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浅析陇东地区黄土陷穴的发育特征

来源: 工勘院
发布时间:2018-10-16
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摘要:陇东黄土高原位于甘肃省东部,是中国黄土自然地理最典型的地区,号称“天下黄土第一塬” 的董志塬就位于位于境内中南部。黄土陷穴作为黄土的主要地质现象,在陇东地区分布广泛。本文主要通过野外调查统计手段对该区域内黄土陷穴的成因及分布规律做出简单的分析。笔者认为,陇东地区黄土陷穴的形成因素主要包括地层厚度、土性、构造、地形地貌以及水文地质和气候条件等,其中黄土地层的土性、厚度及其空间组合形式和形态构成了形成黄土洞穴的物质基础。不同深度的黄土洞穴,其形成的主控因素不同,表层黄土洞穴多为生物成因,浅层黄土洞穴主要与黄土地层抗水蚀能力的垂直分异以及浅层的各种节理裂隙有关,中层黄土洞穴主要与节理裂隙有关,深层及极深层黄土洞穴与构造节理直接相关。

关键词: 黄土 黄土陷穴

  1. 黄土的组成及力学特征

  黄土的颗粒组成以粉粒(0.05~0.005mm)为主,可达50-75%以上,其次为砂粒(>0.05mm)约占10~30%和黏粒(<0 .005mm)约占8~26%。黄土大部分被胶结成集粒或附在砂粒及粗粉粒的表面。其中粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架。较大的砂粒“浮”在结构中。由于排列比较疏松,接触连接点较少,构成一定数量的架空孔隙,而在接触连接处没有或只有少量胶结物质。常见的胶结物质有聚集在连接点的粘粒、易溶盐与沉积在此的碳酸钙、硫酸钙等。黄土的孔隙率在35~60%之间,以肉眼可见的直径0.5~1.0mm的大孔隙为特征,呈垂直或倾斜的管状。新生黄土中垂直节理发育,未发现构造节理,老黄土中构造节理发育,对黄土冲沟的发育黄土暗穴的形成有决定性作用。

  2. 黄土陷穴的发育机理

  通过野外地质调查及相关资料分析,黄土中垂直节理发育,坡体前缘张应力集中,坡脚剪应力集中,极易在坡体上形成一系列近似平行坡体走向的张性裂缝,地表水往往在这些地方易于汇集,并沿节理、裂隙面下泄,其冲刷、溶蚀作用不断发展,使土体被掏空形成落水洞或黄土陷穴。

  3. 根据形态特征分类

  (1)碟形地:具有直径数十米的椭圆型碟状凹地,深度一般2~3米,边缘坡较陡,一般是具有一定厚度的自重湿陷性黄土在长期浸水的环境下形成的。

  (2)漏斗状陷穴:常见成群分布口径1~2米,底部分布有小孔穴,由于坡面径流汇集,水流沿节理下渗、潜蚀而成。

  (3)竖井状陷穴:形如水井,口径不大,深度较深,水流沿节理下渗、潜蚀而成,由于陷穴底部堆积有崩塌、表面溜滑的土体,随着水的进一步冲涮、搬运逐步加深。

  (4)串珠状陷穴:多沿沟床分布,直径小,地表径流汇集到沟床遇到障碍物,受堵后的水流沿沟床下渗、侵蚀是管道不断扩大而成。

  (5)暗穴:陇东地区暗穴主要是由于地表水通过地表洞穴进入土体,沿裂隙、节理逐步侵蚀形成,并埋藏于地面以下。

  4. 陇东地区黄土陷穴的分布规律

  通过对黄土陷穴的发育机理及影响因素的分析,并结合实地调查,对该区域黄土陷穴的分布规律做出如下总结:

  (1)由于受黄土层位和构造节理的控制,黄土陷穴在马兰黄土及全新世黄土中沿构造节理方向发育;

  (2)在斜坡与陡坎交接的部位由于存在较大的落水差,地表水在此处对土体的冲刷作用强烈,加剧了黄土陷穴的发育及形成;

  (3)临沟的塬边地形破碎,流水侵蚀严重,并由于黄土的湿陷性容易形成凹陷的汇水地带,似的水流不断下渗侵蚀,土体不断塌陷,最终形成陷穴。

  (4)冲沟的沟头是汇流地段,沟头上方汇水区流量大且流速快,径流在沟头处呈瀑布状下泻,在下方冲掏形成跌穴,沟头不断崩坍演进,诱发新的陷穴。

  (5)黄土垂直节理发育,雨水沿节理渗入,并不断侵蚀土体,而且由于黄土本身的湿陷性,使得黄土自身遇水产生湿陷,若受到水流的不断侵蚀,更有利于黄土陷穴的发育。因此黄土陷穴的形成时间短,发育快,并相互转化,促使陷穴的不断发展,特别是沟脑或陡坎地段。

  5. 结束语

  陇东地区主要是塬、梁、峁、冲沟等地形相互交错,陷穴分布普遍、分散。黄土陷穴的存在大大降低了公路、铁路路基的稳定性,并影响其正常运行。因此,针对不同类型、大小、不同成因的黄土陷穴应区别对待,分别治理。同时要因地制宜的综合治理。