异要大。这是由于前者的沉积环境远比后者的沉积环境复杂。
5）我国湿陷性黄土的工程地质性质是存在着方向性和地区性的变化特征的，这是由于各地在黄土堆积时的古地理、古气候、沉积环境、发育历史及人类活动等因素的不同所致。因此，在建筑时，要区别对待，因地制宜。
6）在反映方向性和区域性的差异上，若简单地以物理力学性质或以单一指标去了解，则这种内在的方向性或区域性规律就难于识别，只有把这种因素中的各个特征指标联系起来，作出综合的工程地质性质的评价，才能把握其规律。因为黄土是自然作用的产物，它一方面是具有一定物理力学性质，一定的物质成分和组织结构的自然体系；另一方面又是在地质历史过程中形成，且在天然和人为因素影响下，不断改变的自然地质体。这种以黄土的形成、发展，以及相互联系的全面观点所揭露出的我国湿陷性黄土的区域性和方向性的规律，对于今后的科学研究和生产实践，将会起到重要的作用。
参考文献
刘东生，张宗祜.1962.中国的黄土.地质学报，42（1）
刘东生等.1965.中国的黄土堆积.北京：科学出版社
张宗祜.1962.中国黄土类土湿陷性及渗透性基本特征.中国地质，（12）
（本文原载：《中国第四纪研究》，1985年，第六卷，第二期，139～145页）
⑼ 黄土工程性质
黄土工程地质(engineering geological property of loess)是指与黄土分布区工程建设施工及建筑物稳定条件密切相关的黄土的特殊性质，如黄土的湿陷性、压缩性、抗剪强度等。黄土的工程地质性质要阐明了许多出现的问题。基本内容
①黄土一般的工程地质指标，主要包括黄土的物理性质、化学性质和力学性质三大指标；②不同地貌单元、不同时代、不同成因类型的黄土的粒度成分、湿陷性及与湿陷性有关的特殊性质，不同区段内的黄土的湿陷性的评价；③结合区内工程建设进行区域黄土工程地质条件的评价及黄土工程地质区域的划分。在对黄土高原多次暴雨洪水灾害调研的基础上，提案指出：黄土高原水保措施基本能应对一般侵蚀性降雨，但抵御特大暴雨能力有限。由于黄土高原的水资源匮乏，长期以雨洪资源化为主要目标，存在“重蓄轻排”问题，较少考虑流域各地貌单元之间的汇水连通关系，加上工农业生产挤占沟道与河道，进一步导致了流域洪水泥沙连通性的恶化。在极端暴雨条件下，洪水超出流域蓄水能力，土壤侵蚀与洪涝灾害愈发严重，坡耕地沟蚀广布、梯田被严重破坏，在承接上方汇流的部位形成切沟或造成滑坡，庄稼被淹淤埋，淤地坝排水建筑物及坝体被冲毁，甚至淹没下游村庄、城镇，危及人民生命财产安全。同时，大多数流域无整体蓄水与排洪规划，水窖、坝库等措施的蓄水量无法与小流域用水需求相协调，既不能抵御极端暴雨洪水灾害，也不能有效搜集和利用雨洪资源，甚至一度造成“不下雨就干旱，一下雨就水灾”的尴尬局面。
⑽ 如何理解黄土，膨胀土，软土和冻土在工程地质中的排水问题
在黄土、膨胀土、软土和冻士等特殊士中，在其工程性质和工程地质问题所表现出来的特殊性均与水的作用有关。如黄土遇水产生湿陷性，由黄土自重湿陷和地下水沅蚀形成的黄土陷穴常引起工程建筑物的破坏及上覆土层或工程建筑物突然陷落等问题;.
膨胀土遇水膨胀失水收缩的胀缩性问题，如果多次胀缩使建筑物强度很快衰减，导致修建在膨胀土上的工程建筑物开裂下沉、失稳等问题，因此只要膨胀土中水分发生变化就能引起胀缩变形;软士自身由于天然含水量高，透水性差、压缩性高，其承载力和抗剪强度很低呈软塑-流塑状态，修建在软土地基上的建筑物因软土的变形大，透水性差，承载力低而引起破坏;冻土的形成必须有水的参与，冻土地区病害主要是冻胀融沉，使冻土工程性质变化较大，性质不良，例如多年冻土区开挖路堑，使多年冻土上限下降，则可产生基底下沉，边坡滑塌等问题。
以上特殊土的工程地质问题均与水的因素有关。因此作为对这些特殊土的工程地质问题的有效解决措施之一就 是排水。通过排水可以有效地缓解或抑制黄土的湿陷性和黄土陷穴的发生;通过排水或保持水分可以有效缓解或抑制膨胀土的胀缩性质;通过排水可以提高软土的固结强度，提高承载力，改善软土的不良性质;通过排水可以抑制冻士的发生，改善冻土地区岩土的工程质。
总之，特殊士的工程性质及工程地质问题与水的因素有着密切的直接的关系，而解决这些工程地质问题，提高改善特殊土的工程性质，排除水的因素是至关重要的。.