宁夏清水河流域黄土湿陷性规律分析

李桂平

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024)

1 问题的提出

近年来，随着我国西部大开发战略的实施，宁夏南部贫困地区一批水利工程及其他基础设施工程陆续上马建设，这些工程的建设实施，结束了该地区多灾并发、干旱少雨、水资源极度匮乏的历史，正在为解决宁夏西海固贫困地区贫困人口温饱和发展发挥着重要的作用，产生着重大的社会效益和经济效益。

本区地表大面积分布的厚层第四系黄土层，作为工程建筑物地基持力层，土层普遍存在湿陷性问题，土层的湿陷问题直接影响着工程建筑物的稳定及安全运行，是本区内主要的工程地质问题之一。区内土层的湿陷性很不均匀，具体表现在有的地方湿陷性较弱、湿陷土层厚度很薄；有的地方土层的湿陷性很强、湿陷土层的厚度达30 m以上，对工程建筑物的影响和地基处理措施差异很大。在深厚湿陷性土层的勘察工作中，需要人工开挖竖井、取样等工作非常困难，对土层湿陷性的研究难度较大。

本文以宁夏扶贫扬黄灌溉工程固海扩灌工程的历次工程地质勘察工作成果为依据，从地形地貌、地层岩性及其物理力学性质指标入手，深入分析本区土层的成因类型及湿陷性特征，提出了区内黄土湿陷性特点及分布规律。对于今后在本区实施的建设工程的地基土层湿陷性研究、减少勘察费用、节省投资等具有借鉴和参考作用。

宁夏扶贫扬黄灌溉工程固海扩灌工程是以农业灌溉为主的一项大型水利工程，是国家“九五”重点建设项目。灌区由东线和西线两部分组成，总投资为36.69亿元，总灌溉面积5.33万hm2。我院承担完成了东线灌区的部分干渠、泵站及支线干渠、泵站的工程地质勘察、设计工作。该工程水源取自黄河主流，工程沿线大部分位于清水河流域的黄土台地上，沿清水河两岸展布。工程于2002年5月开工建设，于2003年11月试通水，2007年4月通过初步验收，2008年8月骨干工程通过验收，并投入运行，至今工程运行情况良好。

2 地形地貌

清水河属于黄河上游的一级支流，位于宁夏回族自治区南部。清水河发源于六盘山东麓开城乡境内的黑刺沟脑，向北流经固原、海原、同心、中宁等县，在中卫的泉眼山西侧注入黄河，呈北北西流向，河流长320 km，流域面积13 511 km2，河道平均比降1.49‰，是宁夏境内流入黄河最大、最长的河流。

清水河流域地势南高北低，除山地外海拔高程1 400～2 000 m，清水河流域西南为月亮山、西华山、南华山、六盘山等石质山，海拔在2 000 m以上，构成清水河和葫芦河、泾河的分水岭带。东有云雾山、炭山、凤台山等剥蚀残山，呈南北向断续分布于黄土丘陵之中，海拔高程l l90～2 489 m。

清水河流域在地貌上属于侵蚀黄土丘陵区，沿河流向两侧地形呈明显的不同高程的黄土台地状，河谷两侧广泛发育河流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地，形成了清水河狭长的带状河谷地貌。

河流Ⅰ级阶地主要发育在同心县王团乡以北，往南有零星分布。阶地面高出河床4～6 m，宽度500～1 500 m，地势平坦，微向河流方向倾斜，属于上叠式阶地，阶地表层岩性为低液限粉土及低液限黏土，下部为卵石混合土及砂层。

河流Ⅱ级阶地主要发育在同心县城以南、海原县李旺镇附近及其以北地区，其他地区零星分布。阶地面高出河床20～30 m，宽度380～2 000 m，地势平坦，微向河流方向倾斜，属于内叠式阶地，阶地表层岩性为低液限粉土及低液限黏土，下部为卵石混合土及砂层。

河流Ⅲ级阶地主要发育在同心县以南的广大地区，是构成清水河河谷平原的主体。阶地面地形平坦，后缘稍陡。阶地面高出河床55～75 m，宽度1 000～9 000 m，在黑城一带最宽，达12 000 m，是宁夏扶贫扬黄灌溉工程固海扩灌工程主要灌溉区。地表岩性为上更新统淡黄色低液限黏土层，厚度20～36 m，下部为中更新统浅红色低液限黏土层。

3 地层岩性

清水河流域在地貌上属于黄土高原地区，地层岩性主要有组成清水河Ⅰ、Ⅱ级阶地的第四系全新统洪冲积堆积物和组成河流Ⅲ级阶地的中、上更新统土层。

全新统洪冲积堆积物具二元结构，岩性上部为浅黄色低液限粉土、低液限黏土夹砂、粉砂透镜体，厚度3～16 m；下部多为卵石混合土及砂层。

上更新统主要组成河流Ⅲ级阶地的上部土层，属于风积堆积物，岩性为淡黄色低液限黏土和低液限粉土，土质均匀、疏松，垂直节理发育，厚度15～36 m。

中更新统主要组成河流Ⅲ级阶地的下部土层，属于洪冲积堆积物，岩性为浅红色低液限黏土，土质较密实。

4 黄土的湿陷规律

通过对本区土层湿陷性勘察、分析，土层湿陷性与地形地貌、地层岩性、土层的成因类型、物理性质指标等密切相关，综合区内土层湿陷性规律及特征如下。

1）土层的湿陷性与地形地貌有关。清水河Ⅰ、Ⅱ级阶地表层岩性为低液限粉土及低液限黏土，下部为卵石混合土及砂层。低液限粉土及低液限黏土层湿陷系数较小，一般在0.015～0.025，多属于非自重湿陷性黄土场地，湿陷厚度2～8 m。Ⅲ级阶地地表岩性为上更新统淡黄色低液限黏土层，疏松，具垂直节理；下部为中更新统浅红色低液限黏土层，土质坚硬，较密实。上更新统低液限黏土层湿陷系数较大，一般在0.018～0.068，均属于自重湿陷性黄土场地，湿陷土层厚度20～36 m以上。

2）土层的湿陷性与地层岩性有关。新近堆积的位于河流Ⅰ、Ⅱ级阶的全新统低液限粉土层的粉粒含量达到60%～80%以上，黏粒含量5%～10%，土层的湿陷性较弱。而上更新统液限黏土层的粉粒含量40%～60%之间，黏粒含量10%～20%以上，土层的湿陷性较强。

3）土层的湿陷性与土层的成因类型密切相关。河流Ⅰ、Ⅱ级阶地由河流洪积低液限粉土层组成，湿陷性较弱，Ⅲ级阶地上部上更新统风积堆积的低液限黏土层湿陷性较强；而下部中更新统低液限黏土层不具湿陷性。

4）土层湿陷性的强弱与土层的物理性质指标有关。土层干密度和含水率越小，湿陷性越强；反之干密度和含水率越大，湿陷性越弱。湿陷性一般随埋藏深度的增加而减弱，地表上部土层的湿陷性相对较强。

5）清水河以东地区河流Ⅰ、Ⅱ级阶地比较发育，多属于非自重湿陷性黄土场地，具有中-高压缩性、弱湿陷性的特点，湿陷土层厚度较小，一般在3-8 m；清水河以西地区河流Ⅲ级阶地发育，均为自重湿陷性黄土场地，具低-中等压缩性、强湿陷性，湿陷土层厚度大，一般在20～35 m以上。