黄土地质学精选(九篇)

第1篇：黄土地质学范文

水成说：水带来了黄土？ 最早研究中国黄土的欧洲人是德国地质学家庞培利，他也是黄土成因“湖积说”的最早提出者。

1864年，庞培利受清政府邀请，调查中国西北煤田。几年后，庞培利任哈佛大学采矿学教授，并发表了在中国以及中亚考察的成果。庞培利是“水成说”的先驱和代表人物，他认为中国的黄土来自黄河携带的泥沙，后流入淡水湖泊，慢慢在湖泊中沉积形成。这个想法的提出，可能和他观察到黄河携带大量泥沙有关。但是，提出这个观点不久后，庞培利自己认为这个提法不够详细准确，证据不足，改为中国黄土的形成与岩石风化有关。但无论如何，庞培利开了“湖积说”的先河。

金斯密尔是另一位研究中国黄土的欧洲学者，他认为中国黄土是因为海水作用而成，是“海成说”的代表人物。金斯密尔是英国地质学的先驱，曾在中国考察，业余时间还是一位多产的汉学家，曾经翻译过中国的《道德经》。在和英国著名博物学家赫胥黎讨论后，金斯密尔认为，中国黄土区域曾经是一片大海，黄土物质在海洋中不断沉积，后来在地质作用下逐渐隆起而成。金斯密尔曾在长江下游和大运河北段做过考察，也曾考察过山东和四川的煤矿，还在中国居住多年。或许通过对考察区域的了解，他提出了“海成说”的观点。但毕竟金斯密尔没有真正到过中国西部干旱半干旱的黄土高原地区，所以他的观点论据不够充分。

风成说：天上掉下的“尘”是黄土？ 早在我国汉代，班固在《汉书》中就有对黄土的记载：“大风从西北起，云气赤黄，四塞天下，终日夜下，著地者黄土尘也。”从该段文字可以看出，天上掉下的“尘”是黄土，而且这种“尘”是由风从西北方向带来的。但是，真正把黄土的形成原因与风的作用科学地联系起来，是在近代科学产生之后。

1933年，中国地质学会召开会议，纪念一位德国地质学家诞辰100周年。著名地质学家翁文灏在这次纪念会上说：“今日中国学者所刊之报告中，往往不提李氏之名，此并非由于数典忘祖，实因李氏之功绩尽人皆知，自无庸屡屡提及。”翁文灏所提的这位名为李氏的德国人，就是李希霍芬。他是中国黄土“风成说”的最早提出者和代表性人物。

1860年，李希霍芬应邀随同德国经济使团前往东亚考察，还于1861年到达上海，但是因为清政府的限制，他未能进行任何考察活动。1868年，李希霍芬再次来到中国，这一次他精心设计了7条考察路线，在4年时间内，考察了中国18个省区。李希霍芬在对华北、西北的调查中，提出了中国黄土成因“风成说”。李希霍芬认为，中国的黄土分布在半干燥的草原地带，有两个特点：一是和内陆水系的多荒漠盆地相邻，二是附近都有高山。黄土物质的来源，就是附近山地和岩石风化后的产物。搬运黄土的动力，首先是风，其次是流水。风化物质在风力作用下，被搬运到凹地草原上，草原上生长的植物将其固定下来，逐渐增厚，形成黄土，这种黄土是原生黄土；原生黄土经过流水再次搬运形成了次生黄土。

李希霍芬认为，当黄土沉积时，中国北方是一个复杂的草原盆地，边缘有高耸的岩石、的山岭，气候寒冷而干燥，并且常常有频繁发生的猛烈大风，这些都利于黄土的形成。黄土的土层深厚，物质均一，不具层理，发育有垂直节理和钙质结核，这些成为李希霍芬“风成说”的有力证据。

李希霍芬经过实地考察，对黄土性质有一定了解，但是对黄土的复杂性了解不够，有些地方难免臆断。不过，在当时黄土资料缺乏的情况下，李希霍芬的学说得到了广泛的承认，流传许久。

残积说和多成因说 除了以上学说外，对黄土成因的认识还有“残积说”。苏联自然地理学家贝尔格（1875～1950）在1916年提出了黄土是风化作用和成土作用的产物。“残积说”与“水成说”“风成说”最大的区别在于，该学说认为黄土是在原地生成的。贝尔格认为，黄土和黄土状岩石是在原地风化和成土作用下及干燥气候条件下生成的。1947年，贝尔格又补充了他的黄土残积生成理论，认为黄土是在干燥地带，由富含碳酸盐的各种细粒的岩石经过风化作用和成土作用形成，经过冲刷作用的冰碛物也是形成黄土的母质。由于岩石发生破坏，孔隙度增大，同时加上生物的活动，孔隙度更增高，经过此地质作用形成黄土。

美国地质学家维理士和中国地质学家张宗祜都认为黄土的成因有很多种，提出了“多成因说”。1903年，维理士对中国黄土进行了考察，并在回国后著有《中国的研究》一书，他认为中国的黄土粉尘物质是风成的，但是搬运这种粉尘的营力主要是河流和洪流，他的学说被称为“风成-冲积说”和“风成-洪积说”。张宗祜认为，中国的黄土是多种地质营力（包括残积作用、坡积作用、冲积作用、风积作用、冰川作用）作用堆积，并在相似的气候条件下，经过地质作用形成。它的物质来源于区内和邻近地区的早期堆积物和基岩风化碎屑物。

新风成说：最终揭开了黄土形成之谜 “新风成说”是目前最主流的黄土成因学说，得到了学界广泛的承认，它的提出，基本平息了170多年的黄土成因之争，最终揭开了黄土形成之谜。

我国地质学家、中科院院士刘东生（1917～2008）提出了黄土“新风成说”。这个学说是在吸收前人的“风成说”的基础上发展形成的。通过实地科学考察、采集样品在室内细致分析，刘东生得出结论：黄土是风成的，是西北地区戈壁、沙漠中的细粒物质被风吹到黄土高原堆积而成的。黄土和古土壤都是在风力作用下、气候环境变化的条件下形成的，它们形成时处于一种干旱的气候环境。

黄土“新风成说”在三方面突破了以前的学说。

第一，概念扩展。以前的“风成说”只强调黄土的搬运作用，“新风成说”则对黄土物质来源、搬运过程、搬运时的风力情况、沉积时候的环境面貌，以及沉积以后的变化等全过程进行了阐述，形成了一套完整的理论。

第二，时代延伸。过去的“风成说”认为，黄土高原顶部黄土沉积（又称马兰黄土）是风成的，刘东生则证明黄土高原整个第四纪（在地质年代中，第四纪是新生代最后一个纪，包括更新世和全新世，下限年代距今约250万年）的沉积都是黄土，将风成作用从黄土高原顶部（大约7万年）拓展到整个黄土序列（约250万年）。

第三，空间细分。约在11万年前至公元前9700年之间，第四纪更新世内发生了一次冰河时期，这是距今最近的冰期，被称为末次冰期。刘东生的研究发现，在末次冰期内生成的马兰黄土堆积厚度自西北向东南逐渐减小，而黄土厚度沿着冬季风方向（西北方向）逐渐变薄。除此之外，刘东生还发现，黄土的颗粒自西北向东南逐渐变细，并据此将黄土分为砂黄土、黄土和黏黄土三个带，黄土颗粒的组成向下风方向变细，这些均是黄土风力搬运的有力证据。

第2篇：黄土地质学范文

关键词：纯黄土 坡体 滑坡

0 前言

根据区内调查资料，黄土坡体发生的滑坡有两种情况，一是发生在单一性质的黄土层内的滑坡主要发育在晚更新世黄土中，在延安市北部砂黄土中较多。二是沟谷切穿中更新世黄土或晚更新世黄土披覆于中更新世黄土之上（照片1-1），中更新世黄土中的倾斜古土壤层成为软弱结构面，是产生滑坡的内部因素。

1 纯黄土滑坡灾害介绍

从调查统计结果， 延安市北部地区主要出露马兰黄土（Q3），其厚度变化较大，一般披覆堆积在古地形侵蚀面上。黄土滑坡滑体的规模一般比较小，调查中发现滑坡体积最大为7680m3，最小仅为3m3，平均为1100m3，均为小型滑坡（照片1-2）。滑体主要由全新世、晚更新世黄土滑坡堆积物组成，结构零乱，颜色混杂或较均一，呈灰黄色或浅黄色，黄土的内聚力随含水量的增高而显著减小，内摩擦力也随含水量的增加而逐渐减小，其疏松不稳定的结构，决定了内聚力较低。黄土地层构成的斜坡在降水和河流侵蚀作用等因素作用下，极易产生滑动。滑体厚度一般＜10m，一般为浅层小型滑坡，滑体初始坡度60°～65°。

2 延安市纯黄土滑坡灾害分布情况

延安市的黄土覆盖厚度平均在15m左右，基本呈披覆式结构覆盖于下伏地层上，分布广泛。黄土滑坡分布较多的县区其所在的位置的黄土覆盖厚度较大，并且北部的黄土分布厚度要大于南部地区。主要原因之一是在自然地质历史时期内，大气候环境的不同对黄土南北分布的物理、力学性质有着重要的影响：北部地区黄土的粒径、含砂量都要大于南部地区，从而使北部地区的黄土在粘结力等性质上差于南部地区的黄土；其二北部白于山脉在构造作用下隆起，河谷发育而植被较稀少。故纯黄土坡体中发育的滑坡分布也是北部地区多于南部地区。

从区内滑坡类型数量上看，发育在黄土层内的滑坡占了全区滑坡总数的40.2%。主要分布于斜坡由黄土构成的梁峁丘陵沟壑地区。梁峁丘陵地貌占据了延安北部的绝大部分地区，而北部地区是灾害发生相对密集的区域。经过调查，其中北部的黄土层内滑坡占全区黄土层内滑坡总数的64.86%。此类滑坡破坏模式以牵引式为主，多为滑移-拉裂型，滑面较为规则。滑坡结构类型在各县区的分布见下图（图2-1），由图可知，黄土内部滑坡在各个县（区），均有发生。

3 纯黄土坡体与滑坡形成机理研究

纯黄体坡体类型为黄土层内斜坡，在天然状态下，黄土含水量较低，土质坚硬，比较稳定。本文利用宝塔山土工试验原始数据（表3-1），对此斜坡坡体进行模拟，分析坡体内剪应力、位移变化等情况。这里在不考虑降雨的因素，固定坡高，单独从坡度变化对黄土斜坡坡体的受力情况模拟说明，进而对斜坡稳定性与坡度关系进行分析。对同一坡体的不同坡度（表3-2）进行模拟，从剪应力图上可以看出不同坡度的应力集中点是一样的，都是在坡脚转折处形成集中，其剪应力（3-3至图3-5）所示。

最大剪应力分布均为向上凹的圆弧，并且随着坡度的增加其剪应力也逐渐的变大（图3-6），当其坡度超过一定值时，其应力值就会超过土体的抗剪强度，斜坡就会失稳发生滑动；从应力比较集中的坡脚处可以看出，坡脚处如果受到破坏，则会对整个斜坡的稳定性产生较大的影响。人工活动开挖致使黄土滑坡发生的情况即属于此种类型。从延安市的实地调查可知，20m高度的黄土斜坡在坡度小于60°时相对较为稳定，而坡度大于60°时极则易失稳。其主要原因是组成坡体晚更新世黄土及新近堆积黄土力学强度较低所致。

4 结论：

以延安市纯黄土滑坡特点、形成机理为例，阐述了黄土内部与滑坡形成、演化的关系，总结出了滑坡发育与纯黄土坡体的相关性规律；并运用MIDAS软件对典型纯黄土滑坡进行模拟分析，论证了坡度、地层、等条件对坡体结构的稳定性具有较大影响。

参考文献：

[1]雷祥义等．黄土高原地质灾害与人类活动[M]．北京：地质出版社，2001．

[2]黄玉华等．陕北黄土丘陵区威胁窑洞民居的地质灾害问题—以陕西延安地区为例[J]．地质通报第27卷第8期

[3]陈志新等．延安市地质灾害详查报告[M] ．2008

[4]刘东生等．黄土与环境[M]．北京：科学出版社，1985．

第3篇：黄土地质学范文

【关键词】湿陷性黄土；地基处理；地质特点；处理方法

引言：

有一种特殊的土质分布在我国的很多地方，它的性质与其他一般土的性质有很大的不同。它们之所以特殊，是因为里面含有的性质、成分、结构都十分特殊，这些特殊的原因是因为地质、气候和地理环境等。在每个工程当中，特殊土质都会在地基处理时遇到。在我国大部分地区湿陷性黄土湿分布较广的，如果用其不当，一些工程事故就会造成。并且，这也是影响地基稳定性的准要因素。下面就让我们了解一下湿陷性黄土的特征及处理方法和湿陷变形的机理。

一、湿陷性黄土工程地质特点

湿陷就是水浸湿土壤并且土受到来自自重、非自重及附和压力下产生极大地下沉。湿陷性黄土有湿陷性，所以叫湿陷性黄土，或称湿陷性黄土层。这种土质有以下主要特征：（1）盐的成分十分大，其中酸碱盐成分较突出，氯化物和硫酸盐等成分也较多颜色也是较为单一，基本以黄色为主，比如黄褐、棕黄等等。（2）上面一般会有空隙，用眼睛看大孔隙是可见的。（3）含有碱土金属钙镁和成分为SiO2，Al2O3化学成分的矿物质较多。（4）粉土颗粒在湿陷性黄土中占成分十分大。（5）湿陷性 。（6）在表面上垂直节理。（7）不是自重湿陷性黄土是受到水浸湿后在双重压力作用下产生湿陷，这双重压力就是符合压力和自重压力。而相反的湿陷性黄土只是在单一压力作用下产生失陷，单一压力就是自重压力。自重湿陷性黄土的产生是需要一定的条件的，而这样的条件就是需要深久埋藏在黄土底下，这样才能够出现自重湿陷性黄土，这也是经过大量的实验和研究才得出的结果。如果均质黄土层较厚，地下水位较低。降水量较小，必然会产生自重作用下的湿陷。[1]如果在平原土地上，通过工程前期的处理，这种湿陷的安全性就比较高，对于建筑物的正常使用不存在危险性。然而在没有外核载的影响下，湿陷在浸水后就不可能出现，这是因为非自重湿陷性黄土由外核载而导致。如然而在沉陷的情况下在建筑物有力的作用下出现稳定的地基，并且土在不久的浸湿后就会出现很快速度的变形，这种情况对于建筑上所有的程序都会有较大影响。在建设过程中遇到湿陷性黄土时，出现的工程土质问题的情况会频繁的出现。一般常见而主要的有：湿陷性，地基的强稳性及压缩的力度，斜坡是否稳当，冲推，砂井砂卷，还有墓堆，泥石流及一些工程上所导致的一些地质方面的问题等等，在建筑物建设过程中，这些问题都会给工程建设带来不必要的麻烦，更有可能会出现安全方面的问题。

二、地基处理方法的选择原则

在正常的湿度下，湿陷性黄土具有强度高、压缩性低等特点，如果湿陷性一旦遇水变湿后，它的土地强度将会大大降低，尤其在自重压力或附加压力的作用下，容易产生突然下沉的情况。事实实验表明，如果民用建筑或者工业建筑的建筑物的地基处理不好或者根本没有处理，那么在建筑物的实际使用当中，由于地下水位不断上升或者建筑物漏水的现象，就会导致地基湿陷，这就会使得大面积的土地陷下去，造成很严重的人身伤害。所以，在对湿陷性黄土地区进行开发的时候，一定要采取科学合理的手段进行必要的处理，要改善湿陷性土地的物理力学性质，加大其土地强度，减小或消除湿陷性黄土地基由于沾水而引发的湿陷变形，加强土地地基的牢固度，确保人类的人身安全，避免给人类造成不必要的损失。。[2]

三、湿陷性黄土地基的处理方法

湿陷性黄土地基的处理方法有血多中，根据不同地区、不同类型的土地和不同土地地质，可以分为不同的湿陷性土地地基，每一种湿陷性土地地基都有属于自己的处理方法。通常情况下，专业人员都是通过实地勘察，经过实地采取样本，通过实验数据进行分析，经过相关数据判定它属于那种土地类型，是非自重湿陷性黄土还是自重湿陷性黄土。同时还有测试湿陷性黄土层的湿度、厚度、湿陷等级和类别，最后通过分析对比，还有综合性原因，选择出最适合这类地基的处理方法。确定完地基的处理方法后，还要进行优化设计，要确保处理后的地基能够满足足够的承载力和变形条件。以下将是我在实际工作中总结、积累下的经验，我将对强夯法、垫层法及挤密法与大家分享一下。 [3]

3.1强夯法。此方法的使用范围是饱和度小于等于60%，用于地下水位以上湿陷性黄土，通过整片或者部分处理，能够处理厚度为3～12m的湿陷性黄土层。强夯法的另一种叫法也叫动力固结法，是经过重锤的自由下落，是土体加强，增加其其强度，减小它的压缩性。由于此方法原理简单，设备易操作，适用广泛，尤其对于非饱和土加固非常适用，并且具有很好地效果。同时，强夯法还具有加固地基效果好、速度快、节省多的优势，是目前市场上最受欢迎的地基加固方法之一。

3.2垫层法。垫层法主要适用于地下水位以上，能够处理厚度为1～3m的湿陷性黄土层。在实际施工时，应先将挖出土体地基下拟处理的湿陷性黄土，然后在填入其他黏性土，对于灰土要进行过筛，并且均匀搅拌，根据所选用的夯实设备，在最优或接近最优含水量下分层回填、夯实至设计表高。垫层法的优势在于，能够消除垫层范围内的湿陷性，并且可以避免地基因附加压力产生的湿陷，使地基的自重湿陷不是很明显。此方法操作简单，施工简便，是一种常用的地基浅层处理或部分湿陷性处理方法。

3.3挤密法。挤密法的主要使用范围为饱和度小于等于65%的湿陷性黄土，能够处理厚度为5～15m湿陷性黄土层。挤密法的操作步骤为沉管、冲击、夯扩、爆破，然后用素土、灰土进行填料，需要时还可以加入水泥分层进行填夯实。这种方法施工简便，是一种效果好较经济的方法。[4]

四、结语：

我国广泛分布着湿陷性黄土，这种土的存在会对基地有一定的影响。比如“弹簧土”现象就是在基底处理上遇到湿陷性黄土时采用不当的方式造成的。从实际案例得出：（1）在勘查工作上要先在施工前确定地基土质是否是自重湿陷性黄土，而且有准确的预定和判断湿陷等级及可能出现的问题。（2）要避免基地漏水浸泡及土体的变动，在建筑物周围还要注意做好防水工作（3）为适应基地的湿陷变形要遵循施工原则，采取恰当的措施来避免或减小建筑物的不均匀沉降及使结构能适应地基的湿陷变形。

参考文献：

[1]陈辉、周海辉.湿陷性黄土的处理方发[J].建筑技术开发，2005

[2]周世良、王江.强夯加固机理研究现状 [J].重庆建筑学院学报，2006

第4篇：黄土地质学范文

[关键词]黄土 湿陷性 影响因素

[中图分类号] TU475+.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-12-37-1

黄土是处于干早、半干旱气候带条件下形成的第四纪沉积物，在我国西部地区分布很广，每年因黄土的湿陷性而造成的损失巨大。湿陷性黄土是长期自然地质作用形成的，它是指黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土结构迅速破坏，发生显著的湿陷变形，强度也随之降低。由于湿陷性黄土特殊的工程特性，常使修筑其上的各种构筑物发生破坏，如建筑物的变形或裂、公路路基沉陷或公路边坡坍塌，严重影响了建物的使用和公路的正常运营。所以，在黄土地区建各构筑物时，首先要重视的便是黄土的湿陷性，要解决的主要问题也就是减轻以至消除黄土湿陷性， 因而对黄土的湿陷特性进行研究及湿陷等级进行评判变的尤为必要，对工程建设有着重要的意义[1]。

1黄土湿陷的主要特征

黄土的湿陷变形是一种较特殊的塑性变形，它的特殊性不仅表现在它是力与水共同作用的结果，还表现在它密切依赖于几何应力状态、应力历史与湿度状态、增湿水平和增湿历史等。大量试验结果及工程实践经验表明：湿陷性黄上的湿陷变形具有突变性、 非连续性和不可逆性三大特征。湿陷系数δs是目前用以判断黄土湿陷等级、评判黄土湿陷危害并预测湿陷量的常用指标。GB50025―2004《湿陷性黄土地区建筑规范》规定岩土工程勘察须作出湿陷性黄土层的厚度、湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化等评价；通常的方法就是现场探井取样，做室内湿陷试验。GB50021―2001《岩土工程勘察规范》指出：“当不能取试样做室内湿陷试验时，应采用现场载荷试验确定湿陷性”。众所周知，与常规室内试验相比，载荷试验更费时、费力。人们想通过湿陷系数与黄土的物理性质的相关性得到地区经验公式，以便能更方便而准确地获取工程建设场地所含黄土的湿陷系数[2]。

2黄土湿陷的原因和机理

对黄土湿陷的原因和机理的认识存在多种不同的论点，总体上可归纳为内因和外因两个方面。内因指的是黄土本身的物质成分和其内部颗粒结构；外因则是水和外在的压力作用所影响[3]。我国的湿陷性黄土形成于干旱或半干旱气候条件下。风成黄土在沉积过程中，表层受大气降水的影响较大。在干燥少雨的气候条件下，一般降水浸湿的土层厚度小于蒸发影响的土层厚度。黄土湿陷性产生的原因主要是由于结构上的欠压密状态；干旱或半干旱气候条件导致的含水量较低，且随着水分蒸发，导致盐类析出、溶解、凝结作用等。不难理解，含水量和孔隙比对于湿陷性具有较大的影响，而黄土所含的各种盐类及矿物质的含量对黄土湿陷性也具有较大的影响，一般以干密度来对其进行考量。众所周知，湿陷性黄土具有湿陷起始压力，也就是说黄土的颗粒间的粘聚力与湿陷系数的大小具有较大的相关性，以压缩模量考查黄土的强度。所以黄土的湿陷系数与其含水量、干密度、孔隙比和压缩模量具有较好的相关性。

3湿陷变形的影响因素

黄土自重湿陷系数关系密切的依次为孔隙比、干密度、含水量和塑性指数，即孔隙比对黄土自重湿陷系数影响最大，干密度次之，含水量稍差，而塑性指数则不直接相关，这与主成分分析结论一致。

水对黄土湿陷性主要是通过影响黄土物质（胶结物）并进而影响微结构来体现的，黄土微结构的形成需要适量的水分，如通过溶解淋滤等水化学作用，胶结物使颗粒之间相互连接，胶结物的状态及其在黄土颗粒间的分布受水分控制，有各种不同的胶结方式及连接牢固程度，因此适量的水有利于黄土形成较稳定的结构，是黄土微结构的有利因素。初始含水量越大，颗粒间的连接和胶结越强，湿陷性则越弱。当初始含水量达到25%以上，湿陷性消失[4]。初始含水量随场地水文地质条件的变化而动态变化，如降水、人工灌溉、地下水位变动等，湿陷性随之变化。

孔隙发育特征是黄土结构的重要方面，孔隙比是黄土孔隙体积和数量的直接反映，它间接表征了黄土的微结构特征，孔隙比越大，孔隙体积和数量越大，从而提供湿陷变形的空间越大；干密度一方面反映了黄土的物质成分、另一方面反映了孔隙特征和土体的密实程度，干密度越大，则土体越密实，从而不利于湿陷的发生；含水量与各场地的水文地质条件有关，且时刻随降水和地下水位的变化而波动，离散性高；塑性指数仅反映粘粒含量的多少。总之，黄土湿陷是黄土组成物质和微结构特征共同决定的，微结构（孔隙大小及分布、颗粒大小）是其主要方面，初始含水状态和组成物质（粘粒含量）对其有一定的影响，矿物成分对其影响较小。由此表明采用干密度、孔隙比、含水量和塑性指数为指标，基于数据挖掘技术的湿陷性影响因素分析是正确的且可行的。

黄土湿陷首先取决于黄土自身的湿陷性程度，湿陷性程度越高，湿陷量越大。其次与湿陷性土层宏观结构有关，相同湿陷程度的黄土，湿陷性土层厚度越大，湿陷量越大；黄土湿陷也与湿陷性土层的结构特征密切相关，对于具有多土层相间分布的结构，因各土层的湿陷程度不同，有的土层湿陷性较强，而有的则较弱甚至不具湿陷性（如粘土层或粘质黄土层），不同湿陷程度土层数量越多，结构越复杂，对黄土湿陷的影响远比土层结构均匀者复杂，土层内含湿陷性强的土层越多、厚度越大，则湿陷量相对越大。此外，赋存环境的变化是引起湿陷变形的外因，是湿陷发生的先决条件。

4结论

黄土湿陷是一个复杂的物理、化学变化过程，受多种因素制约，正确评价黄土的湿陷性具有较大的难度。黄土的干密度、含水率、孔隙比等，这些物理指标数值稳定，易于测定，误差小，而黄土的湿陷系数却随试验条件和测试技术的差异而不同，变化幅度较大，易影响评价的精度。因此，根据对黄土湿陷性本质的认识及工程实际研究分析，探索湿陷系数与黄土物理指标间的关系，进而对湿陷系数作出预测，可以在一定程度上减小试验工作量，简化地基湿陷性评价方法，对综合评价场地的湿陷性具有较大的实际意义。

参考文献

[1]庞旭卿，倪万魁.黄土的湿陷特性研究及湿陷等级评判[J].工程地质学报.2006.14.

[2]王吉庆，雷胜友等.黄土湿陷系数与物理性质参数的相关性[J].煤田地质与勘探.2013.6

第5篇：黄土地质学范文

全球变化研究中的一个重要方面是研究过去、现在和未来的气候环境变化。有人曾形象地指出，新近时期古气候环境的历史是藏在大自然用密码写就的一本本“秘笈”当中的，世界各地的科学家们正在解释和读懂三本这样的“秘笈”：一本是深海沉积，一本是南极和格陵兰的冰盖，还有一本则是中国的黄土高原。黄土高原是具有全球意义的研究对象。

为什么人们如此重视黄土高原？

首先，与极地和深海不同，黄土高原位于人类过去和正在居住的地球的陆地表面；另外，最近的研究还证实，它是迄今为止被发现的历时最长（约2200万年）、最完整的古气候记录的保存者。

中国的土地上拥有这样一本“秘笈”，而且已经读懂了一部分，这令我们深感幸运。当然，还有很多更加引人入胜的故事等待我们去解译。这是一项严肃而又艰巨的任务，也是一次振奋人心的挑战。黄土高原秘密的不断发现，提示着地球科学一个新时期的到来，至少在亚洲大陆上是如此。

作为大自然打造的三个近代气候环境档案库之一，黄土高原的独特之处在于，这里生活着上亿的人口。他们拥有百万年的历史；他们的生活和未来的发展需要科学；他们需要认识自己在自然界所处的位置，需要了解祖先和自身所经历的复杂的环境演化历史。

黄土高原是由黄土构成的。什么是黄土？形象地说，黄土就象人们常见的、发生在我们身边的“沙尘暴”。2002年3月18日北京就出现过一次特大沙尘暴。近年来，人们对北方发生的沙尘暴非常注意。国家也已投入大量资金治理由于不合理利用土地而产生的沙尘暴源地和影响地，以保障我国社会经济的可持续发展。

从沙尘暴的物质成分来看，它与黄土十分接近。黄土是一种风成沉积，主要由粒径为0.01～0.05mm的粉砂级颗粒组成，成分包括石英（约占60%）、长石、云母等和少量重矿物，富含碳酸钙(7%～30%)。黄土多大孔隙、松软且具有湿陷性。

我国古代称沙尘暴类型的降尘为“雨土”，根据孙继敏和张明银的研究，自1966年到1999年，174个气象台站共记录了60次能见度在1公里以内、中等严重程度、持续2天以上的沙尘暴。最近40年来的降尘记录说明，中国黄土高原是亚洲风尘的一个沉降区，以兰州为中心，共发生过24次降尘。这与地质上黄土高原的黄土堆积以兰州为最厚是一致的。中国大陆降尘的次数和厚度都是以兰州为中心的。

以近代沙尘暴作为黄土形成过程的参照来研究，黄土高原是一个巨大的天然实验室。黄土的发生和沉降记录表明，黄土高原是一个积累了至少2200万年、基本连续的实验数据的实验室，一个可供重建2200万年以来黄土高原及其周边地区环境演变历史的实验室，可提供这个地区未来发展的情景(scenario)。

黄土高原这个天然实验室的内容是什么呢？是研究今天干旱化的环境及过去和未来的景象。黄土高原的风尘沉积（黄土和古土壤）可以直接指示其物质来源区的干旱化过程，风力搬运的动力学机制；沉积速率、粒度变化等气候指标还可以和其他两本“秘笈”中的章节相对应。它可以告诉我们黄土沉积的时空特征和规律，也就是它自己的“历史”，同时帮助我们解读其他两本“秘笈”。

二、黄土高原简介

黄土高原分布于北纬34°～35°之间（图1），总面积约380842平方公里，黄河贯穿其中。在同一纬度，欧洲和北美的黄土地带构成全球的小麦和玉米带，西方人称之为“面包篮子(BreadBasket)”。黄土高原占据了全国耕地面积的1/5，养活了全国1/5以上的人口。这里水土流失严重，每年通过黄河输出的泥沙为16亿吨，是尼罗河的30倍、密西西比河的90倍。

在地貌学上，黄土高原可称为一个巨地貌单元。长期的侵蚀和切割形成了黄土高原特有的地形，最常见的为峁、墚和塬。

峁：多分布于黄土高原北部，为圆锥形丘陵，是一种发育在各种黄土堆积上的参丘；

墚：多分布于黄土高原中部，为长条形的脊状地形，是一种叠加的古侵蚀地形；

塬：多分布于黄土高原南部，为平台状地形，由多层叠覆的黄土／古土壤层构成。

黄土高原是中华民族文化的发祥地之一。西安东南的蓝田县发现了110万年前的蓝田直立人(Homoerectuslantianensis)化石和石器。塬区的黄土地层最为完整和连续，因此地质工作多集中于塬区，以此为突破口来解释黄土高原这本“秘笈”并告诉人们它所经历的故事。在近代中国地质学家对黄土高原的研究中，共发生了6次较大规模的破译黄土高原密码的科学事件。

三、六次破译黄土高原的密码

（一）红色土地层的建立——第1次解译密码

黄土作为一个地质单元为早期来华工作的西方地质学家所注意，始自19世纪。庞培利、李希霍芬、奥勃鲁契夫、安特生等认为中国黄土系风力搬运并沉积于草原的产物。中国地质学家于1920年起开展黄土研究。1930年，德日进和杨钟健作了黄土地层与古生物研究，这一工作是开创性的。他们将黄土高原黄土划分为上下两大部分，上部称马兰黄土，下部称红色土。这是一个以“观察地质”为主要工作方法的以分类定名为主要工作内容的时代。他们第一次把中国黄土高原厚达300余米的黄土划分为马兰黄土，红色土A、B、C等四层，并按其中所含古脊动物化石定为现在仍延续使用的第四纪的早、中、晚期，是在前人工作基础上（未分期）的一个突破。尽管囿于当时的认识没有解决红色土的成因问题，但他们严谨的古生物和地层划分工作已经成为后人典范。

（二）古土壤层的发现——第2次解译密码

新中国成立以后，黄土高原的建设和水土保持工作、建筑工程的地基础工作和对人民群众各种疾病的防治等，对黄土研究提出了新的要求，也开始了黄土与环境研究的新阶段。20世纪50年代，土壤学家朱显谟、石元春等对黄土和黄土中古土壤层的研究表明，黄土层中所夹的红色条带，即德日进和杨钟健所称的红色土，实质上是一种褐色土型的古土壤层。在黄土高原的董志塬，洛川塬等地都可以发现多次黄土和古土壤相重叠产出的状况。

对黄土和古土壤序列的认识破译了红色土的红色条带之谜，使人们对黄土有了一个全新的认识，古土壤的确认对黄土成因问题的讨论起了重要的作用。因为黄土和古土壤都是在风力作用下、气候环境的变化下所形成的，但对黄土作为风力搬运的沉积的时间认识则由十多万年，向前推进到了260万年。认识了巨厚的黄土高原是260万年来风力以沙尘暴的形式所形成的；而干旱的沙尘暴时期中间又有多次气候变为温暖湿润的时期。

破译了红色条带为古土壤层之后，使我们对黄土、古土壤层序的认识，从单纯地质学研究范畴、从沉积与剥蚀的概念下解放出来，进一步把生物的地质作用与黄土沉积结合起来。受当时流行的4次冰期理论影响，对黄土的形成环境中分辨出干旱与湿润的存在和多次的旋回等现象，未能作出进一步的解释。虽然黄土／古土壤时间序列已经相当长，且沉积连续、代表气候变化清楚，比研究程度较高的欧洲、美洲和全球其他地区的黄土对全球变化的代表性都强，但还未能明确中国黄土的这一特点。

在这一时期，王挺梅、朱海之等发现黄土在空间分布上具有颗粗细自西北而东南逐渐变细的特点，并把黄土高原的黄土划分为砂黄土、黄土、粘黄土带，这一划分对黄土高原的水土保持工作，和黄河泥沙中粗砂的来源区以及黄河泥沙的治理提供了依据。

黄土地区地基的湿陷性问题研究，也从黄土地层的划分和分布、年龄的新、老关系等研究中得到有益的启发，取得了新的进展。黄土研究在20世纪60年代进行了总结。中科院刘东生与前地质部张宗祜以《中国的黄土》为题，在1961年国际第四纪研究联合会的第六次国际会议上发表了论文。60年代末期，对中国地方性疾病克山病的研究取得了成就。

附图

图1黄土分布图

（三）古地磁研究的发现——第3次破译密码

20世纪70年代，随着古地磁学、同位素地球化学、年代学等新学科和技术的发展，认识黄土的手段不断进步，破译密码的能力不断加强。黄土的研究从肉眼观察形成概念阶段进入到观察与测量和实验相结合的阶段，这也是一个从实验数据形成概念的阶段。

黄土与古土壤层的磁化率，随黄土与古土壤中所含磁性矿物的种类和丰度而变化。测量结果显示，黄土与古土壤的磁化率可以用来作为反映地质作用、环境变化的气候要素的替代性指标(ProxyData)。这一进步促使我们将黄土高原沉积与深海沉积进行对比；冰芯的研究结果也与黄土高原进行了对比，是黄土高原研究从建立区域性特征到进行全球对比的起点。这一时期总结性的工作为《黄土与环境》一书的出版。

（四）冬季风和夏季风的标志——第4次破译密码

认识到中国黄土与古土壤的磁化率作为古气候的代用指标以后，人们得到了大陆沉积和深海沉积这两本秘笈的对比。随之而来问题是：黄土为什么和怎样能够记录全球性古气候变化的问题。黄土和古土壤是通过什么机制把全球气候变化记录下来的？安芷生提出黄土和古土壤分别代表古气候环境的冬季风盛行和夏季风盛行的模式对了解黄土与古土壤的形成和解译其环境秘密有着重要的理论意义。

当代气象观测告诉我们，中国的沙尘暴事件受西伯利亚高压的影响，与西北方向吹来的风有关；而黄土高原的降水则主要是受来自东南方向的夏季风的影响，同海水的温度和海洋与大陆之间的距离有关。

黄土高原的主要气候控制因素——冬季风和夏季风如实地把全球冰期和间冰期的气候状况传送到亚洲大陆内部形成黄土高原；而黄土高原的黄土和古土壤层则忠实地把区域性的和全球性的气候信息记录于自身的密码之中。

丁仲礼利用黄土和古土壤中粒径＜2微米／＞10微米（0.002毫米～0.010毫米）的颗粒含量的比值作为冬季风搬运尘颗粒的风力强弱的代用指标，讨论冰期和间冰期的环境的变化。他所得到的曲线，可以与深海沉积中同时期的氧同位素(δ[18]O)曲线进行对比，吻合情况较好（图2）。

宝鸡的黄土剖面有160多米厚，在260万年的时间内共有32次黄土与古土壤的配对。它们代表了32次由暖湿到冷干的变化。这一结果证明了大陆冰期和间冰期的多次性，丰富了以前认为大陆仅有四次冰期的理论。

在大陆上无论是何种冰川，气候变化对其的影响均表现为冰川和冰盖边缘的进退。一进一退，后者往往破坏了前者所保存的信息，所以在地球的大陆上几乎找不到冰川消长的完整物质记录，因而它的记录也很难与深海沉积所记录的冰期与间冰期的结果相比较；而反映气候变化的连续的黄土与古土壤层则弥补了冰川的这一缺陷。黄土高原这本“秘笈”不仅记录了冰期与间冰期这种万年尺度的气候变化，而且还能显示更为微细的千年尺度的气候变化。

郭正堂利用甘肃西峰镇和陕西长武黄土塬区的剖面黄土与古土壤中的析出铁Fe[,2]O和全铁Fe[,2]O[,3]代表的风化强度比值作为夏季风的代用指标。Fe[,2]O和Fe[,2]O[,3]比值的高低说明，夏季风强盛时期，由于温度和湿度的增加，其风化程度加大，在黄土形成时期则相对的风化强度减弱。这一代用指标较常用的以磁化率作为夏季风的代用指标有其优点，也可以与深海δ[18]O同位素研究的结果对比。说明其具有全球意义。

从20世纪80年代以磁化率作为气候的代用指标，到90年代以颗粒比值代表冬季风强度，以风化指数代表夏季风强度，中国黄土研究逐步跨入了多种代用指标并存的时代，亦即是用更多的方法解译黄土高原秘密的时代。这一工作为后来认识上新世红粘土为风成沉积开辟了新的途径。

附图

图2黄土粒度曲线与深海氧同位素曲线对比

（五）米兰柯维奇周期的启示——第5次破译密码

当前关于驱动第四纪冰期和间冰期古气候变化的学说以米兰柯维奇的天文周期假说较为普及。地球轨道偏心率、地轴倾角和岁差的周期性变化影响地球接受太阳辐射的总量和太阳能量在不同纬度和季节的分配。季节性的太阳光线在高纬度的变化，可以降低夏天的温度。假如夏天温度变凉，夏天的时间变短，则前一冬天的所积冰雪可以保持下来不被溶化。这样一个机制会导致冰川的增大，冰期的到来。轨道的变化在中纬度和高纬度会导致冷与暖的交替出现。Berger计算寒冷期的时间和第四纪冰川发展的冰期相吻合，所以他的结论是地球轨道的变化导致第四纪冰期的出现。

现代计算指出，仅是轨道变化本身不能导致冰川的前进或后退。轨道周期引起的地球系统的其他方面的变化则导致并增加这种变冷的情形；而这样一个相对较弱的初始的颤动可以被放大直到形成巨大的气候变化。有人研究认为，高纬度气候寒冷导致大面积森林消失，使太阳到达地球的能量被反射，导致地球变冷；冰川因而加大再反射更多的太阳能，致使冰期出现。

全球冰量的增加，特别是北极地区冰量的增加会导致西伯利亚高压的增强，这一增强可能会使得亚洲内陆干旱化加剧。黄土高原的形成可能更多地与此有关，而青藏高原的隆起也促进了干旱化的形成和黄土的沉积。

丁仲礼根据宝鸡黄土剖面研究了250万年来黄土与深海记录之间米兰柯维奇周期的比较，最近又详细而深入地对黄土高原中部和南部的宝鸡、灵台、蒲县、平凉、泾川五地的黄土粒度进行了大量的分析并发现，黄土与古土壤序列的变化自180万年以来，和深海的旋回几乎可以一一对比，并且都是在1百万～0.8百万年前以1.3万～4.1万年的周期为主；1百万～0.8百万年有一气候转型，此后以10万年周期为主。这一现象对黄土高原黄土—古土壤序列的形成机制来说可能是十分重要的。他认为这与全球冰量的变化有关。除大陆冰盖和海冰外，根据汪品先等对海岸带冰期时海水下降100米、暴露大片边缘海，增强了内陆干旱、半干旱区的干旱化。丁氏认为华北与北半球的气候变化的耦合是从1.8百万年前开始加强。

黄土高原这本“秘笈”可能和深海那本“秘笈”一样都有一个形成过程“简单”的特点，不像河流、湖泊沉积等形成过程复杂，因而对再造古气候历史比较有利。受米兰柯维奇周期理论的启发，人们对于2.6百万年来、特别是1.8百万年来气候波动的历史和形成这种波动的原因、驱动力已经有了很好的认识和发现。

（六）青藏高原让风吹干了亚洲大陆——第6次破译密码

郭正堂等通过对董志塬的黄土和黄土下的上新世红粘土以及甘肃秦安的中新世晚期古黄土与古土壤序列（即以前称为甘肃系的地层）的研究，认为亚洲内陆荒漠化起源于2200万年以前，由此到620万年之间为较稳定的干旱化和气候波动时期，形成了秦安的黄土。自620万年到500万年是一个干旱时期，500万年到360万年这段时间则是一个相对温暖湿润时期。360万年以后黄土高原粉尘沉积的速率表现为持续增长的趋势，到260万年这种再次增长加强，第四纪黄土大量沉积。

在这研究一阶段，以黄土作为干旱的象微的形成时间向前推进了，增长了近10倍。这在亚洲大陆是一个惊人的发现。

国内学者对中国干旱化历史的认识有两次大的突破。一次是在20世纪20年代，把亚洲干旱的历史由13万年放大到260万年；一次是90年代到现在，把干旱的历史放大到600万～800万年（上新世红粘土的重新认识为黄土），再由600万年又放大到2200万年。（秦安古黄土与古土壤层的发现），其结果有三：一是说明亚洲内陆干旱化发展的历史与全球冰量的增加有很大的可比性，表明大约自2200万年以来北半球冰量的发展也是亚洲内陆干旱化的一个重要驱动力。二是新的认识。对过去上新世红粘土层，即常说的三趾马红粘土，回归为风成黄土，或风尘沉积，对过去的中新世甘肃系（部分）回归为风成的黄土或风尘堆积。这样形成了自2200年来的一个陆地的“风尘堆积系”。大陆的“风尘堆积系”和深海中的深海沉积，构成的全方位的区域性对比，提示我们可能要重新认识新近纪(NEOCENE)或新第三纪亚洲大陆的历史。三是大面积古老风尘堆积的内因驱动力、干旱的发生发展和青藏高原的形成与发展的关系，可能导致以往研究的结果，如360万年的青藏高原的隆升等项研究的进一步深化，也提出新的问题：如何认识2200万年前开始的中国大陆北部的强烈的干旱化？与青藏高原的形成和隆起在时间和空间上的关系如何？这是一个今后应当考虑的问题。

2200万年以来的一段时间虽然在几十亿年的地质时间表中不是很长的一段，但和人类的存在的时间相比较还是相当长的，即使从600万年起来算也有好几倍。这种持续的风力和今天环境中的风力同是地质营力。

第6篇：黄土地质学范文

【关键词】地质灾害；易发性评价；防治措施

1.地质灾害现状

据调查，某县主要发育有滑坡、崩塌、不稳定斜坡、泥石流、地裂缝等5类地质灾害。截至2011年共查明地质灾害点500多处，包括滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、不稳定斜坡，多位于人类活动相对集中的城镇村庄、公路边坡附近。其中，地质灾害隐患点100多个，从危害程度来看，主要以威胁群众人身安全及财产。

2.地质灾害发育特征

受地貌类型、地形坡度、地层岩性、地质构造、水文地质条件和人类工程活动等因素影响，某县地质灾害主要沿河谷以带状分布。

发育特征:

某县地质灾害点密度为36．4处/100km2，主要发育于黄土丘陵沟壑区。

(1)滑坡。滑坡多发生于上更新统马兰组黄土(Q3m)和中更新统离石组黄土(Q2l)地层，受降雨和人类活动影响，主要发育在高度50～200m、坡度20°～40°的黄土斜坡的阴坡，以层厚10～30m、体积50万～500万m3的牵引式自然老滑坡为主。坡度和高度决定着斜坡的应力分布状态，斜坡不同部位的应力状态会随着坡度和高度的变化发生显著改变，最终在应力集中部位产生形变来释放应力。在黄土丘陵沟壑区，当斜坡坡度、高度增大时，坡脚应力集中，坡面应力卸荷范围扩大，从而形成牵引式滑坡。根据调查统计:高度50～200m、坡度20°～40°的黄土斜坡属滑坡高易发范围，在降雨、地震、坡脚侵蚀等作用下易发生滑坡灾害;坡度小于20°时斜坡应力分散，只有在人工扰动的情况下才会发生滑坡;坡度大于40°时，虽斜坡应力集中，但由于在黄土丘陵沟壑区坡度大于40°的自然斜坡数量少，所以发生滑坡的几率相对较小。滑坡在各个坡向均有发生，但相比阳坡，阴坡光照较少、土壤含水量较高、边坡稳定性较差，因此阴坡具有滑坡发生优势。

(2)崩塌。多为黄土崩塌，暴雨是主要诱因之一。崩塌多发育于高度20～100m、坡度大于50°的中更新统离石组黄土(Q2l)地层斜坡，受黄土垂直节理控制，多为体积1万m3以下的小型拉裂－倾倒式崩塌，部分岩质崩塌与筑路开挖基岩边坡有关。据调查:崩塌多发育于50°以上的斜坡，坡度越陡，在垂直节理的分割作用下形成的孤立土体(块状或柱状)越容易产生临空优势，坡度增加使应力集中并产生拉裂，在静水压力和重力等作用下沿土体底部产生倾倒破坏;在100m以下，特别是在高度20～50m范围内崩塌集中发生，主要是由于50°以上、100m以上的黄土斜坡在区内发育较少，且多经历了较长时间的风化和应力调整已趋于稳定，而50m以下的斜坡容易受水流侵蚀和人类活动影响形成陡坎，处于应力调整阶段，发生崩塌的概率较大;阳坡是崩塌发生的优势坡向，阳光照射使土壤含水量降低，加速了垂直节理的切割作用，增加了土体的风化进程。

(3)不稳定斜坡。集中于高度150m以下、人类活动影响强烈的黄土斜坡。不稳定斜坡坡度分布范围较广，这与斜坡变形演变趋势有关，调查表明，64%的斜坡有可能演变为崩塌，36%的斜坡有可能向滑坡发展，其发育兼具滑坡和崩塌的特征。

(4)泥石流。多发育在河沟两岸汇水面积大于2km2、流域相对高差大于150m、斜坡坡度20°～60°、主沟床比降0．09～0.40(纵坡5°～20°)、风化残坡积物比较发育的V形沟谷地区。

(5)地裂缝。主要发育于黄土台塬，由降雨诱发，多与黄土的自身特性有关。

3.地质灾害易发性评价

地质灾害易发性是指在一定的地质环境和人类工程活动条件下，地质灾害发生的可能性。借助MapGIS的空间分析功能将地质灾害分布和地貌类型、地形坡度、地层岩性、降水量、植被覆盖度等灾害发育影响因素图层进行网格剖分，并按照4级影响程度对评价指标进行分区赋值和图层叠加，利用指数加权法对各评价指标的单因素指数值的权重系数进行加权，求取综合指数，最后按高、中、低和不易发4个等级进行某县地质灾害易发程度分区。各分区土地面积和灾害点数量见表1。

表1地质灾害易发程度分区统计

4.地质灾害防治区划与防治建议

4．1防治区划

根据某县地质灾害点的分布、发育、规模、稳定性、危险性等特征，以地质灾害易发性分区结果为基础，结合现有社会经济实体和发展规划，在MapGIS平台下进行地质灾害防治区划，分为重点、次重点和一般三级防治区。

4．2防治措施

该县地质灾害的发生发展与黄土本身的脆弱性、坡脚侵蚀、降雨和人类活动密切相关，根据其发育现状，提出以下防治建议:①地质灾害重点防治区应以个别搬迁与选择性工程治理相结合，次重点防治区以专业监测和搬迁避让为主，一般防治区以群测群防为主;②人类工程活动对地质灾害的发生发展有加剧作用，在黄土斜坡前缘开挖卸载和后缘加载都有可能导致斜坡应力集中、稳定性破坏，因此在黄土丘陵沟壑区开展工程活动时应严格执行工程建设地质灾害危险性评估、预审、报批制度，避免在斜坡上乱挖滥建;③在人居密集、灾害多发的地区，应注重地表宏观变形巡查，对出现的裂缝及时进行填埋和夯实处理，及时清除被垂直节理切割为板状、柱状的孤立黄土体以及斜坡上小规模的不稳定土体，以排除隐患;④暴雨是黄土滑坡和崩塌的主要诱因，雨水沿黄土垂直节理裂隙入渗可加速地质灾害的发生，做好黄土斜坡坡面排水对灾害的发生和发展能起到预防作用;⑤根据某县地质灾害易发程度分区和地质灾害防治区划，结合当地防灾减灾工作完善地质灾害信息预警体系，加强地质灾害信息化管理。

5.结语

(1)某县地质灾害主要为黄土滑坡、不稳定斜坡等，地层岩性、坡向、坡度、高度决定其分布密度，降雨和人类活动是主要诱因，灾害发生时间与降雨周期性同步。

(2)地质灾害的发生受地貌类型、地形坡度、地层岩性、降水量、植被覆盖度、人类活动等因素影响，基于MapGIS平台对某县地质灾害进行易发性分区评价和地质灾害防治区划，为当地地质灾害防治与规划提供科学依据和指导。

(3)通过对某县地质灾害的详细调查研究，查明了地质灾害的发育现状，提出了有针对性的防治建议，如长期开展以防为主、搬迁与治理相结合，实施有效的黄土斜坡地表水排导和科学适度的人类活动可以缓减地质灾害的发生等。　[科]

【参考文献】

［1］黄玉华.陕北“对滑”型黄土滑坡发育特征及其整治对策探讨——以子长县阎家沟滑坡为例[J].西北地震学报,2009.

第7篇：黄土地质学范文

[关键词] 黑方台 黄土滑坡群 灌溉水流量

[中图分类号] P642.22 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-9-212-2

1前言

黄土是水敏性极强的土体。在灌溉水入渗作用下，黄土由非饱和变为饱和，超孔隙水压力上升，并在自重、地脉动、地震等因素作用下导致黄土液化，诱发高速黄土滑坡，是一种被普遍接受的灌溉渗透诱发型黄土滑坡发生机理[1-3]。Sassa[4]在一系列环剪试验基础上提出了考虑孔隙水压的三维滑坡运动模型，并写成了有限差分程序，非常适用于滑动面发生液化的滑坡运动学研究。据统计，自1981年到1999年19年间，黑方台灌区每年的平均提水量是645 X 104m3，如此大量的泉水，在没有侧向径流补给的条件下，其补给来源只能是大量灌溉水的回渗。因此，长期的大水漫灌是引起黑方台边坡失稳、反复发生滑坡的最主要的诱发因素。

2研究区概况

黑方台位于甘肃省永靖县境内，是盐锅峡水库北岸的黄河四级阶地，台面分为“黑台”和“方台”两部分，总面积为13.44km2[5]。为安置刘家峡等库区的移民，20世纪60年代在黑方台建成提水灌溉工程，大面积地开始灌溉。自1984年以来台缘已发生滑坡灾害50余次。随着滑坡的规模和频率的增加，黑方台已成为今年来甘肃省滑坡灾害最为严重和频繁的地方。目前黑方台灌区的滑坡灾害已造成了4人受伤。7人死亡，109户居民被迫搬迁，66.7hm2农田被毁，直接的经济损失达2000多万元[6]。

2.1研究区地貌

该区的新构造运动以差异性上升为主要特征，其结果使白垩系地层强烈倾斜，局部褶皱构造发育。受构造运动的影响，下白垩统河口群上段的砂泥岩地层中节理比较发育。由于黄河的侵蚀，形成了多级阶地地貌，黑方台即为黄河的Ⅳ级基座阶地。

2.2研究区地质

处于我国南北大地震带中。从台缘地层看，第四级阶地形成前，曾发生长期掀斜运动，使白至系红色砂岩高角度倾斜，局部褶皱构造也十分发育，第四级阶地形成期间或以后的构造运动使阶地均匀抬升，黄河的砾石层和后期的冲积黄土层均保持着水平层。

2.3研究区地层

黑方台的地层组合特征是：台塬上部是厚22-43.6m的上更新统风积黄土，其质地均一，结构疏松，垂直节理发育，为粉土；黄土的下部是厚度4.00-17.10m的上更新统冲积成因的粉质粘土，可见水平层理，结构较致密，为弱透水层；粉质粘土层的下部是4-7.4m厚的卵砾石层，最下部为下白垩纪河口群上段的砂泥岩，成单斜状，倾向与坡向一致。

2.4研究区水文

该区年平均降水量316mm，除暴雨时在台地边缘地带产生径流，沿台缘冲沟泄流外，在细雨情况下很少产生地表径流，几乎全部雨水渗入地下。包括农田灌溉水，年平均下渗的水量约为3500万m3。

3研究区黄土滑坡分布情况

根据滑坡的物质组成，可将黑方台的滑坡划分为黄土滑坡和黄土-基岩滑坡两种类型，这两种滑坡大致以野狐沟为界，野狐沟至湟水桥一带边坡多发育黄土滑坡，而野狐沟至虎狼沟沟口一带边坡多发生黄土连同下伏基岩的一起滑动。

3.1黄土滑坡分布

黄土滑坡主要集中在野狐沟以东的焦家崖头、焦家村一带以及陈家村以北的磨石沟。黑方台边坡共发育有21处黄土滑坡，滑坡总体积约1304.7X104m3，其中焦家村2.8km长的边坡地带是工作区滑坡数量最多、滑坡密度最大、危害最大的地带，共发育有14处黄土滑坡，总体积为1225.66 X104，占研究区黄土滑坡总体积的94%.按滑坡所处地区将这些黄土滑坡分为磨石沟滑坡MH（MH1、MH2、MH3）、焦家滑坡JH（JH2-JH16）、野狐沟滑坡YH（YH2、YH3）、党川滑坡DH（DH1）和方台滑坡FH（FH3）等五个滑坡群。

3.2黄土-基岩滑坡分布

黄土-基岩滑坡主要集中在野狐沟至虎狼沟沟口一带，边坡多发生黄土连同下伏基岩的一起滑动。黑方台边坡共发育14处，滑坡总体积约3300.9X104m3.按滑坡所处地区将这些黄土-基岩滑坡可以分为焦家滑坡JH（JH1、JH3、JH4）、黄茨滑坡HH（HH1、HH2）、苹牲滑坡PH（PH）、党川滑坡DH（DH2）、方台滑坡FH（FH1、FH2）以及水管所滑坡SH（SH、SH1、SH2）等六个滑坡群。其中黄茨滑坡、苹牲滑坡以及水管所滑坡规模巨大，破坏性强。

4泉水出露情况统计及滑坡群与泉水流量关系分析

4.1泉水出露情况统计

野外调查得出黑方台台塬周侧共有泉水出露点50处，其中方台出露点有16处，黑台出露点有34处，地下水排泄总流量为27264.7ml/s.

黑台台塬周侧地下水排泄总流量为23257ml/s，方台台塬周侧地下水排泄总流量为4007.7ml/s.可以看出，黑台地下水排泄量是方台排泄量的5倍多。而且黑台野狐沟以东至磨石沟泉水露点为20处，总流速为19898ml/s，占黑台泉水总流速的85.6%，是地下水的主要排泄区。

4.2滑坡群与泉水流量关系分析

结合野外调查统计得出泉水出露情况和研究区已发生的滑坡群的规模（见表1），可以看出滑坡与泉水出露点的流量关系密切。黄土滑坡中焦家滑坡群的泉水流量大，从黄土中流出的泉水都很混浊，因此可以判定为滑体不稳定。通过实地的考察发现，最近一次大规模滑坡正是发生在此处，致使道路封锁数天，危害严重；黄土-基岩滑坡中水管所滑坡的规模是最大的，且泉水流量也是最大的。

黄土滑坡的滑坡总体积比黄土-基岩的小很多，而其出露泉水总量确非常大。我们可以认为黄土-基岩发生滑坡之后滑体比较稳定。

4.3无滑坡发生段分析

观察泉水的分布可以发现，除滑坡群地段有大量泉水出露外，磨石沟、虎狼沟和方台西南侧的沟谷处也有大量泉水涌出。这说明台顶灌溉水流集中汇流于此。由于这些地方无人居住，就算发生大规模滑坡也不会造成巨大的损失，因此可以考虑修建排水工程，如截水沟、排水沟等将多余的灌溉水汇集于沟谷处，减少台地南面滑坡的发生。

5小结

从调查结果分析中明显可以看出灌溉水的分布和流量的大小，对黄土滑坡的发生有非常大的影响。因此在以后的滑坡防治中，应该多注重水对滑坡的影响。

参考文献

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第8篇：黄土地质学范文

[关键词]地黄； 多元组学； 连作障碍； 分子机制； 栽培药用植物

[Abstract]Although consecutive monoculture problems have been studied for many years， no effective treatments are currently available. The complexity of systems triggered the formation of consecutive monoculture problems was one major cause. This paper elaborated the physiological and ecological mechanisms of consecutive monoculture problem formation based on the interaction relationship among multiple factors presented in the rhizosphere soil of consecutive monoculture plants. At same time， in this paper the multiple interactions among cultivated medicinal plants， autotoxic allelochemicals and rhizosphere microbial were proposed to be most important causes that derived the formation of consecutive monoculture problem. The paper also highlighted the advantage of 'omics' technologies integrating plant functional genomics and metabolomics as well as microbial macro-omics in understanding the multiple factor interaction under a particular ecological environment. Additionally， taking R. glutinosa as an example， the paper reviewed the molecular mechanism for the formation of R. glutinosa consecutive monoculture problem from the perspective of the accumulation of allelopathic autotoxins， the rhizosphere microecology catastrophe and theresponding of consecutive monoculture plants. Simultaneously， the roles of mutilple 'omics' technologies in comprehending these formation mechanism were described in detail. This paper provides finally a new insight to solve systematically the mechanism of consecutive monoculture problem formation on molecular level.

[Key words]Rehmannia glutinosa； mutil-omics； consecutive monoculture problem； molecular mechanisms； cultivated medicinal plants

S着现代中药农业的发展，药用植物大面积单一化连续种植，导致中药材产量降低、品质变劣、生长状况变差、病虫害加重等连作障碍现象日趋严重[1-2]。连作障碍现象在我国农业生产中普遍存在，在药用植物上表现尤为突出。据统计，约占70%以上的根（根茎）类药材人工种植时均存在不同程度的连作障碍，如人参、三七、地黄、黄连和当归等[3-5]。由于许多药农对连作障碍缺乏科学的认识，盲目加大农药和肥料的使用，以期防治病虫害和提高产量，致使生产成本大幅增加、农药残留超标、药材品质下降，严重制约了药用资源的可持续利用和区域经济的发展。同时，连作导致中药农业生境破坏、生物多样性下降、生态位变窄，过度使用的农药、化肥又加剧了农田生态系统的恶化，中药资源可持续发展受到空前严重的威胁和巨大的挑战。因此，连作障碍问题的研究已成为制约中药资源可持续利用和影响中医药行业健康发展的战略性课题，也是当前中药资源生态学迫切需要解决的重要内容，成为国内外同行研究的热点。

1 栽培植物连作障碍形成的生理生态机制

1.1 连作障碍的形成与化感自毒作用 目前关于栽培药用植物连作障碍的研究虽有大量的报道，但对其形成机制仍处于探索之中。越来越多的研究表明，栽培植物根际自毒物质的持续性积累及其所引发的根际灾变可能是造成连作障碍的主导因素[6-9]。植物在正常的生命活动过程中，会通过自身分泌、茎叶淋溶及残体分解等方式向环境不断释放一些影响其他植物生长的次生代谢物质，这些次生代谢物质在土壤中持续累积，对植物本身也产生毒害作用，即化感自毒作用（allelopathic autotoxicity），这些分泌物则被称为自毒化感物质（autotoxic allelochemicals）[6]。植物中所发现的自毒化感物质主要来源于有机酸、醛类芳香酸、香豆素、醌类、生物碱和类萜等植物次生代谢产物，其中酚类和类萜类化合物是高等植物的主要化感物质。任何植物都不可能只产生一种或几种化感物质，植物化感作用往往是众多化感物质相互作用的结果。植物所生成化感物质不论种类多少，其化感作用强弱通常与其对应浓度呈正相关，表现出“低促、高抑”现象[6，10]。比如：在地黄栽培实践中，只有完整种植地黄一年的地块才会对再植地黄产生强烈的伤害现象。此外，连作伤害的发生与植物所处的生长发育状态也存在着较为密切的关系。比如连作地黄伤害的关键期往往发生在拉线期前期（幼苗后期）[11]，生产中常会采用育苗移栽的方法跳过此敏感期，来减缓连作伤害。

1.2 化感自毒作用与根际生态灾变机制 栽培植物根际土壤是一个有生命的、动态的多元世界，聚居着细菌、放线菌、真菌、藻、原生动物和病毒，它们对土壤肥力的形成、植物营养的转化起着极其重要的作用。在药用植物连作后，根际化感物质却介导了土壤微生物的趋化过程，选择性的吸引了病原微生物在根面、根际定殖和扩繁，营养分配不均导致根际微生物趋化失衡，降低了原本根际微生物多样性，导致有益微生物减少，恶臭假单胞菌、河生肠杆菌、多形屈挠杆菌等有害微生物大量滋生，引起了根际微生物群体从“细菌型”向“真菌型”的不利转变。由于大量真菌病原物侵染植物根部，导致其碳水化合物、氨基酸、蛋白质、脂类和核酸等物质代谢的改变，使根的分泌作用加强[12-13]。根际化感物质除了可以诱导根际微生物的群体失衡外，有研究也认为萜类化感物质能够抑制细胞ATP 形成和植物生长、干扰线粒体发挥正常功能、阻碍植物对矿物质的吸收、引发膜过氧化毁坏细胞膜结构[6]。由于化感物质对细胞膜的具有较强损伤性作用，往往会导致细胞内含物不断外泄，加速了土壤内化感物积累，反作用于根际微生物群落加重根际灾难，造成恶性循环[14]。由于遭受自毒化感物质伤害作用和根际土中大量微生物病菌不断增值的“双重攻击”，连作植物最终不堪重负、逐渐衰弱。

生态系统的调控过程是相互促进（相生）或相互抑制（相克）的协调过程。连作障碍形成及加重发生的原因不是单一或孤立的，而是“栽培植物-土壤-微生物”系统内多种因素综合作用的结果，其主要根源在自毒物质诱导下的根际微生态失衡[5]。因此，连作障碍形成涉及到复杂的多元系统，包含大量未知化感物质、微生物群体和植物的复杂响应。虽然连作障碍的研究已经经历多年的历史，但对于连作障碍的形成机制仍然缺乏统一的定论，其根本的原因就在于系统的复杂性和缺乏相应的解读工具。近年来，随着宏基因组学和功能基因组学高通量测序技术的快速发展，高效、批量鉴定特定环境中微生物整体构成和监视特定生理状态下植物基因、蛋白和代谢物的变化已经成为现实。因此，有效的组合功能基因组学和宏组学能够显著弥补目前连作障碍研究中的不足，有效实现连作障碍复杂体系中多元因子的动态解析。

2 功能基因M学和微生物宏组学

2.1 植物功能基因组学 功能基因组学是指利用基因组学提供的信息作为基础，进一步深入研究基因转录为信使RNA的方式、编辑并指导蛋白质合成的机制（转录组学，transcriptomics）、蛋白质表达及其活动规律（蛋白质组学，proteomics）、DNA序列不发生改变的表观遗传调控（表观组学，epigenetics）以及它们如何影响那些控制细胞生物化学和代谢的化学物质（代谢组学，metabolomics）。功能基因组学更多的应用高通量、大规模的实验方法，结合统计科学和计算机分析来探索基因、表观修饰、蛋白质和代谢产物的规律，并最终阐释基因组信息和表型性状之间关联性的学科[15]。

转录组学是一门在整体水平上研究细胞中所有基因转录及转录调控规律的科学。它能提供基因组转录出来的全部RNA信息的总和，是研究细胞表型和功能的一个重要手段。随着科学研究的不断深入，多种新技术和方法已成功应用于转录组学的研究，比如：表达序列标签（expressed sequence tag， EST）、cDNA-AFLP（amplified fragment length polymorphism）、抑制性消减杂交（suppression subtractive hybridization，SSH）、基因芯片（gene chip）、新一代转录组测序技术（RNA-sequencing，RNA-Seq）等。值得一提的是，RNA-Seq测序技术省去了传统测序方法中从构建文库到获取序列信息的繁琐过程，可以在较短的时间内获取大量数据信息，其测序量达到传统Sanger测序法的几百到几千倍，而测序的成本仅为传统技术的几十分之一。

蛋白组学则是以该细胞或组织内全部的蛋白或肽段作为研究对象，以更接近基因表达的实际生理功能的角度去阐述多个基因的作用方式。过去对蛋白的分析基本上集中在单一蛋白研究，在蛋白组学的概念提出以后，相关技术的快速进步使大规模、同时间分析多个肽段序列已经成为现实，突破了转录组学的研究限制，是对基因组学的广泛延伸。目前蛋白组学中的常见鉴定和分析技术有：双向电泳技术（two-dimensional electrophoresis，2D-PAGE）、荧光染色技术（two-dimensional fluorescence difference in gel electrophoresis，2D-DIGE）、iTRAQ技术（isobaric tags for relative and absolute quantitation）。iTRAQ技术与传统蛋白鉴定和定量技术相比，已经实现了批量蛋白鉴定功能，最多可同时对8组样品的蛋白进行标记，并进行绝对和相对定量分析，效率和精准度都得到了空前提高。

代谢组学旨在研究生物体或组织甚至单个细胞的全部小分子代谢物成分及其动态变化。它反映的是生物体在受到外界刺激或经遗传修饰的细胞或组织所产生的代谢响应变化。最早提出的“代谢物组”（metabolome）是指某一生物或细胞所产生的所有代谢物，之后发展成为代谢组学。代谢组的分离和鉴定技术有：气相色谱-质谱联用（gas chromatography with mass spectrometer，GC-MS）、液相色谱-质谱联用（liquid chromatography with mass spectrometer，LC-MS）及毛细管电泳-质谱联用（capillary electrophoresis coupled mass spectrometer，CE-MS）、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、傅里叶变换-红外光谱（fourier transform infrared，FTIR）、飞行时间质谱（time of flight，TOF）等。通过不同代谢组学技术之间的合理搭配和使用能够精准地对植物体或环境中的代谢物进行分析。植物的药用活性成分和化感自毒物质均来自于植物的代谢物，因此代谢组学对于连作植物化感物质的鉴定和解读具有重要的意义。

携带遗传信息的DNA转录为mRNA，再到翻译成有功能的蛋白，进而决定生物的表型性状，构成了遗传学“中心法则”的经典内容。然而在生命活动过程中，生物的遗传性状并不是完全由DNA序列变化所决定。在不改变DNA序列的前提下，基因的表_却发生了可遗传的改变，造成可遗传的表型变化，被称为表观遗传。表观遗传学是通过 DNA 甲基化、组蛋白共价修饰、染色体重塑和非编码 RNA 调控等方式使特定基因的表达发生改变，而不改变其本身的遗传信息，并且这种改变能在有丝分裂和减数分裂过程中稳定遗传，从而调控特定的生物学过程。目前有大量的方法可用来研究植物的表观遗传学规律，比如DNA甲基化的研究方法有：甲基化敏感扩增多态性（methylation sensitive amplification polymorphism，MSAP）法和以免疫学为基础的甲基化DNA 免疫共沉淀（methylated DNA immuno precipitation，MeDIP or mDIP），而非编码RNAs的表观调控主要通过高通量测序和生物信息学等技术。

2.2 微生物宏功能组学 植物功能基因组学解释的是植物某一个或一类性状背后的遗传决定机制，而宏基因组学则针对是一类生物，特别是环境中的微生物群落整体的功能特性。宏基因组学研究主要分成2个层面，一是对特定环境中全部微生物的总DNA进行深度测序，分析该生境中微生物的组成与相关功能；二是根据rDNA或目标基因上特定片段进行大规模测序，通过系统分析获得该环境中微生物的遗传多样性和分子生态学信息。直接对土壤宏基因组测序的报道较少，主要是由于物种序列复杂程度较高造成拼接困难，目前主要通过高通量技术测定群体微生物16S rDNA 信息来判定群体中微生物多样性。因此，宏基因组测序主要包括宏基因组文库的构建和宏基因组文库进行分析和筛选。除了高通量测序技术测定微生物文库外，16S rRNA宏基因组文库的分析还包括：变性梯度凝胶电泳（temperature gradient gel electrophoresis， DGGE）、限制片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，RFLP）、末端标记限制片段多态性（terminal restriction fragment length polymorphism，T-RFLP）、单链构像多态性分析（single-strand conformation polymorphism，SSCP）技术等。尽管宏基因组学研究提供了很多有价值的数据，但如果不对特定条件的蛋白表达进行研究，人们就不能彻底对环境微生物生态进行分析。因此，宏蛋白组学和宏转录组学应运而生。根际宏组学更多是包含微生物在内的多个物种群体在某一特定环境、特定时期全部基因组转录情况。因此，宏基因组学和宏蛋白组学进一步拓展和延伸了宏基因组学的内涵，探索了微生物群落的基因表达与调控，为揭示微生物群落功能的直接表征奠定基础[16]。

3 多组学在地黄连作障碍形成机制中的运用

地黄Rehmannia glutinosa L.是玄参科多年生草本植物，以块根入药，是我国传统的大宗道地药材，现已广泛栽培。然而，地黄连作障碍问题表现尤为突出，连作地黄生长不良，块根不能正常膨大，病虫害加剧，产量和品质明显下降，甚至绝收，而且头茬地黄收获后须隔8～10年后方可再种。地黄连作障碍仅只伤害其自身，而对其他植物（禾本科、豆科等）却影响不大，如地黄的茬口对下茬的作物如小麦、玉米、牛膝等。由此可见地黄连作障碍具有明显的针对性，并不具备“普遍性”。正是由于地黄的连作障碍表现出严重性、特异性和持续性的典型特点，使其成为研究作物连作障碍形成机制的优异实验材料。目前，地黄连作障碍形成的机理轮廓已经基本清晰，如何让这个轮廓更加精细，需要结合不同组学对连作障碍中的每个环节进行一一鉴定。在地黄连作障碍的形成机制研究中，本课题组中已经通过各种组学技术的有效结合对连作形成关键的环节进行了详细的解读。

3.1 地黄根际自毒化感物质鉴定与代谢组学 目前，课题组已经利用GC-MS，HPLC等代谢组学技术详细探究了连作地黄土壤中化感物质的作用部分、种类及分泌和释放的规律。比如：李振方等用水浸提和“石油醚-氯仿-乙酸乙酯-甲醇”联合分步、分部位提取地黄根区潜在的化感物质，通过生物测试发现水、甲醇提取物有显著的化感效应[17]。陈枫等以

70%甲醇提取地黄茬后根际土壤，并用石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇分步萃取获取不同极性的部位，种子发芽和田间盆栽试验表明正丁醇和水部提取物具有明显的化感效应，并且正丁醇部对盆栽地黄块根的生长抑制作用显著超过水部[18]。为了更精确的鉴定连作地黄土壤中的化感自毒物质种类及分布，朱广军等采用GC-MS 对通过吸附树脂所获取的地黄根区土壤浸提液进行物质种类鉴定，发现在地黄根区土壤中存在有机酸、醇、酚、醛、酚酸等有机化合物，且地黄根区土壤种类远多于对照土壤[19]。郝群辉等采用GC-MS鉴定地黄根际土壤水提物，发现12种地黄根际特异化感物质，其中，有超过一半属于酚类物质[20]。李振方等用GS-MS方法从地黄的须根中鉴定得到32个代谢物，选择9个复合物进行化感活性测定，发现其中7个酚酸物质有显著化感活性[21]。郜峰等以砂粒为基质培养地黄苗，用XAD-4柱的循环收集系统即时吸附根系分泌物，通过GC-MS鉴定收集液成分，结果在分泌物中获取3，5 -二叔丁基-4-羟基苯甲酸和阿魏酸2种丰度较高的化感物质[22]。

自毒化感物质存在于根际土壤中，那么根际土壤中的自毒物质辐射范围到底有多大，如何界定等目前并没有明确的定论。为了精确界定地黄土壤中自毒化感物质的分布范围，课题组通过生物测试比较了地黄不同根区土壤浸提液对自身种子生长的影响。结果发现距离地黄块根越近，地黄种子胚根生长受抑制的作用越大，当距离超过20 cm时地黄种子胚根的生长不被抑制。同时，通过GC-MS技术对不同根区甲醇和正戊烷土壤浸提液进行鉴定，发现地黄种植后距离块根20 cm范围内的土壤中新增了20种物质，且这些物质不存在于圈外及未种植过地黄的土壤中，其中，茉莉酮酸甲酯、1，2-亚甲二氧基-4，7二甲氧基-5-苯甲醛、7，10，13-十六碳三烯醛、9-十六碳烯酸和棕榈油酸等已被报道具有较强的化感活性。因此，通过上述的研究可以初步的判定地黄根际化感物质分泌范围大约为20 cm[24]。连作地黄根际土壤中积累了大量的化感自毒物质会对地黄造成严重的伤害效应，但这种效应能够维持多久，换句话说，含有一定含量自毒化感物质的土壤，需要多长时间的自然消减才能种植地黄。为确证酚酸类化感物质在土壤中的存在和变化状态，杜家方等采用HPLC检测2，4，6，8年前种植过地黄的土壤中与化感现象密切相关的5种酚酸（阿魏酸、对羟基苯甲酸、香草酸、香豆酸和丁香酸）的含量。结果发现土壤中5种酚酸的含量依次降低，说明随着连作土间隔年限的延长，土壤中的化感物质可以消减到一个较低的浓度[25]。

3.2 地黄根际微生物群落鉴定与宏基因组学 目前，课题组已经利用T-RFLP，DGGE及宏蛋白M学等方法对连作地黄根际微生态环境进行详细的研究。张重义等利用T-RFLP技术研究了连作地黄根际土壤中细菌群落的动态变化，发现连作地黄土壤中细菌优势种群的比例显著下降，致病菌群的比例显著上升[26]。吴林坤等通过T-RFLP和PLFA（phospholipid-derived fatty acids）技术分析了野生地黄头茬、连作和原茬土壤及未种植任何作物土壤根际微生物的群落结构，发现连作地黄土壤微生物总量显著降低，细菌/真菌比例下降，大量病原菌迅速滋生[27]。张宝等利用DGGE对地黄不同根际区间土壤的微生物群体进行分析，发现地黄连作会引起土壤根际、根外土壤细菌数量减少；进一步利用DGGE分析头茬和连作地黄生长过程中根际微生物变化，发现随着地黄发育进程推进，根区土壤细菌数量大幅降低，而木霉黄、曲霉等真菌数量显著增加[24]。土壤是一个极其复杂的“黑匣子”，若仅从土壤微生物、植株体自身等某一个侧面进行探讨，很难真正反映连作障碍的成因，但应用土壤蛋白质组学研究根际生物体间的互作，则直接可以从土壤系统功能的水平上，揭示土壤中各生物体间以及生物体与环境间的相互作用，从分子水平揭示地黄根际微生态系统中根系分泌物、土壤微生物、植物间的互作关系。为此，课题组通过2-DE和MALDI TOF-TOF MS质谱相结合的方法，在根际土壤鉴定了103个蛋白，其中33个在连作一年或两年根际土壤出现显著表达变化，这些蛋白来源植物或微生物，广泛的参与蛋白、核酸的次级代谢、信号转导、胁迫响应及根际土壤生态系统C，N的循环。此外，参与酚酸代谢的苯丙氨酸解氨酶在连作中上调表达，这与随着连作年限增加土壤总酚酸含量增加的结果相一致[28]。

通过上述分析可以发现连作地黄所分泌的自毒物质显著诱导了土壤微生物群体改变，打破了土壤原有微生物群落平衡，导致大量病原真菌迅速增殖，破坏地黄的生理代谢进程，使植株生长受到严重抑制，甚至死亡，这也更加证实了地黄所分泌的化感自毒物质与连作根际微生物互作关系是加重连作障碍发生的重要原因。为进一步理解根际土壤生态系统中微生物和植物间的互作关系，本课题组基于宏蛋白质组学、宏基因组学的分析结果，将研究重点集中于锁定的有益菌和病原菌，通过微生物可培养法与qRT-PCR技术对锁定的特异关键微生物类群数量变化进行分析，同时借助构建的组培苗体系，通过室内模拟连作环境来进一步研究根系分泌物介导下微生物-微生物、植物-微生物之间的互作关系。结果发现模拟根际土壤中各酚酸配比的混合酚酸能够显著促进病原菌尖孢镰刀菌的菌丝生长、孢子产生以及DON毒素的产生，尤其是香草酸和阿魏酸的促进效果最强，相反，该混合酚酸能够显著抑制有益拮抗菌假单胞菌W12的生长，其中香草酸和阿魏酸的抑制效果刚好最强，而它们也是地黄根际土壤中含量较高的2类酚酸。可见地黄根系分泌物中的主要化感物质对土壤微生物类群具有选择塑造作用，能够选择性促进或抑制某些特异微生物的生长[29]。

3.3 植物功能基因组学与连作地黄分子响应机制 随着土壤化感物质的逐渐增多和微生物群落失衡，连作地黄所处生长环境愈加恶化，面对恶化的环境，连作地黄的生长发育受到严重抑制。然而，面对连作土壤恶劣的环境时，植物是如何感知、响应进而呈现出伤害症状的呢？为了深入解读连作对地黄的分子伤害机制，课题组利用SSH技术构建了头茬与连作地黄消减cDNA文库，鉴定了部分连作响应的特异表达基因；利用高通量测序技术构建了地黄转录组文库及头茬与连作地黄根部、叶片差异基因表达谱，初步筛选了响应连作地黄的差异表达基因。通过对上述不同文库差异表达基因的分析，课题组提出连作障碍感知、响应和发生过程中的几个关键性决定事件，即：钙信号转导，乙烯产生和组蛋白修饰[30-32]。目前，课题组通过不同实验方法已初步验证了钙信号和乙烯在连作中的重要性[33-36]。就地黄本身而言，连作伤害可能来自2个层次：一是自毒物质的直接伤害；二是微生物失衡所致的间接伤害。因此，连作伤害发生过程中一些关键分子事件很可能是连作根际土壤中多元生物或非生物胁迫复合作用的结果。近年来，化感物质对植物伤害的分子机制在不同作物中也取得了一定进展，如Chi等通过RNA-Seq和基因芯片方法研究了自毒物质胡桃醌和阿魏酸胁迫下水稻的响应机制，发现2种自毒物质均能激活水稻体内钙信号和乙烯信号途径[37-38]。此外，课题组也发现连作伤害进程与异生素（xenobiotics）对植物伤害机制模式基本类似[39]，侧面表明了生物应对不同生物胁迫或非生物胁迫可能存在着相似的响应机制。与转录组学相比，蛋白变化更能真实反映出植物面对胁迫时细胞内真实响应状态，为了从蛋白层面上研究地黄在面对连作胁迫时的响应机制，课题组利用2-DE技术对头茬和连作地黄叶片进行差异蛋白分析鉴定到290个显著差异表达蛋白，其中，与光合作用、能量合成、细胞分裂及代谢相关的蛋白在连作地黄中显著下调，而与抗病相关的蛋白在连作中显著上调。表明连作地黄的光合作用受到显著抑制，细胞分裂和细胞代谢受到显著干扰，抗病性显著减弱[8]。同时，课题组进一步利用2-DE技术分析头、重茬地黄块根蛋白表达谱，发现与块根重要生理代谢过程和主要成分合成相关的蛋白在连作地黄中下调；与胁迫响应、抵御相关的蛋白在连作均上调，表明连作胁迫可导致地黄蛋白表达紊乱，植株生理代谢过程异常，碳水化合物和能量代谢缓慢，产生连作障碍效应[40]。

在植物面对逆境胁迫时，基因的表达与否受到组蛋白甲基化、乙酰化等大量表观修饰的调控。连作作为一种特殊的环境胁迫，必然会引起连作地黄体内复杂的表观修饰变化。Yang等利用MSAP技术分析了连作地黄根细胞基因组的胞嘧啶甲基化状态的变化，通过比较头茬与连作地黄中的592个DNA甲基化多态性片段，发现连作引起了根细胞DNA甲基化位点增加，其中，甲基化修饰的基因主要有MYB转录因子、反转座子、植物色素B等与基因表达和植物正常生长发育相关的基因，这些基因被甲基化后DNA的空间结构发生改变而无法正常转录，致使地黄体内正常基因的表达程序出现紊乱[41]。基因能否转录为蛋白发挥正常功能，需要经历转录后剪切、修饰等复杂调控过程，而 miRNAs在这个过程中起着重要作用。Yang等通过头、重茬地黄sRNA差异表达谱分析获取了大量显著差异表达miRNAs信息，利用降解组测序对差异miRNAs靶基因进行鉴定发现地黄miRNAs参与了连作地黄转录调节、激素代谢、信号传导、逆境响应等核心的生物学过程[42-43]。从以上现有的转录组，蛋白组和miRNAs组等结果说明地黄在不同水平上均受到了连作胁迫的影响。其影响的最终结果造成地黄生长发育的错乱，表现出连作障碍效应。

4 展望

地黄连作障碍形成机制研究带来了许多新的启示，连作障碍的形成绝非某一个或某几类因素所决定的。连作障碍的形成涉及从栽培植物―土壤微生物―再到植物复杂互作和响应体系，而这种多元互作体系却在土壤“暗箱”内上演。正是由于连作障碍形成因素的复杂性和隐蔽性给研究带来重重困难。随着多学科的相互交叉和大量研究工作投入，目前研究组基本上把住了地黄连作障碍形成的脉络，即自毒化感物质及其所诱发的次生灾变机制是连作障碍形成基本原因。然而，由于化感物质类种类繁多、根际微生态复杂性和植物响应多边性，很难用常规的方法去解释连作障碍形成机制。这种系统的复杂程度，很难用一个或若干个因素去阐明。就如同很难用质量性状的遗传分离规律去解释数量性状一样，连作犹如一个遗传复杂的数量性状，所呈现出的症状是外界复杂的环境因子和内部众多的响应基因综合作用结果。过去用单一生理生化方法对连作现象的解释很容易坠入“管中窥豹”的结果。所谓“解铃还须系铃人”，由于连作障碍是多系统之间的互作使然，应该整合多元组学并用系统的思维或方式去寻找B作复杂因素背后真实规律。近年来随着多元组学和系统生物学算法的进步，为以后从多角度、多层次、整体性的去解读连作障碍的形成机制提供了重要的工具。相信随着不同组学通量和鉴定精度的不断提高，发现和最终确证连作障碍形成分子机制也近在咫尺。

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第9篇：黄土地质学范文

关键词：黄土湿陷性；湿陷压力；附加压力；饱和自重压力

中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号：

1前言

三门峡位于河南省西部，豫、晋、陕三省交汇地带，属于中国黄土的工程地质分区的Ⅲ区—关中地区。现行黄土规范规定的湿陷系数的浸水压力：当基底压力小于300kPa时，基底下10m以内用200kPa，10m以下用饱和自重应力（当大于300kPa时，仍用300kPa）[1]。虽有其局限性，主要是为减少勘察试验工作量，以及由设计变更造成的被动[2]。这点在工作中已进行大量应用，不作为评价的重点。本文主要针对建筑物的实际压力大于300kPa时，宜用实际压力测定湿陷系数来判定黄土的湿陷性。依据当地建筑经验17层以下建筑物基底压力均小于300kPa，随着建筑物高度越来越高，基底压力越来越大。为了准确评价地基的湿陷性，减少勘察试验工作量，研究三门峡高阶地黄土地区高层建筑湿陷压力有一定的现实意义。

2、黄土的工程特性

2.1黄土湿陷的地区特性

黄土物理性质和力学性质具有区域性规律，宏观上已经早有认识，微观上也已得到证明[3]，黄土湿陷变形机理的结构理论认为黄土结构骨架的集粒形态和骨架颗粒间的连结形式及骨架颗粒的排列方式等有着地区性变化规律[4]。由于岩土工程的区域性特点，研究区域性黄土性质是必要的和可行的。湿陷性黄土具有变形量大、速度快、突变性和不可逆性，对建筑物的危害性大[5]。因此，对湿陷性黄土地基需要查明黄土场地湿陷类型和地基湿陷等级等。

2.2黄土湿陷性变化规律

某工程高30层，1-3层为商铺，4-30层为住宅，基础埋深10m，基底平均压力为Pk=564KPa，位于黄河Ⅲ级阶地。依据勘察报告：38.5m以上为黄土状粉土、粉质粘土，以下为卵石层。自重湿陷深度32.1m，为自重Ⅲ-Ⅳ级湿陷性黄土场地。含水量15.8-20.6%，重力密度16.1-18.0KN/m3，干重度13.8-15.2 KN/m3，比重2.67-2.72。

图1 是该场地的自重湿陷系数沿深度的变化规律。黄土的自重湿陷系数随深度呈先增加后降低。黄土自重湿陷性分布在5-28m之间，变化幅度较大，超过30 m以深的黄土基本无自重湿陷性。

图 1 黄土自重湿陷系数与深度的关系

图2 是该场地的湿陷系数在300KPa范围内沿深度的变化。黄土的湿陷系数随深度增加呈降低规律．当埋置深度在25m以内时，黄土湿陷系数变化幅度大，由中等湿陷性变化到轻微湿陷性；25-30m的黄土湿陷系数变幅小，湿陷程度为轻微(≤O.O3)；埋深超过30m的黄土基本无湿陷性。

图 2 黄土湿陷系数与深度的关系

3 饱和黄土地基应力随深度的变化

3.1 基底压力为564KPa时地基应力

在一定基础形式和埋深下，地基中的附加应力及总应力也将呈规律性变化。本工程基础埋深10m，基础宽度21×68m，基底压力564kPa，基底附加压力400kPa时，黄土地基中的饱和自重应力、附加应力、饱和时总应力与深度的关系可以看出，饱和自重应力随深度增加呈线性增加的规律；附加应力随深度增加而减小，片筏基础宽度大，附加应力在基础宽度1.3倍深度范围内仍较大；饱和时地基总应力沿深度呈近视直线变化，由远离饱和自重压力，逐渐向饱和自重压力靠拢。

由于湿陷变形的存在，使土体压密，土的渗透性降低，湿陷对水分的渗入具有抑制作用，湿陷过程逐步达到稳定[6]。湿陷后的黄土压缩模量比湿陷前的压缩模量降低很多。当上层黄土发生湿陷，下层黄土没有湿陷，此时黄土地基的附加应力计算应按非均质的双层地基考虑，在上层已湿陷的黄土中产生应力集中现象[7]，因此，饱和时的总应力应更大些。

3.2 不同基底附加压力时地基应力的变化

黄土发生湿陷与浸湿程度及浸水压力有关。随着压力增大，湿陷性快速增大；随着浸湿程度的增大，较小的压力也会产生较大的湿陷性[5]。黄土发生湿陷时的应力变化是复杂的，不仅与黄土的物理性质(如含水量、密度、土粒比重等)有关，而且和基底附加应力关系密切。黄土湿陷系数随浸水压力的增大先增大后减小，尤其是当黄土的饱和度增大时湿陷系数的变化更为敏感[5]。当湿陷系数的压力达400kPa以上时，超过黄土承载力，压缩变形大，反而湿陷系数减小，因此，确定黄土湿陷时的实际应力是必要的。当基底附加应力不同时，在地基中产生的附加应力也是不同的。分析基底中心点下的饱和总应力沿深度的变化规律，当深度增加时，饱和总应力的差值不断减小，呈近视直线型。

当采用实际压力下的湿陷系数时，首先应知道基础埋深、基底压力，目前这些因素委托方在取样、试验之前往往不能提供，或后期设计发生变化，使工作造成被动，应采用双线法测定不同压力下的湿陷系数，从P-δ曲线上查取实际压力的湿陷系数。这样虽结合实际，大大增加试验工作量。根据曲线，当实际压力段为P=Po+Pc≈Po+18h，压力误差在10kPa以内，满足湿陷性评价精度要求，可节约试验工作量。但湿陷压力不可太大，超过黄土承载力。

4、结论

1）三门峡高阶地黄土具有湿陷深度大、湿陷程度高，在较高压力下湿陷性增大，目前高层建筑越来越多，基底压力超过300KPa的工程较多，研究试验压力意义较大。

2）高层建筑采用筏板基础，附加应力随深变化较小，饱和总应力呈近视直线型，试验压力采用P≈Po+18h，压力误差在10kPa以内，满足湿陷性评价精度要求，可节约试验工作量。

3）当湿陷系数的压力达400kPa以上时，超过黄土承载力，以压缩变形为主，在压缩稳定后，湿陷变形降低。有待后续规范修订时明确。

参考文献：

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