呂梁山區(qū)黃土物理性質(zhì)力學(xué)參數(shù)區(qū)域分布特征

錢(qián)法橋，鄧亞虹,2，慕煥東，唐亞明，宋焱勛，李艷杰，山 聰

（1.長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院,陜西 西安 710054；2.礦山地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理與防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710054；3.西安理工大學(xué)巖土工程研究所,陜西 西安 710048；4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心,陜西 西安 710054）

0 引言

黃土作為一種大孔隙、松軟，且多具有濕陷性的特殊性質(zhì)的土，在世界范圍內(nèi)廣泛分布。我國(guó)黃土分布面積約640 000 km2，其中黃土高原總面積約為380 000 km2[1]，黃土廣泛分布于甘肅、陜西、山西、內(nèi)蒙古、寧夏、青海等地。其中，晉陜黃土高原地區(qū)黃土堆積物厚度大、地層完整，發(fā)育典型，是我國(guó)第二級(jí)階梯的重要組成部分。近年來(lái)，晉陜黃土高原地區(qū)由于強(qiáng)烈的水土流失、與日俱增的人類(lèi)工程活動(dòng)以及極端的氣候條件，諸如黃土崩塌、滑坡、泥流、黃土洞穴、地裂縫等一系列典型地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，已成為我國(guó)黃土地區(qū)受災(zāi)最為嚴(yán)重的區(qū)域之一，制約著當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)化建設(shè)，危及公路、鐵路、水利等重大工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)。上述地質(zhì)災(zāi)害的廣泛發(fā)育受控于兩個(gè)方面，以巖土特性為代表的自然環(huán)境條件及以人類(lèi)活動(dòng)為代表的誘發(fā)條件。其中，巖土特性是根本條件。因此系統(tǒng)研究區(qū)域性黃土物理力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律對(duì)該地區(qū)黃土地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)具有重要的實(shí)際意義。

黃土物理力學(xué)性質(zhì)比較特殊，學(xué)者們一般從黃土微結(jié)構(gòu)及其沉積環(huán)境入手開(kāi)展研究。高國(guó)瑞[2?3]探討了蘭州黃土的顯微結(jié)構(gòu)和濕陷機(jī)理，研究了顯微結(jié)構(gòu)分類(lèi)與濕陷性的關(guān)系，指出黃土的顯微結(jié)構(gòu)特征有著明顯的區(qū)域性變化規(guī)律。雷祥義[4]指出從黃土高原西北部到東南部，第四紀(jì)黃土的顯微結(jié)構(gòu)在區(qū)域上呈現(xiàn)出從微膠結(jié)結(jié)構(gòu)向半膠結(jié)結(jié)構(gòu)、膠結(jié)結(jié)構(gòu)的規(guī)律性變化，反映出黃土形成時(shí)期，西北部比較干冷東南部比較濕溫的氣候狀況。丁仲禮等[5]通過(guò)選取黃土剖面，得出黃土砂粒含量與空間分布的關(guān)系，并且考慮了源區(qū)范圍變化、風(fēng)力強(qiáng)度及風(fēng)化作用對(duì)黃土顆粒含量的影響。李同錄等[6]通過(guò)試驗(yàn)，研究了黃土的孔隙分布和土—水特征曲線(xiàn)與黃土沉積環(huán)境間的關(guān)系。隨著研究的進(jìn)一步深入，學(xué)者們嘗試從物理力學(xué)指標(biāo)的相互關(guān)系和區(qū)域性的角度入手進(jìn)行研究，包括黃土的物理力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)等。李萍等[7]在分析討論黃土濕陷性與各個(gè)性質(zhì)指標(biāo)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)基本物理指標(biāo)與回歸模型，得到濕陷性系數(shù)與其他參數(shù)間的計(jì)算公式。Wen 等[8]通過(guò)比較原狀黃土與重塑黃土的抗剪強(qiáng)度及其它參數(shù)，研究了結(jié)構(gòu)性對(duì)蘭州市非飽和黃土抗剪強(qiáng)度特性的影響。慕煥東等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，砂質(zhì)黃土隨砂礫含量增加，其孔隙比、壓縮性、抗剪強(qiáng)度都會(huì)有所增大。袁中夏等[10]研究了不同含水量下黃土抗剪強(qiáng)度參數(shù)值，并分析四個(gè)邊坡模型的穩(wěn)定性系數(shù)隨含水量的變化，得到黃土邊坡穩(wěn)定性隨天然含水率的變化規(guī)律。劉釗釗等[11]以不同地貌區(qū)原狀黃土作為研究對(duì)象，研究了黃土梁峁區(qū)、塬區(qū)和臺(tái)塬區(qū)三類(lèi)黃土的孔隙特征。魯拓等[12]通過(guò)試驗(yàn)，揭示了馬蘭黃土孔隙分形特征與滲透性之間的關(guān)系，從孔隙性的角度評(píng)價(jià)其滲透性。楊澤等[13]通過(guò)野外取樣及室內(nèi)試驗(yàn)，將所獲得的數(shù)據(jù)與規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，得到了隴東地區(qū)典型黃土各個(gè)參數(shù)的分布類(lèi)型。張卜平等[14]梳理、總結(jié)了黃土潛蝕相關(guān)研究成果，闡述了黃土潛蝕現(xiàn)象成因機(jī)理及其致災(zāi)效應(yīng)。張玲玲等[15]研究了呂梁地區(qū)原狀馬蘭黃土在反復(fù)凍融作用下，黃土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的變化規(guī)律及對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。Tang等[16]以呂梁山區(qū)作為研究對(duì)象，對(duì)試樣進(jìn)行干密度、孔隙比、液性指數(shù)以及CT 掃描等試驗(yàn)，建立了CT 圖像掃描與物理指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。隨著呂梁地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、工程建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大以及國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃的實(shí)施，呂梁地區(qū)黃土滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)重，越來(lái)越多的研究學(xué)者開(kāi)始關(guān)注呂梁山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、分布規(guī)律，并獲得了寶貴的成果[17?20]。

上述學(xué)者對(duì)黃土特性及晉陜黃土高原開(kāi)展了大量的研究工作，但對(duì)區(qū)域性黃土物理力學(xué)參數(shù)的對(duì)比分析以及區(qū)域性分布規(guī)律研究相對(duì)較薄弱。因此，文中以晉陜黃土高原呂梁山區(qū)為研究對(duì)象，通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)常規(guī)物理試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)、濕陷性試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)，得到黃土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上分析黃土土性參數(shù)的南北向及區(qū)域性分布特征，研究結(jié)果為從土性參數(shù)特征方面對(duì)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 區(qū)域環(huán)境條件

呂梁山區(qū)位于山西省中西部地區(qū)，工作區(qū)涉及呂梁全市及臨汾市、太原市、晉中市部分區(qū)縣，共計(jì)4 市29 縣。

在氣候方面，四季分明，夏短冬長(zhǎng)，屬于典型的大陸性氣候。研究區(qū)南部溫度整體高于北部，年平均降水量514.9 mm，最高為985 mm（1978年交口縣數(shù)據(jù)），降雨量主要集中在呂梁山區(qū)東部，時(shí)間主要集中在夏秋兩季。

在地形地貌方面，呂梁山區(qū)地勢(shì)中部最高，東側(cè)較西側(cè)低，北高南低。區(qū)內(nèi)山脈高低起伏、溝壑縱橫，水系發(fā)育。地形以呂梁山脈為中心可劃分為東部平原區(qū)、中西部高原區(qū)、西部黃土丘陵區(qū)三類(lèi)。其中，東部平原區(qū)由一系列斷陷盆地及河流沖洪積物沉積所形成的平原組成，中西部高原區(qū)主要為呂梁山區(qū)的基巖山地，西部黃土丘陵區(qū)覆蓋層厚度大，是呂梁山脈向黃河谷地的延伸部分。

在地層巖性方面，區(qū)內(nèi)出露地層較為完整且具有一定規(guī)律性，表現(xiàn)為自呂梁山脈中心向兩翼方向由老變新，多為第四系堆積物覆蓋。巖性分布有片巖、片麻巖、斜長(zhǎng)閃角巖、泥巖、頁(yè)巖、石英巖等。東部平原區(qū)覆蓋層主要為黃土、沖洪積土、砂卵礫石等第四系堆積物，中西部高原區(qū)及西部黃土丘陵區(qū)多為黃土覆蓋。在地質(zhì)構(gòu)造方面，區(qū)內(nèi)呂梁山脈東側(cè)發(fā)育有汾渭地塹、古交隆起和寧武向斜三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，西側(cè)發(fā)育有晉西撓褶帶，包含呂梁山隆起在內(nèi)共五個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)構(gòu)造多為南北向分布，并因受鄂爾多斯盆地和汾渭地塹的影響，呈現(xiàn)出山脈東側(cè)構(gòu)造復(fù)雜多樣，西側(cè)地質(zhì)構(gòu)造分布較少的特點(diǎn)。

區(qū)內(nèi)黃土滑坡、崩塌、地面塌陷和地裂縫、泥流等地質(zhì)災(zāi)害廣泛發(fā)育。從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育數(shù)量看，區(qū)內(nèi)4 市均高于全省地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度平均值，并以呂梁、臨汾兩市為全省前二，分別為0.118 5 處/km2與0.102 7 處/km2。在地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型方面，區(qū)內(nèi)崩塌（含潛在不穩(wěn)定斜坡）為主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，所占比例為45%～66%，其中以臨汾市最高，達(dá)66%，地面塌陷僅次于崩塌，所占比例為25%～37%。

2 黃土土性參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)133 個(gè)取樣點(diǎn)（圖1）、340 組黃土試樣進(jìn)行黃土土性參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)，獲得一系列黃土土性參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)類(lèi)型及完成情況如表1所示。

圖1 研究區(qū)取樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution map of sampling points in the study area

表1 黃土土性參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)類(lèi)型一覽表Table 1 List of laboratory test types of loess parameters

2.1 常規(guī)物理性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)所取試樣進(jìn)行常規(guī)物理性質(zhì)試驗(yàn)，得到相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算得到試樣孔隙比、飽和度、塑性指數(shù)及液性指數(shù)。由于呂梁山脈的阻擋，黃土顆粒在搬運(yùn)、沉積的過(guò)程中受其影響嚴(yán)重，并且，山脈兩側(cè)氣候、地形地貌、風(fēng)化剝蝕等因素的不同，也會(huì)對(duì)黃土性質(zhì)帶來(lái)影響。

因此，文中按呂梁山脈東西兩側(cè)對(duì)研究區(qū)常規(guī)物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，求取各市縣參數(shù)平均值（表2、表3），分別研究其參數(shù)特征及變化規(guī)律。由于黃土地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、崩塌、侵蝕等，受淺層巖土體性質(zhì)影響較大，且L1地層試驗(yàn)數(shù)據(jù)較其他地層數(shù)據(jù)完整，更易于分析其土性參數(shù)的規(guī)律性，在全部取樣點(diǎn)中，含有L1層黃土的點(diǎn)位共計(jì)113 個(gè)，占取樣點(diǎn)總數(shù)84.96%。故本文選取L1黃土地層為研究對(duì)象，開(kāi)展物理力學(xué)特性試驗(yàn)并分析其參數(shù)特征。

表2 呂梁山脈東側(cè)L1 黃土地層常規(guī)物理性質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 2 Data of physical properties of L1 loess strata in eastern Lüliang mountains

表3 呂梁山脈西側(cè)L1 黃土地層常規(guī)物理性質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 3 Data of physical properties of L1 loess strata in western Lüliang mountains

2.2 其他土性參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

其他試驗(yàn)分為壓縮試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn)、常規(guī)三軸試驗(yàn)、動(dòng)三軸試驗(yàn)、濕陷試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)等，據(jù)前文所述，按呂梁山脈東西兩側(cè)的原則對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，求得各市縣平均值（表4、表5）。因環(huán)剪試驗(yàn)、常規(guī)三軸試驗(yàn)以及動(dòng)三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)并未覆蓋研究區(qū)內(nèi)所有市縣，故表4、表5 中并未列舉其數(shù)值。

表4 呂梁山脈東側(cè)L1 黃土地層其他土性參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 4 Data of other parameters of L1 loess strata in eastern Lüliang mountains

表5 呂梁山脈西側(cè)L1 黃土地層其他土性參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 5 Data of other parameters of L1 loess strata in western Lüliang mountains

3 黃土土性參數(shù)南北向分布特征

在大量黃土土性參數(shù)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到研究區(qū)黃土土性參數(shù)的南北向分布特征。黃土土性參數(shù)選取考慮黃土物質(zhì)組成、干濕和堅(jiān)硬程度、壓縮性、結(jié)構(gòu)特性、滲透特性及強(qiáng)度特性，因此，選取黏粒含量、天然含水率、孔隙比、滲透系數(shù)、黏聚力及內(nèi)摩擦角作為黃土土性分布特征研究的基本物理力學(xué)指標(biāo)，按照緯度由南到北的原則，對(duì)呂梁山脈東西兩側(cè)L1黃土地層土性參數(shù)進(jìn)行分析。

3.1 黏粒含量南北向分布特征研究

基于顆粒分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制黏粒含量南北向分布圖（圖2）。結(jié)果顯示，L1黃土地層粒徑大小集中在0～0.25 mm，以粉粒為主，東側(cè)黏粒含量平均值為14.11%，西側(cè)平均值為12.53%，較東側(cè)略低。呂梁山脈西側(cè)黏粒含量從南向北整體呈下降趨勢(shì)，規(guī)律性較好；呂梁山脈東側(cè)黏粒含量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，該區(qū)域內(nèi)黃土在沉積過(guò)程中由于山脈的阻隔、風(fēng)化剝蝕、氣候等因素，導(dǎo)致其規(guī)律性較西側(cè)弱。

圖2 呂梁山脈東西兩側(cè)L1 黃土地層黏粒含量分布Fig.2 Distribution of clay content in L1 loess strata on the east and west sides of Lüliang mountains

3.2 天然含水率南北向分布特征研究

對(duì)試樣進(jìn)行含水率平行測(cè)定，取平均值，得到各取樣點(diǎn)L1黃土地層中天然含水率平均值，以百分?jǐn)?shù)進(jìn)行表示，并根據(jù)其緯度自南向北進(jìn)行排列（圖3）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L1黃土地層中含水率范圍在2.75%～16.1%，平均值為9.05%。呂梁山脈西側(cè)天然含水率自南向北整體呈逐漸減小趨勢(shì)，南端數(shù)據(jù)具有一定離散性。呂梁山脈東側(cè)天然含水率自南向北呈現(xiàn)出先增加后減小，在北段又逐漸趨于離散的現(xiàn)象，整體規(guī)律較西側(cè)差，其原因可能是與東側(cè)自然降水較多、河流發(fā)育較為豐富等因素有關(guān)。

圖3 呂梁山脈東西兩側(cè)L1 黃土地層天然含水率分布Fig.3 Distribution of natural water content in L1 loess strata on the east and west sides of Lüliang mountains

3.3 孔隙比南北向分布特征研究

根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，計(jì)算取樣點(diǎn)處土體孔隙比，依據(jù)上述原則，得到研究區(qū)內(nèi)孔隙比南北向分布圖（圖4）。圖中顯示，在呂梁山脈東側(cè)，L1黃土地層中孔隙比整體呈先增加后降低的趨勢(shì)，并具有較為明顯的峰值。山脈西側(cè)L1層黃土孔隙比自南向北波動(dòng)起伏，數(shù)值集中于0.8～1.2，整體趨勢(shì)線(xiàn)較為平穩(wěn)。

圖4 呂梁山脈東西兩側(cè)L1 黃土地層孔隙比分布Fig.4 Distribution of void ratio in L1 loess strata on the east and west sides of Lüliang mountains

3.4 抗剪強(qiáng)度參數(shù)南北向分布特征研究

文中抗剪強(qiáng)度參數(shù)選取原狀土樣固結(jié)快剪試驗(yàn)成果，試驗(yàn)采用應(yīng)變控制式四聯(lián)直剪儀，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果求得試樣抗剪強(qiáng)度參數(shù)，得到研究區(qū)抗剪強(qiáng)度參數(shù)南北向分布圖（圖5、圖6）。由圖可以看出，在南北方向上，土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)離散性較大，但整體上具有一定規(guī)律性。呂梁山脈東側(cè)黏聚力由南向北整體呈增加趨勢(shì)，最大值為61.52 kPa，東側(cè)內(nèi)摩擦角整體由南向北呈遞減趨勢(shì)。呂梁山脈西側(cè)黏聚力由南向北逐漸減小，內(nèi)摩擦角雖波動(dòng)起伏，但趨勢(shì)線(xiàn)較為平穩(wěn)，西側(cè)內(nèi)摩擦角平均值30.3°；土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)的離散性反映了呂梁山區(qū)的沉積環(huán)境復(fù)雜，西側(cè)土體處于黃土高原，東側(cè)分布有太原盆地、臨汾盆地，土體性質(zhì)受搬運(yùn)距離長(zhǎng)短、土顆粒物質(zhì)組成、后期環(huán)境改造等因素的影響。但數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，無(wú)論是東側(cè)還是西側(cè)土體，均表現(xiàn)為黏聚力波動(dòng)起伏較大，內(nèi)摩擦角趨勢(shì)較為平穩(wěn)。

圖5 呂梁山脈東西兩側(cè)L1 黃土地層黏聚力分布Fig.5 Distribution of cohesion in L1 loess strata on the east and west sides of Lüliang mountains

圖6 呂梁山脈東西兩側(cè)L1 黃土地層內(nèi)摩擦角分布Fig.6 Distribution of fraction angle in L1 loess strata on the east and west sides of Lüliang mountains

4 黃土土性參數(shù)區(qū)域分布特征

根據(jù)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃土地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素可分為自然因素和人為因素兩類(lèi)。例如黃土滑坡，自然因素有河流下切侵蝕、凍融作用、降雨等，人類(lèi)工程活動(dòng)有削坡堆載、灌溉、水庫(kù)蓄水等，其中，降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)是最為積極的兩個(gè)誘發(fā)因素。這些誘發(fā)因素都會(huì)直接或間接地引起黃土土性參數(shù)的變化，如含水量的增加、內(nèi)摩擦角與黏聚力的變化等。為了更直觀地反映研究區(qū)土性參數(shù)的變化特征，文中通過(guò)ArcGIS 克里金插值法，對(duì)各個(gè)取樣點(diǎn)所得到的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得到研究區(qū)不同土性參數(shù)的區(qū)域分布規(guī)律。

4.1 黏粒含量區(qū)域分布特征研究

基于黏粒含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算得到研究區(qū)L1黃土地層中黏粒含量分布圖（圖7）。由圖7 可知，黏粒含量在區(qū)域上分布不均勻，規(guī)律性較為明顯。整體來(lái)看，地層中黏粒含量隨緯度增加呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì)，與前文黏粒含量南北向分布特征相符。黏粒含量最高值為18.7%，位于研究區(qū)南端河津市，最低值為4.58%，位于研究區(qū)北端保德縣。

圖7 呂梁山區(qū)L1 黃土地層黏粒含量區(qū)域分布Fig.7 Regional distribution of clay content of L1 loess strata in Lüliang mountains

4.2 天然含水率區(qū)域分布特征研究

根據(jù)天然含水率試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得研究區(qū)L1地層天然含水率分布圖（圖8）。由圖8 可知，呂梁山脈東西兩側(cè)區(qū)域分布規(guī)律有所不同，山脈東側(cè)由南至北天然含水率逐漸升高，山脈西側(cè)天然含水率由南至北逐漸降低。在研究區(qū)南部，東側(cè)含水率整體較西側(cè)低；在研究區(qū)中部，東側(cè)含水率整體較西側(cè)略高。

圖8 呂梁山區(qū)L1 黃土地層天然含水率區(qū)域分布Fig.8 Regional distribution of natural water content of loess in L1 layer in Lüliang region

4.3 抗剪強(qiáng)度參數(shù)區(qū)域分布特征研究

文中通過(guò)原狀土樣的直剪試驗(yàn)，獲得研究區(qū)各個(gè)取樣點(diǎn)位的固結(jié)快剪強(qiáng)度參數(shù)，得到研究區(qū)抗剪強(qiáng)度參數(shù)區(qū)域分布圖(圖9、圖10)。

圖10 呂梁山區(qū)L1 黃土地層內(nèi)摩擦角區(qū)域分布Fig.10 Regional distribution of friction angle of L1 loess strata in Lüliang mountains

從圖9、10 中可以看出，呂梁地區(qū)抗剪強(qiáng)度參數(shù)離散度較大，其大小與研究區(qū)地形地貌、沉積環(huán)境、土層物質(zhì)組成等因素有關(guān)。從區(qū)域黏聚力圖中分析，主要表現(xiàn)為山脈西側(cè)黏聚力從南至北逐漸降低，于南端取得最大值，山脈東側(cè)整體較為離散。將研究區(qū)東西兩側(cè)黏聚力進(jìn)行對(duì)比分析可以得知，呂梁山脈東側(cè)L1黃土地層中黏聚力整體高于西側(cè)。由內(nèi)摩擦角分布圖分析可知，研究區(qū)內(nèi)摩擦角強(qiáng)度參數(shù)在區(qū)域上呈現(xiàn)不規(guī)則的態(tài)勢(shì)，波動(dòng)起伏，無(wú)明顯規(guī)律性，與前文描述相符。

圖9 呂梁山區(qū)L1 黃土地層黏聚力區(qū)域分布Fig.9 Regional distribution of cohesion of loess in L1 layer in Lüliang mountains

4.4 濕陷系數(shù)（δs）區(qū)域分布特征研究

根據(jù)濕陷試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，得到呂梁地區(qū)L1黃土地層濕陷系數(shù)區(qū)域分布圖（圖11），根據(jù)圖11可以看出，研究區(qū)由北至南，濕陷性系數(shù)逐漸升高，對(duì)照黃土濕陷性分類(lèi)表（表6）以及濕陷系數(shù)區(qū)域分布圖得知，呂梁山區(qū)L1黃土地層大多屬于濕陷性黃土，濕陷程度從無(wú)濕陷性至強(qiáng)烈濕陷不等，具有較好規(guī)律性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，研究區(qū)中北部L1層黃土多為無(wú)濕陷性至中等濕陷性。強(qiáng)烈濕陷黃土發(fā)育較少，多集中于研究區(qū)南部，如東側(cè)臨汾市、孝義市、汾陽(yáng)市，西側(cè)河津市、鄉(xiāng)寧縣、吉縣、大寧縣等部分點(diǎn)位。

圖11 呂梁山區(qū)L1 黃土地層濕陷系數(shù)區(qū)域分布Fig.11 Regional distribution of collapsibility coefficient of L1 loess strata in Lüliang mountains

表6 黃土濕陷性分類(lèi)Table 6 Loess collapsibility classification

4.5 黃土土性參數(shù)差異分布原因分析

從研究區(qū)取樣點(diǎn)分布圖（圖1）可知，呂梁山脈幾乎縱向穿越整個(gè)研究區(qū)，將研究區(qū)劃分為東西兩側(cè)。在地質(zhì)歷史時(shí)期過(guò)程中，黃土顆粒受到風(fēng)力搬運(yùn)的作用，并在沉積過(guò)程中受到呂梁山脈的阻擋，使得山脈兩側(cè)黃土在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)性等方面有所區(qū)別。并且，由于搬運(yùn)距離不同，表現(xiàn)出研究區(qū)由南至北土性參數(shù)的差異性，如黏粒含量隨緯度的變化。其次，山脈東西兩側(cè)地形地貌的不同、降水量或河流水系的差異及風(fēng)化作用等因素也會(huì)對(duì)黃土土性參數(shù)產(chǎn)生影響，從而使得研究區(qū)內(nèi)黃土土性參數(shù)呈現(xiàn)出差異分布的特點(diǎn)。

5 結(jié)論

文中通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析的手段，以呂梁山區(qū)L1黃土地層作為研究對(duì)象，分析了其土性參數(shù)的南北向分布特征和區(qū)域分布特征，取得了如下結(jié)論：

（1）通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了研究區(qū)內(nèi)4 市28 縣L1黃土地層不同點(diǎn)位的土性參數(shù)數(shù)據(jù)，在一定程度上，為研究黃土土性參數(shù)分布規(guī)律研究及研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）呂梁山脈東側(cè)L1黃土地層黏粒含量、孔隙比由南至北呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，黏聚力由南至北逐漸增加；山脈西側(cè)黏粒含量、天然含水率、黏聚力由南至北逐漸減少。山脈東西兩側(cè)內(nèi)摩擦角在空間分布上趨勢(shì)線(xiàn)較為平穩(wěn)。

（3）在土性參數(shù)南北向分布特征基礎(chǔ)上，基于ArcGIS 平臺(tái)，得到研究區(qū)L1黃土地層黏粒含量、天然含水率、抗剪強(qiáng)度參數(shù)及濕陷系數(shù)的區(qū)域分布規(guī)律。