中国黄土的结构特征及物理力学性质(王永焱,林在贵等著)思维导图

Loess in Europe
Loess in China
二、黄土的特征 • Loess is a terrestrial clastic sediment, composed predominately of silt-size (63 ~ 5µ) particulates, which are formed essentially by the µ accumulation of wind-blown dust. • 发育时代：第三纪以来，至少 发育时代：第三纪以来，至少1400万年以来，但主要为第四纪 万年以来， 万年以来 以来（ 万年 万年）。 以来（248万年）。 • 粒度特征：以粉砂（0.05~0.005 mm）为主。细砂 粉砂 粘粒 粒度特征：以粉砂（ 粉砂-粘粒 ）为主。细砂-粉砂 • 富含碳酸盐：胶结、但遇水溶解；淋溶强烈，结核层。 富含碳酸盐：胶结、但遇水溶解；淋溶强烈，结核层。 • 结构疏松，孔隙发育（为什么？） 结构疏松，孔隙发育（为什么？ • 垂直节理发育，易形成“黄土高坡”的地貌特点。 垂直节理发育，易形成“黄土高坡”的地貌特点。 • 潜蚀作用、湿陷性，工程地质灾害。 潜蚀作用、湿陷性，工程地质灾害。 • 冲积黄土、次成黄土 冲积黄土、
2. 黄土沟间地貌 塬、梁、卯、墹 3. 黄土潜蚀地貌 黄土碟、黄土陷穴、黄土桥、 黄土碟、黄土陷穴、黄土桥、黄土柱
流经黄土丘陵的渭河
黄 土 塬
黄 土 梁
黄土卯
六、黄土地区的水土流失及治理 黄土地区流水侵蚀地面造成水地流失。据调查分析， 黄土地区流水侵蚀地面造成水地流失。据调查分析，我国黄 土高原地区年平均侵蚀模数（每年在单位面积内流失的泥沙量） 土高原地区年平均侵蚀模数（每年在单位面积内流失的泥沙量） 一般为5000～15000吨/平方千米。水土流失给农业生产的危害， ～ 平方千米。 一般为 吨 平方千米 水土流失给农业生产的危害， 主要表现为： 主要表现为： • 水土流失后地力变瘦； 水土流失后地力变瘦； • 沟壑扩延，耕地缩小； 沟壑扩延，耕地缩小； • 大量泥沙淤积库渠，破坏水利（如：三门峡水库）。 大量泥沙淤积库渠，破坏水利（ 三门峡水库）。 • 暴雨期间造成泥流下泻，还可冲垮道路，毁坏城镇，引起生命 暴雨期间造成泥流下泻，还可冲垮道路，毁坏城镇， 财产的重大损失，造成严重灾害。 财产的重大损失，造成严重灾害。

第一节 湿陷性黄土 由风力堆积，又未经次生挠动，不具层理 的为原生黄土。由风力以外的其他原因 而成，常具有层理或砾石、砂类层，称 为次生黄土。 黄土在一定压力下受水浸湿后，结构迅速 破坏，这种性能称为湿陷性。湿陷性是 黄土独特的工程地质性质。
• 我国现行《湿陷性黄土地区建筑规范》 将中国湿陷性黄土工程地质分为七区 （其中又细分为十二个亚区），这七个 区是：Ⅰ—陇西地区，Ⅱ—陇东-陕北晋西地区，Ⅲ—关中地区，Ⅳ—山西-冀 北地区，Ⅴ—河南地区，Ⅵ—冀鲁地区， Ⅶ—边缘地区，规范并同时列出了各区 和亚区湿陷性黄土的物理性质指标和特 征描述（见所附的中国湿陷性黄土工程 地质分区略图及附表）。
第七章 特殊土地基
第一节湿陷性黄土
第一节 湿陷性黄土
一、黄土及其分布 1 黄土是在第四纪形成的一种特殊的陆相疏松 堆积物颗粒成份以粉粒为主，颜色一般呈黄 色或褐黄色。世界范围内的分布面积大约有 1300万平方公里 ，集中在干旱和半干旱地区。 黄土在我国分布广泛，分布面积大约有63万 平方公里，其中具有湿陷性的约为27万平方 公里。 2 黄土按成因分为：原生黄土和次生黄土。
△zs≤70
70＜ △zs≤350
△zs＞350
△s≤300
300＜△s≤700
Ⅰ（轻微）
Ⅱ（中等） Ⅱ（中等）
Ⅱ（中等）
—
*Ⅱ（中等） 或Ⅲ（严 Ⅲ（严重） 重） Ⅲ（严重） Ⅳ（很严重）
△s＞700
六.湿陷性黄土地基的勘察和工程措施 （一）湿陷性黄土地基的勘察 1）查明黄土层的厚度和分布，测定各种物 理指标。 2）研究地形起伏与降水的积累和排泻情况。 3）划分不同的地貌单元，查明不良地质现 象。 4）调查访问，了解情况。 5）调查邻近已有建筑物的现状、开裂及损 坏情况。

•
我国黄土的分布图：
黄土引发的环境问题：
黄土
水土流失
植被稀疏
1.河沟增多、扩大、加深，导致耕 地面积减少
2.使黄河中下游含沙量大增，给河 道整治和防洪造成困难
3.带走了地表肥沃的土壤，使农作 物产量下降
黄土的物理特性：
• 多孔性 由于黄土主要是由极小的粉状颗粒所组成，而在干燥、
半干燥的气候条件下，它们相互之间结合得很不紧密，一 般只要用肉眼就可以看到颗粒间具有各种大小不同和形状 不同的孔隙和孔洞，所以通常有人将黄土称为大孔土。一 般认为黄土的多孔性与成岩作用、植物根系腐烂和水对黄 土的作用等有关，更重要的是与特殊的气候条件有关。典 型的黄土孔隙度较高，而黄土状岩石的孔隙度较低。
的危害，需要科学治理。
•
黄土是距今约200万年的第四纪时期形成的土状堆积
物。典型的黄土为黄灰色或棕黄色的尘土和粉沙细粒组成，
质地均一，含多量钙质或黄土结核，多孔隙容易剥落和遭受侵蚀，甚至发生坍陷。
黄土的截面图：
•
黄土的成分：
• 黄土的矿物成分有碎屑矿物、粘土矿物及自生矿物3类。 碎屑矿物主要是石英、长石和云母，占碎屑矿物的80％， 其次有辉石、角闪石、绿帘石、绿泥石、磁铁矿等；此外， 黄土中碳酸盐矿物含量较多，主要是方解石。粘土矿物主 要是伊利石、蒙脱石、高岭石、针铁矿、含水赤铁矿等。
黄土的分类：
• （1）按成因分类 • 1）原生黄土
• 2）次生黄土或黄土质（状）土
黄土的分类：
（2）按是否具有湿陷性分类 黄土在一定压力作用下受水浸湿后，结构迅速破坏而产
生显著附加沉陷的性能，称为湿陷性。
湿陷性黄土
非湿陷性黄土
黄土的分类：
（3）按黄土形成年代分类

《黄土三维微结构》是一本关于地质学和土壤学的著作，主要探讨了黄土高原 地区土壤的三维微结构及其对土壤肥力和作物生长的影响。本书的目录作为整 本书的框架和导引，对于读者理解全书的内容和结构至关重要。
从目录中可以看出，本书共分为五章。这五章分别从不同的角度对黄土高原地 区的土壤三维微结构进行了深入的探讨。第一章主要介绍了黄土高原地区的自 然地理环境，包括气候、地形、地貌、水文等特征，为后续的土壤三维微结构 研究提供了背景和基础。
《黄土三维微结构》这本书是一本极具价值的科学著作。它不仅拓展了我们对 黄土的认识，也提高了我们对地球环境和人类活动与土壤相互关系的理解。对 于从事地质学、土壤学、环境科学等领域研究的学者和学生来说，这本书无疑 是一本宝贵的参考书籍。而对于普通读者来说，这本书也将是一本领略科学魅 力的好选择。
目录分析
第二章则从土壤剖面的角度出发，详细描述了黄土高原地区土壤剖面的形态特 征和形成过程，为理解土壤三维微结构的形成提供了重要的依据。第三章则利 用先进的测试技术对黄土高原地区土壤的三维微结构进行了深入的研究，包括 土壤的孔隙结构、水分特征、有机质含量等，为后续的土壤肥力和作物生长研 究提供了重要的基础。第四章则从土壤肥力的角度出发，探讨了土壤三维微结 构对土壤肥力的影响，为提高土壤肥力和作物产量提供了理论依据。
《黄土三维微结构》一书还介绍了黄土研究的方法和技术。这些方法和技术包 括野外调查、样品采集、实验分析、数值模拟等。通过这些方法和技术，科学 家们可以更好地了解黄土的形成和分布规律，以及黄土对环境和人类活动的影 响。
《黄土三维微结构》一书通过对黄土的物质组成、地质过程、三维微结构以及 环境影响等方面的深入剖析，展示了黄土作为一种地质现象和生态资源的独特 性和重要性。这本书的精彩摘录不仅对科学家们的研究工作有着重要的启示作 用，也对广大读者了解地球环境和人类文明的发展具有重要意义。

②黄土的矿物成分 中国黄土中的矿物组成中碎屑矿物中以轻矿物为主，主要是石英（50% 以上），其次是长石（29%~43%）、碳酸盐矿物（10%~15%）和云母 （>2.5%)。重矿物仅占4%~7%，主要有不透明金属矿物（如磁铁矿、赤铁 矿等）、绿帘石类、角闪石类、辉石类和其他硅酸盐矿物。重矿物主要集中 在0.05~0.01mm级的颗粒中。 ③黄土的化学成分 化学成分依赖于其主要矿物成分和风化程度，以SiO2占优势，其次是 Al2O3、CaO，再次为Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、FeO、TiO2和MnO2。
（2）细沟（shallow gullies）
• 坡面水流增大时，片流就逐渐汇集成股流，侵蚀成大致平行的细沟。
（3）切沟（gullies）
• 细沟进一步发展，下切加深，切过耕作土层，形成切沟。
风力搬运沙量随高度的变化
4
二、风沙搬运作用
地表松散的碎屑物质，在风沙流的作用下，从一处转移到另一处的过 程称为风沙的搬运作用。其搬运方式有悬移（悬浮）、跃移（跳跃）和蠕 移（推移） 细小的沙粒受气流紊动上升分速的作用，而悬浮于空中的搬运方式称 为悬移。
表 气流中跃移和蠕移沙量比较 高处风速/(m.s1) 5.0 6.0 7.0 总输沙量 /(g.min-1) 0.78 1.39 2.83
一、风沙侵蚀作用
（1）吹蚀作用
风吹过地表时，产生紊流，使 沙离开地表，从而使地表物质遭受 破坏，称为吹蚀作用。吹蚀作用的 强度与风速成正比，和粒径成反比。
（2）磨蚀作用
风沙流紧贴地面迁移时，沙粒 对地表物质的冲击和摩擦作用，称 为磨蚀作用。迎风面的岩壁，特别 是砂岩，由于风沙流钻进孔隙之中， 不断旋磨，可能形成口小内大的风 蚀穴。
二、黄土的性质

2
一、 软土成因类型及分布
分布 ✓ 滨海环境沉积、海陆过渡环境沉积（三角洲沉积） ✓ 河流环境沉积、湖泊环境沉积和和沼泽环境沉积 ✓ 山地型的软土，软岩风化产物和地表的有机物质经水流
搬运，沉积于低洼处，长期饱水软化或间有微生物作用 而形成。
3
二、软土的工程特性及其评价
工程特性： ✓ 触变性 ✓ 流变性 ✓ 高压缩性 ✓ 低强度 ✓ 低透水性 ✓ 不均匀性 评价： ✓ 场地和地基稳定性评价 ✓ 选择适宜的持力层和基础型式 ✓ 分析39
二、 岩 溶
定义 是指：可溶性岩层，如石 灰岩、白云岩、石膏、岩 盐等受水的长期溶蚀作用， 在岩层中形成沟槽、裂隙、 石芽、石林和空洞，以及 由于空洞顶板塌落使地表 产生陷穴、洼地等现象和 作用的总称。
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发育条件和规律 ✓ 具有可溶性岩层； ✓ 具有足够溶解能力和 足够流量的水； ✓ 地表水有下渗、地下 水有流动的途径。
后，再测其体积。增加的体积与原体积的比值ef称为自
由膨胀率 。
ef
Vw Vo Vo
26
✓ 膨胀率
表示原状土在侧限压缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳 定后，土样增加的高度与原高度之比。
ep
hw ho ho
✓ 线缩率 指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比，表示为
s
ho ho
hi
100%
27
✓ 收缩系数
——
自重湿陷性地基
7<zs≤35
Ⅱ(中等) Ⅱ或Ⅲ Ⅲ(严重)
zs >35
—— Ⅲ(严重) Ⅳ(很严重)
17
勘察要求： ✓ 对湿陷性黄土地区进行地基勘察时，依照《湿 陷性黄土地区建筑规范》和《岩土工程勘察规范》 进行。

二、黄土高原的水土流失
黄土的特性及黄土高原的气候及人为破坏造成水土流 失严重。一万年以来黄土高原就以侵蚀为主。 整个黄土高原，沟壑纵横，长度在一公里以上的沟就有
30多万条，在丘陵区，长度在0.3公里以上的沟，每平方公里
范围内总长达到6公里，造成黄土高原支离破碎。
黄土丘陵区侵蚀模数1万吨/平方公里，最大达3.5万吨/平方
相应的地质时代为早更新世、中更新世、晚更新世 和全新世。




1、黄土地貌的外营力是什么？流水、风、 重力？ 2、黄土分布的特点？只在中国？ 3、黄土怎么形成的？ 4、黄土到底有多厚？ 5、为什么要单独研究黄土地貌？

第一节 黄土的分布与特性
第二节 黄土地貌 第三节 黄土地貌发育
第一节 黄土的分布与特性
缺乏植被保护 流水侵蚀过程为主。

（2）人为原因： 人口增加 水土、植被及矿产资源
三、黄土高原水土保持
自1950年以来，开展大规模的研究工作，扩建了天
水站，建立了西峰、绥德、离石站，55年国家组织
了有苏联专家参加的黄河中游水土保持考察。
改造黄土地貌是一项十分复杂和艰巨的任务。

目标：控制水土流失
③开发治理相结合
工程措施
陕西：累计建设淤地坝3.9万座，占到黄土高原淤地坝总数的43%，数量全国 第一；
延长北阳沟
工程措施
坝路结合
工程措施
陕北重点开展淤地坝试点建设工程。 淤地坝总库容达 57亿立方米，拦泥库容 38 亿立方米，已累计拦泥 50 多亿吨， 淤地100万亩，每年可增产粮食3亿公斤，经济、社会和生态效益显著。
我国黄土主要展布于秦岭、祁连山、昆仑山 以北，尤其是黄河中游区。

黄土高原及水土流失
黄土高原地区是世界最 大的黄土沉积区，位于 中国中部偏北，北纬 34° ～ 40° ， 东 经 103°～ 114°，西起日 月山，东至太行山，南 靠秦岭，北抵阴山，总 面积64×104km2，涉及 青海、甘肃、宁夏、内 蒙古、陕西、山西、河 南七省。
黄土高原的成因
黄土高原的形成 黄土高原的形成大致可以分为三个构造阶段每个构造阶段中, 不同地貌单元其构造运动表现形式有所不同.黄土高原地区一 般可划分为三大地貌单元田:即分水岭区;山前地带和梁、峁 区;谷地和源区(见图1).
湿陷性黄土的特性
天然状态下，黄土强度较高， 压缩性小。但黄土遇水浸湿 后将会发生显著下沉，其强 度也随之迅速降低，由此引 发灾害造成巨大损失的实例 屡见不鲜。据调查，1974— 1975 年间，陕、甘、宁、青、 晋、豫六省区有1505 栋建筑 物和大量地下管道因黄土湿 陷而破坏。在县（市）地质 灾害调查及1∶5 万地质灾害 详细调查的基础上， 对中国 西北地区的黄土湿陷灾害进 行不完全统计，其中由于黄 土湿陷所形成的大面积地面 塌陷有400 余处。
一、黄土的分布及物理化学性质 二、湿陷性黄土的特性
三、黄土高原与水土流失
黄土的分布
黄土是地球上分布广泛、 性质特殊的一种沉积物。 欧洲、北美、中亚均有分 布，面积达1.3×107km2。 中国黄土分布之广、厚度 之大、时代延续之长冠盖 全球，其覆盖面积达 6.4×104km2，约占中国国 土总面积的6.6%。主要分 布于西北、华北等地。这 些地区干旱少雨，具有大 陆性气候特点。其中以西 北地区的黄土地层最厚,最 完整。
黄土高原的成因
第三阶段晚更新世晚期一全新世，分水岭区继续经受 侵蚀、剥蚀作用,白于山区又开始大幅度上升;梁、如区 仅有薄层沉积,基本上经受侵蚀、剥蚀作用,已下沉的堆 积面重新被抬升,并被后期流水作用改造为梁、饰地形; 源区,晚更新世晚期马兰黄土沉积不厚,并见撅坡有一明 显转折,说明经历强烈上升运动,改变了原来盆地堆积面 貌,一跃而成为海拔1000一1300m的高原.尔后,由于河 流溯源侵蚀加强,逐渐被改造成各个独立的振.由此可见, 第四纪以来,黄土高原分水岭区基本上一直以上升为主, 是侵蚀、剥蚀区.梁、如区也属上升区,但曾接受沉积,有 过相对下沉的时期.而源区却经历了下降一缓慢上升一 强烈上升几个构造阶段,导致古盆地逐渐抬高为高平原, 最后终于一跃而成为著名的黄土高原。

15.从可持续发展战略出发，治理黄土高原水土流失的关键是( D )
A. 全部退耕
B. 禁止放牧C. 南来自北调D. 生态建设二、综合题 16. 阅读图文材料，完成下列问题。 材料一 延安市春季多吹西北风，20世纪末的延安沟壑纵横，黄 沙弥漫，由于人口、牲口、灶口的刚性需求，“开一片荒地脱一层 皮，下一场大雨流一回泥”，水土流失面积占其总面积的77.8%。 1999年以来，延安市率先在全国开展退耕还林工程，掀起了一场波 澜壮阔的“绿色革命”，植被覆盖率大大上升，年入黄河泥沙则明 显下降，年降雨量由300多毫米增加到500毫米以上。
A. 黄土塬
B. 黄土墚
C. 黄土峁
D. 黄土川
知识点③：严重的水土流失 图6-3-6黄土高原是中国生态环境最脆弱的地区之一。治理黄土
高原，改善生态环境，已成为人们的共识。据此读图6-3-6，完成 10～12题。
10. 黄土高原的地表特征是( B )
A. 地面崎岖，峰岭众多 B. 沟壑纵横，支离破碎
2. ___窑__洞___(图6-3-2)是黄土高原特有的传统民居。请简述这种民居 与当地自然环境的关系。
黄土具有直立性，不易崩塌且比较干 燥，容易开挖，因此适宜开凿冬暖夏 凉的窑洞。
二、风吹来的黄土 3.黄土高原是世界上最大的___黄__土___堆积区，海拔在1 000~2 000米。 关于黄土高原黄土的来源，“___风__成__说____”得到了广泛的认同。 4. __流__水__侵__蚀_____使得黄土高原地表破碎，___沟__壑__纵__横____，形成 ___塬_____、____墚____、____峁____、____川____等多种多样的黄土地貌景 观。其中，____川____是黄土高原农业较发达、人口集中的地区。

中国黄土分布图
1.陆上黄土 2.陆上埋藏黄土 3.海下埋藏黄土 4.沙漠 5.戈壁 6.滨海-陆架沙漠 15
我国湿陷性黄土分布
我国湿陷性黄土分 布面积约占我国黄 土分布总面积的
60%，27万km2 ，
大部分在黄河中游 地区，北起长城附
近，南达秦岭，西
自乌鞘岭，东至太 行山，N34~41°，
中国湿陷性黄土工程地质分区略图
世纪），北宋沈括《梦溪笔谈》（公元1050年前后）均有记载。
欧洲直至18世纪到19世纪上半叶，地质学方随着资本主义工业 发展对矿产资源的需求而发展起来。西方早期关于黄土的研究通常 认为是从莱伊尔（1797-1875）开始，相关研究见于其所著的名著 《地质学原理》一书（1830-1833），该书以黄土水成说为基础进 行了论述，但相关文献资料为后来黄土的风成说提供了重要依据。 （刘东生等，1985）（孙建中等，2005）
特殊土地基
湿陷性黄土地基
兰州大学
土木工程与力学学院
概 述
概念：具有特殊工程性质的土类叫做特殊土。 成因：地理环境、气候条件、地质成因、历史过程、物质 成分、次生变化
分类：湿陷性黄土、红粘土、盐渍土、冻土和膨胀土等。
分布：地理分布存在一定规律，表现出一定的区域性，有
区域性特殊土之称。
生产和生活用水等渗入地下，或由于降水量较大，灌溉渠和水
库的渗漏或回水使地下水位上升而引起的，或由于上覆建筑物 产生的附加压力)。
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黄土的结构
粗粉粒为主体骨架的多孔隙的黄土 结构，其中零星散布着较大的砂粒。 附于砂粒和粗粉粒表面的细粉粒、 粘粒、腐殖质胶体以及大量集合于大 颗粒接触点处的各种可溶盐和水分子 形成了胶结性联结，从而构成了矿物 颗粒集合体。周边有几个颗粒包围着 的孔隙就是肉眼可见的大孔隙。它可 能是植物的根须造成的管状孔隙。