序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇流域管理論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

“湖泊是人類文明之鏡”，從湖泊的水質保護狀況更可以反映人類文明程度。湖泊作為水系的一部分，自古以來就成為人類文化與文明的搖籃。特別是長江下游平原地區的淡水湖泊一直是我國農業經濟發達的魚米之鄉，贊美洞庭、鄱陽、太湖的詩詞歌賦大量涌現，成為我國水文化的重要內容。

隨著近代工業化的發展，除各種自然有機物及各種水土流失物進入湖泊可能會影響湖泊水質外，各種人工化學物質進入湖泊可能導致湖泊水質的急驟變化。在江河已遭到嚴重污染的今日，湖泊已成為保護人類水源的最后一個陣地，湖泊水質的惡化將從根本上破壞流域社會經濟的可持續發展條件。對湖泊的水質保護，最重要的是處理好流域內人與湖泊的關系，建立人與湖泊長期和諧共處的關系。

二、湖泊的基本特征

湖泊的基本特征隨湖盒形狀及其容量大小而有所差異，同時流域內人類活動也會影響和改變湖泊的基本特征。容量較大的湖泊其環境容量亦大，相對不易受到污染，可是一旦被污染又較難凈化。而較淺的湖泊也較容易被污染，而且受風、熱的影響較大。

進入湖泊的污染物或泥沙由于湖泊內的流動而被輸送到全湖。因此要掌握湖泊內污染物及泥沙的輸移擴散狀況，必需掌握湖流特征。湖流的成因可分為：

①吞吐流，由進、出湖河道的水流動引起；

②風生流，由風作用于水面的剪切力引起；

③熱成流，由于太陽輻射，而接受輻射的水體深淺不一，熱容量不同而引起；

④柯氏力，由地球自轉所產生的離心力及線速度差異所引起。在洪水季節，吞吐流影響較大，在枯水季節，風生流影響最大，而熱成流只在湖盒地形變化較大，水體深淺不一時才顯示其影響。對面積較小的湖泊可以忽略柯氏力的影響。對于北半球湖泊而言，由于南向季風及柯氏力的影響，大多會出現逆時針方向的環流。太湖的主導湖流也是逆時針方向的環流。

在遭遇較大風力時，由于風的吹送，湖泊近風一側水位下降，遠風一側水位將抬升，湖面傾斜，在太湖這種北高南低的水位差可達0.3～0.4米。如果風力忽強忽弱，或風向不斷變化時，湖面會產生像潮汐一樣的靜陣現象，亦稱假潮，其周期與湖盆形狀有關。太湖水面振蕩周期約1～1.5小時。過去在太湖漁民中曾有“一日十八潮”之說。對于較深的湖泊，在每年春夏之季尚可能出現溫度分層現象，影響上、下層之間的物質交換。太湖屬淺水湖泊，一般不會出現分層現象。

從湖泊的水質變化過程來看，要由幼年的貪營養型湖泊青年的中營養型（偏貧）壯年的中營養型（偏富）老年的富營養型，這是湖泊由幼年至老年的變化過程。在自然條件下，這一過程發展相當緩慢，但是由于人類活動的刺激，這一過程也可能變得十分迅速。湖泊水質由幼年期進入青年期，或由青年期進入壯年期時，往往會發生淡水赤潮，而進入老年期時則發生“水華”。因此有人把赤潮稱為湖泊的“青春痘”，而把水華稱之為“老年癍”。湖泊一旦進入富營養化狀態即意味著已進入老年期，在伴隨水華發生的同時還會出現沼澤化，沿岸湖灣域水深不斷變淺，湖泊面積逐漸縮小。湖泊一旦出現富營養化要使其逆轉，再返回青春是較難的，但可以采取多種措施，延緩其老化過程。

三、太湖的水質評價

太湖于80年代初，先是在北部湖灣區域出現明顯的大面積水華，其后向湖心發展，1990、1994、1995年七月無錫梅園水廠因藻類異常增殖，導致水廠過濾器堵塞，水味異常。目前太湖呈現典型的老年癥狀。即大面積的水華和東太湖的沼澤化。太湖入湖泥沙量不大，粗估為200萬m3/年，相當于每年平均淤積1mm，但由于湖水較淺，一有風浪就被掀起，并隨湖流輸送到東太湖及其它湖灣地區。在東太湖的一些地方，每年`可淤積0.1m，水深逐漸減小。

太湖水質污染嚴重，1995年全年平均已無Ⅱ類水，Ⅳ類水以上面積占總面積36%，東太湖與湖心區最好，藻類生物量為3.5～4.5mg/l，而五里湖、梅梁湖最差，全年超Ⅴ類水，藻類生物量為3.5～4.5mg/l。太湖水質如此急驟惡化，主要是由于流域內人類活動不當`，如不采取嚴格而科學的管理措施，太湖的水質及生態難以向好的方向發展。據最近的調查，每年進入太湖的污染物負荷量為：CODCr282.9萬噸，T-N17.79萬噸，T-P1.69萬噸。CODCr中工業排放占83%；T-N中工業占43.7%，面源占26.1%，生活污水占14.6%，畜產占12.4%；T-P中工業占55.9%，生活污水占23.1%，畜產占15.8%。目前從太湖的水質環境狀況來看，有機污染的主要來源是工業排放。從富營養化狀態來看，氮過剩，磷為控制條件。而磷的來源，工業污水占一半以上，而生活污水占近四分之一。

四、太湖綜合治理措施

太湖作為大型湖泊具有三大功能，即資源功能、環境功能和生態功能。資源功能主要是為周邊地區提高豐富的水資源；環境功能包括其自凈功能，對周邊地區的氣候調節功能，與空間景觀相關的文化娛樂及休閑功能；生態功能包括保持生物多樣性及保護其持有物種的功能，以及漁業生產功能等。作為綜合治理的目標應當使太湖的資源、環境、生態三大功能都得到改善，太湖水質改善的目標只是之一。而且三者之間是相互關聯的，因此在考慮太湖的綜合治理時，應當避免單打一的治理規劃，首先要確定一個合理的綜合治理目標。太湖的綜合治理措施應包括三方面的內容：

（一）污染源控制措施；

（二）湖泊生態修復措施；

（三）流域人類活動管理措施。

污染源控制措施

點源控制措施包括：①工、礦企業及大型旅游設施的污水達標控制；②城鎮生活污水處理廠；③河道污染物沉淀設施；④地下卵石槽凈化設施；⑤前置庫；⑥農村人、畜糞尿沼氣化設施。

面源控制措施包括：①土壤凈化資源的開發利用；②陸域低洼地區的生物處理措施。國內外研究表明，受到污染的自然水體，在蘆葦地區或水草區域滯留時間超過70小時，其脫磷和脫氮率都可達到70%以上；③水土保持措施。坡耕地流失的水土中含有多樣營養鹽類，應避免其直接入湖。

湖泊生態修復措施

湖泊的有機污染及富營養化是湖泊老化及生態環境惡化的一種表現。生態環境的變化表現在生物種群數減少，水體透明度降低，沉水植物逐漸消失，浮游植物減少，耐污能力強的貝類及魚類增加，經濟價值較高的小型魚類減少，大型魚類增加。由于藻類的異常增殖，水中有機質增加，在其死亡和分解過程中產生腥臭味并大量耗氧，使水中溶解氧濃度降低，甚至導致魚類大批死亡。在污染源逐漸得到控制的同時，湖泊的生態也可能得到某種程度的修復。生態修復措施包括：

在湖濱建設水生帶。天然條件下湖與陸是連續的，隨著湖泊水位的升降

會形成環湖濕地。這些濕地是保持湖泊生物多樣性最重要的地帶，由淺至深會形成大面積的蘆葦或水草帶、水生物帶。它是多種魚、貝類產卵、棲息之地，也是多種昆蟲、鳥類的筑巢之所。同時它又是湖泊的天然屏障，對于湖周入湖污染物起到遮擋、沉淀、吸收作用，寄生在水草根部的各種菌類也可以對有機物進行分解。但是，環湖大堤建成后，水陸的連續性遭到破壞，濕地消失，適于在淺水中生長的蘆葦水草帶消失。對太湖而言，若恢復環湖水生帶需修整環湖地形，創造適合于蘆葦、水草、挺水植物生長的條件。

對湖內生態進行規劃和管理。目前東太湖水草旺盛，形成了較獨特的生態系統。由于湖流向東太湖輸送了大量土壤和營養鹽，湖盆變淺，為挺水生物的生長創造了條件。而挺水生物的大量生長又減少了風浪及流速，為落淤創造了條件。同時水草的生長會吸收水中的營養鹽，從而減少了水中磷、氮的濃度，抑制了藻類的生長。因此水體透明度增加，又有利于挺水和沉水植物的生長。東太湖成為太湖的生物凈水器。需要研究的是今后能否逐漸擴大湖內水草的生長范圍以及如何對湖內水草進行管理。水草吸收磷、氮而生長，因此適時收獲水草就等于從水中提出磷和氮。如果不及時收獲水草又可能因死亡而分解出磷、氮，成為內污染源。水草收獲后的利用以及次年的生長都是需要研究的問題。

另外，湖泊的水位對湖泊生態有一定的影響，同時湖泊水深與風浪，透明度等都密切相關，因此在研究湖泊生態問題時應當注意對湖泊水位的控制與管理。

流域人類活動管理

在研究我國湖泊水質變化過程時，都會發現一個共同的事實。就是大多數湖泊的水質都是在近20~30年內急劇惡化，而在此之前的數千年中，這些湖泊水質基本保持良好狀態。而近數十年來湖泊流域在水文、氣象等條件并沒有發生特別異常的變化。可以斷定，湖泊水質的急劇惡化是人類活動方式和內容的變化所引起。因此，要實現湖泊的綜合治理目標，必須對流域內人類活動的管理。特別是保持過去的一些好的生活方式，形成“少廢生活方式”，這是保護湖泊的長久之計，而人類活動的管理，需要通過立法來實現。

1水源涵養林的管理。對于太湖西、南部入湖河流的水源地要保護原有林地，并根據規劃逐步恢復涵養林，以保持水源清潔，減少洪水形成的水土流失。

2對于水土流失的控制管理。除對水土流失嚴重的溝谷進行整治，控制水土流失外，要對25度以上坡地嚴格執行退耕還林。

3土地開發利用的管理。太湖流域是雨量較充沛的區域，土地內的各種污染物容易被沖淋入湖。因此，應當盡可能增加雨水在流域內的滯留時間。在有條件的地方多修建水塘、水田，保留一定的洼淀用于培植蘆葦和滯留雨水。對土地利用方式進行合理規劃。

4對家庭有機垃圾進行管理。提倡使用農家肥，對家庭食物殘渣、糞尿等漚制農家肥，減少化肥用量。

5對合理使用化肥進行指導。由于化肥施肥方法不當，約有50%肥料流入湖中。因此需要加強研究與指導，減少化肥的流失量。

6禁止在流域內使用含磷洗衣粉。太湖流域已明令禁止使用含磷洗衣粉，但應加強對生產、銷售環節的管理，加強對居民宣傳、教育、監督是十分重要的。

加強對湖內漁業生產的管理。湖泊內魚類種群與數量對湖泊內生態系統影響較大，因此要對漁業捕撈量、禁捕魚種，捕撈方式進行管理。同時要嚴格控制引入外來魚種，以免引起生態失衡。控制或禁止網箱養魚，大量投放餌種成為湖內污染源。

加強對湖周及湖面旅游活動的管理。太湖位于經濟發達地區，旅游業十分發達，景點大量興建。這些景點緊靠湖濱，對其排污要嚴格檢查和控制，沒有污水處理設施的不準營業。對水上船只不準排污和丟棄垃圾入湖，建立垃圾及糞尿的回收處理系統。

加強沿湖垃圾的管理。禁止向湖內及進出河道內丟棄垃圾。因此要在流域內的廣大城鎮和居民點建立完善的垃圾回收系統。

對流域內從小學開始進行愛湖教育。培養流域內居民的愛湖意識，應當從小學開始，材，廣泛宣傳，并組織各種愛湖活動，設立宣傳周、宣傳月，持之以恒方能收效。

5.太湖當前治理目標與對策太湖的水質改善將是一項長期而艱巨的任務，上述各項措施的實施和收效也將是需要大量資金和很長的時間。當前，根據現有的經濟實力，應當抓緊進行的工作是什么呢？本人的看法是：

抓緊開展流域調查，盡快制定太湖流域生態、環境、污染控制規劃。通過規劃確定太湖流域的環境目標，生態目標并與流域內的社會經濟發展目標相協調。該規劃應當充分考慮我國已簽署協議的“可持續發展”、“濕地保護”、“保護生物多樣性”等一系列原則，由多方面專家共同完成。同時制定達到這一目標的各種中、長期對策。在流域環境、生態目標規劃的前提下制定全流域包括點源、面源在內的污染源控制方案。

通過調查指導農田控制入湖污染物，充分利用土地、衛星湖、洼地的凈化能力。面源污染中來自農田的污染占較大比例，結合農田基本建設應大量修建多功能水塘，貯留雨水，減少直接入湖地面雨流。水塘兼有防洪、除澇、抗旱、養殖、凈化等功能，希望盡早提出示范樣板，及時推廣。在有條件的地方擴大水田面積，同時指導科學施肥，減少化肥的流失量。

太湖周圍有許多衛星湖和大量洼地。這些湖泊可改建為前置庫，利用生物措施將流入太湖的河水凈化后再進入太湖。多數低洼地帶已被改造為農田，從生態角度和太湖保護角度來看，應當盡量退出一部分洼地，形成自然生態系統，利用蘆葦等凈化水質。對于地下水位在地面以下較深，而土質為沙壤土的區域，可利用土地作污水凈化處理，利用土壤空隙間的微生物對有機物進行分解。估計在太湖西部、南部地勢較高區域具有潛力。

在廣大農村成立志愿環保組織，指導家庭減少污染物排放。目前在農村地區還一時難以建設集中污水處理裝置。但可通過環保志愿者廣泛進行宣傳，自行減少和處理家庭垃圾，減少進入水系和地下水的污染物。在日本琵琶湖保護初期就曾有家庭婦女組成的志愿組織，用肥皂和無磷洗衣粉逐戶換回含磷洗衣粉，同時廣泛地進行愛湖宣傳。

加強對修復湖泊生態的調研與試點工作。湖泊生態和修復對改善湖泊水質是有效的，但在理論上、技術上必須搞清其可行性及其具體實施步驟。因此，目前應抓緊前期的調研和試點工作。

抓緊點污染源特別是對磷污染源的控制。如前所述，在入湖總磷負荷量中，工業占55.9%，生活污水占23.1%，蓄產15.8%，所以治理的重點是工業污染源治理。生活污水中如能控制含磷洗劑的使用將是有效的。但是無論是工業污水，還是活用水的處理都是很花錢的事情。而且目前污水處理技術的脫磷、脫氮效率都很難超過50%，要進行高度處理，投資是相當大的。據中日合作“太湖水資源保護項目”估算，若使太湖水質在2020年恢復到80年代初期，即基本達到Ⅱ類水水平，用于污染源處理的費用達2000億元人民幣。所以污染源的治理非搞不可，但根據目前的經濟實力，難以短期見效，是一項持久努力的工作。

除對污染源進行處理之外，還可以通過技術改造，改進生產工業，減少工業污水排放總量，并盡可能減少磷、氮的排放量。而目前磷的排放主要集中在無錫、常州、蘇州三市，應當作為重點治理目標。

篇(2)

一、流域概況

窟野河流域發源于鄂爾多斯高原東勝梁，流經內蒙古鄂爾多斯市東勝、伊金霍洛旗、準格爾旗和陜西榆林市的府谷、神木等5縣（旗、市），于神木縣境內入黃河，全長241．5km，流域面積8706km2。

流域地質構造屬東勝臺凸與陜北臺凹過渡區，地貌組成大致以長城為界，東南部為黃土丘陵溝壑區，東北部為礫石、巖屑組成的礫質丘陵區，西北部為風沙土覆蓋的砂質丘陵區，各類型區植被稀疏，土地沙漠化和潛在沙漠化非常嚴重。

二、降雨、徑流、泥沙特征

流域氣候干旱，多年平均降水量386mm，6～9月降水量占年降水量的78．7％，年際變化大。受地理位置和西風帶、西太平洋副熱帶高壓兩大系統的影響，窟野河流域為黃河中游最大的暴雨中心之一，出現大于100mm日點暴雨的頻次為0．35次／a。

流域多年平均徑流量為6．46億m3，年內變化大，季節性強，每年60％以上時間流量小于10m3／s（甚至斷流），多突發性暴雨洪水，溫家川站實測最大洪峰流量1400m3／s。

流域為黃河多沙粗沙區，實測平均輸沙量1．061億t，占河龍區間同期來沙量的13．8％，實測平均含沙量為140kg／m3。各區間實測來沙量和實測最大洪水含沙量見表1。

三、水土流失特征

窟野河流域的水土流失面積為8245km2，占總面積的95％。因地質條件迥異，流域內三大類型區水土流失類型及特點不同。黃土丘陵區水蝕為主，溝壑重力侵蝕異常活躍，多年平均侵蝕模數3．43萬t／km2·a，局部地區超過4萬t／km2·a，為劇烈侵蝕區；砂質丘陵區，流動、半固定沙丘廣布，冬、春、秋三季風期，突發性沙塵暴頻繁，夏季伴有水力侵蝕，侵蝕模數為1．5萬t／km2·a，為劇烈風水兩相復合侵蝕區；礫質丘陵區土層薄，砒砂巖出露，易風化，非汛期風蝕嚴重，汛期水蝕為主，平均侵蝕模數為1．0萬t／km2·a，為極強度風水兩相復合侵蝕區。

四、溝道特征

窟野河流域的溝壑密度平均為3．3km／km2，其中黃丘區4．5km／km2，砂質區和礫質區均為1．7km／km2。據“三條河”（窟野河、禿尾河、黃甫川）規劃調查，全流域有大小溝道595條，其中3～10km2最適宜建骨干壩的小流域占64．5％，流域面積小于2km2易興建淤地壩的支毛溝更多。這些溝道溝底平緩，縱比降多為0．01～0．04，溝底較寬，中下游（陜西轄區）溝寬多為幾米至幾十米，中上游（內蒙古轄區）一般為幾十米至數百米，在這些溝道建壩庫容大，效益顯著。

五、工程布局

根據流域地質、地貌及水土流失特點，三大地貌類型區差異較大，按國民經濟發展需要和除害興利的原則，溝道治理的工程設施、布設方法及規模大小各有特點。

1．黃土丘陵區

溝道密度和地面坡度大，侵蝕模數高達2萬～4萬t／km2；水資源缺乏，支、毛溝多是干溝，面積較大、有常流水的溝道稍遇干旱也斷流；溝道兩岸階地少，溝間地雖較平緩，但距溝道水源高差多在100m以上，提灌成本高，建設基本農田的條件極差。建壩蓄洪、攔泥、淤地、控制水土流失，發展基本農田，是促進坡地退耕還林還草的有效途徑。

溝道措施布設分三部分：一是圍繞支溝，在流域面積小于2km2的支毛溝內建設以攔泥淤地、發展基本農田為主的中小型淤地壩。二是在流域面積大于2km2的溝道，為保證下游水、壩地的安全，興建集蓄水、攔泥、防洪、淤地于一體的骨干壩。這是治溝工程的主體和核心，數量多、作用大。同時為更有效地控制水土流失，在有條件的、骨干壩難以控制的大支溝的干流興建大型攔泥壩。三是在有水源的溝道布設一些小水庫、小池塘，蓄積長流水，為小塊水地灌溉及生活用水提供水源。

2．砂質丘陵區

溝道密度小，多數溝道有長流水，水資源較豐富；地表風沙土覆蓋，溝間地面積相對大而平坦，但質地差、利用率低；多為煤田開發區，人口增長快，企業生產和居民生活用水量增長快。如何把現有的水蓄積起來并更加有效地利用，顯得非常重要。

這里的溝道治理，主要在流域面積較大的支溝干流中游，修建以蓄水為主的中小型水庫或骨干壩，用以防洪蓄水，保護下游工礦生產安全并為工礦和居民生活以及下游灌溉提供水源；同時，在上游，特別是風沙土覆蓋較少、水土流失嚴重的地方，修建骨干壩和淤地壩，用以分攔洪水泥沙、發展壩地、延長下游壩庫的利用年限并保障運行安全。

3．礫質丘陵區

降水少，地表多為礫石，質地差，植被少，遇暴雨極易產生徑流。溝道寬而平，且多數有少量伏水，有發展水地的條件。

溝道治理應大力推行準格爾旗川掌溝的治理經驗。在較大的溝道內，分段建攔洪壩，用以蓄水、防洪、攔泥；在攔洪壩的下游興建小水庫、小池塘，蓄積長流水，即所謂“一壩一塘”；在水庫、池塘的下游治河造地發展水地；在攔洪壩上游的支毛溝內，建設以骨干壩為主體的壩群，保證干流攔洪壩和水地的安全生產，淤地壩種植植物或造林。

從以上總體布局可看出，三個類型區都需興建骨干壩和淤地壩，但重心和目的各異。黃土丘陵區突出攔泥淤地，砂質區突出蓄水，礫質區突出治河造地。當地多年實踐證明，這種把減少入黃泥沙與發展當地生產結合起來，“三大效益”共同發揮的布設形式，是合理可行的。

六、工程規模

1．壩址資源

根據工程總體布局框架，與當地技術人員一起，逐條流域逐壩進行分析研究，我們對全流域建壩資源進行了詳細摸底。摸底結果：骨干壩可建1000座，其中礫質區300座，砂質區381座，黃丘區319座。布壩密度：礫質區8．2km2／座，砂質區7．3km2／座，黃丘區密度最大為5．7km2／座。同時為更好地控制水土流失，在骨干壩未能控制的下游支溝的干溝，還可修建規模較大、庫容超過500萬m3的大型攔泥庫65座；在支毛溝修建淤地壩4600座。

2．治溝工程設計標準及主要技術指標的確定

各類型區治溝工程的設計標準，按部頒《水土保持治溝骨干工程暫行技術規范SD175－86》規定，擬定如表2。

壩高和工程量，根據庫容大小參照鄰近已建壩或原設計壩高與庫容關系曲線以及工程量推算，少數無鄰近壩資料的，根據選擇的典型壩在萬分之一地形圖上量算后推算；淤地面積根據壩高和攔泥量關系，每公頃壩地面積需泥量0．6萬～1．5萬m3確定。工程技術指標詳見表3、4。

七、建壩次序及效益分析

建壩次序主要依據流域內資金籌措能力、勞力、機械設備狀況等，按先易后難的原則和生態建設的總體規劃統籌安排。因坡面治理需要時間，措施見效還需要時間，而在坡面措施未見效之前，加強溝道治理不僅可有效攔截泥沙，而且可加速壩地的形成，為坡地退耕還林還草，促進農林牧生產結構改善和經濟的全面發展創造條件。

2001～2010年期間，是溝道壩庫建設的重點，根據流域內各縣技術力量、施工機具等實際情況，擬新建骨干壩685座，其中黃丘區242座，砂質區210座，礫質區233座；新建中小型淤地壩1728座，其中黃丘區450座，砂質區579座，礫質區699座。

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關鍵詞：水情自動測報系統；系統總體功能；關鍵做技術參數；金溝河灌區

中圖分類號：TV123 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2013）-01-0169-1

0 引言

灌區信息化建設是實現新疆農業現代化的必由之路。大型灌區水利管理工作的效率提高必須由信息化來提供技術支撐[1]。金溝河流域位于新疆塔城地區沙灣縣境內，地處天山北麓，準格爾盆地南緣，東以瑪納斯河為鄰，西與巴音溝河相連。灌區內分布著沙灣縣部分鄉鎮（場），新疆生產建設兵團農八師的部分團場。其得天獨厚的地緣優勢和規模化、集約化程度高，而水資源管理效率相對較低，決定了其建設水情自動測報系統的必要性。

1 金溝河流域水情自動測報系統的總體設計

系統設計的目標是根據金溝河灌區信息化建設的需求，結合金溝河灌區信息化的現狀，建成一個以水雨情信息及視頻監控信息采集為基礎、通信系統為保障、計算機網絡系統為依托、應用軟件系統為核心的金溝河灌區數字化系統。系統的開發原則主要包括以下幾個方面：（1）充分利用現有系統基礎，實現系統綜合效益最大化。（2）綜合高度集成功能模塊，實現水情自動測報系統開發集約化。（3）功能模塊分化，模型結構適宜，實現系統開發建設科學化。

2 硬件系統設計

水情自動測報系統的站網由遙測站和中心站兩部分組成，本系統中心站設在金溝河流域管理處，主要職責是轄區內部的系統管理。硬件系統的功能包括：（1） 各遙測站水文信息的實時自動采集以及傳輸和接收；（2）計算機處理數據，實現水資源的優化調度、灌區的優化配水；（3）計算機系統為Browser/Server體系結構。系統硬件構成如圖1所示。

3 系統主要功能模塊設計

系統的功能模塊以數據庫為核心，通過人機交互的方式進行基本水雨情信息數據處理、河道來水預報、灌溉調度、配水方案優選等主要功能模塊。數據庫又根據其根據其功能分區分為網絡數據庫和專門數據庫兩類。歷史庫與實時庫和遙測庫因為其信息共享的要求屬于網絡數據庫。而水文預報及灌溉調度專屬信息則在專用數據庫。系統組織結構如圖2所示。

（1）數據庫管理模塊。數據庫系統是金溝河灌區信息的存儲管理實體，是系統的支撐層，負責存儲和管理公共數據，金溝河灌區信息化工程數據庫系統由數據庫管理系統和數據庫組成，部署在本灌區中心站的數據存儲中心。功能包括各種信息匯集的存儲，數據訪問、數據管理，信息交換及共享。（2）水情遙測模塊。水情監測系統主要完成金溝河灌區信息化建設工程要求建設的各水文終端站所管轄水雨量監測點數據的采集和傳輸以及信息的預處理，并將采集的信息存儲于實時數據庫中。建成后系統可實現所監測水雨情數據的采集、存儲，并將采集數據傳輸到中心站存儲系統。（3）信息查詢模塊。水雨情實時信息查詢管理子系統的目的是查詢遙測數據，了解水雨情數據的實時變化，設定系統與遙測系統關系。包括：數據設定、列表查詢、圖形查詢、站置定位、幫助等方面。系統提供了報警功能，查詢水位，語音報警。（4）視頻監視模塊。金溝河流域水情自動測報系統建設目標為采用現代數字視頻技術，在輸配水關鍵點建立視頻監視系統。全程保護金溝河灌區工程的設備安全和輸配水環節的直觀表達，為提高金溝河灌區的生產和設備各項管理業務水平提供有效的保障。（5）灌溉調度。根據上游水文測站測的流量或降雨量，通過一定的預報模型，計算出庫水位；而洪水預報是進行入庫流量預報及通過入庫流量和時段長得出水庫庫容。根據預報結果，通過四種調度方式進行調度，然后由水庫調度人員根據實際經驗對調度結果進行修正，進行水庫調度，為實際工、農業和墾區人民生活服務。對系統的預報、調度作業的成果，結果進行整理。

4 結語

隨著新疆農業現代化技術的高速發展，灌區水情自動化測報是大勢所趨。結合水情自動測報系統的研究工作，本文給出了水情自動測報系統的總體結構，通過分析測報終端在整個系統中的地位和作用，給出了測報終端的設計要求，按照設計要求，實現了具有準確測量、實時監控、遠程通信、信息存儲功能的水情自動測報終端。系統的開發為灌區的水情測報及管理高效工作帶來了機遇。

參考文獻

[1] 張良貴.灌區水管理信息化系統建設的必要性與可行性研究[C].灌區水管理論文集.北京：中國水利水電出版社，2001：19-21.

[2] 郭生練等.水庫調度綜合自動化系統[C].武漢：武漢水利電力大學出版社，2000.

[3]何新林，盛東，郭生練等.內陸干旱灌區決策系統研究[J].中國農村水利水電，2004，（7）：12-14.

篇(4)

關鍵詞：膨脹土；研究進展；綜述

Abstract：With the increase of project construction of expansive soils, the engineering hazard of expansive soils is more prominent, which resulted the hazards of the expansive soil in the project geotechnical have become a technology problem of global, calls for an immediate solution. This paper reviews the study of expansive soils, focuses on the properties of physical and mechanical of expansive soils, composition and structure, expansion mechanism, identification and classification, permeability, improved methods and the development trend. The overview basically reflects the current status of expansive soils, can provide a relevant reference for future theoretical analysis and experimental research of the expansive soils.

Key words：Expansive soil；Research advance；Review

中圖分類號：TU475文獻標識碼：A 文章編號：

引言

膨脹土是指吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮的高塑性粘性土。隨著工程中膨脹土問題的逐漸增多，膨脹土對工程的危害已成為當今巖土工程界急需解決的全球性技術難題之一。20世紀30年代，國外首先開始注意到膨脹土的破壞現象。50年代末，美國首次全國性的膨脹性粘土學術會議在科羅拉多州召開。60年代到70年代后期，英國、美國、羅馬尼亞、前蘇聯及日本都相繼在正式的土工規范及鐵路規范等文件中增列了有關膨脹土的條文內容。我國于20世紀50年代初，在修建成渝鐵路工程中，首次遇到成都粘土膨脹危害問題，從而拉開了我國膨脹土研究的序幕。到了60年代，國內已經開始從膨脹土的結構、礦物成分、分類及膨脹基本特性等方面開展了詳細研究工作。70年代中期，膨脹土的普查工作已在國內大規模的進行。80年代后期，國內膨脹土的研究重點主要集中在鐵路路基處理上，并于1987年制定了《膨脹土地區建筑技術規定》[1]。迄今為止，國內外已召開過多次國際膨脹土研究與工程會議及國際非飽和土研究與工程會議，國外許多國家也都相繼制定了膨脹土地區建設的規范文件[2]。有關膨脹土的結構特征、力學特性、變形特點等問題都取得了一定的突破。膨脹土的研究逐漸從一個國家或地區的研究逐漸發展成為世界性共同研究的課題。本文主要在前人研究基礎上對膨脹土的研究現狀作簡要概述。

膨脹土的分布及成因類型

1.1膨脹土的分布

膨脹土在我國及世界范圍內的堆積歷史都較為悠久。跨越了第四紀、新第三紀及其以前若干時期。目前，已發現多達40余個國家存在膨脹土堆積，其中我國是世界上膨脹土分布最廣，面積最大的國家之一。自50年代以來，我國先后發現膨脹土危害的地區已達20余個省、市、自治區。分布范圍主要集中于珠江、長江中下游、黃河中下游及淮河、海河流域的廣大平原、盆地、河流階地以及平緩丘陵地帶。

1.2膨脹土的成因類型

據國內外大量膨脹土研究成果，膨脹土的類型主要有以下幾種類型：

（1）殘積(風化)型膨脹土

殘積(風化)型膨脹土不僅是工程問題和地質災害最嚴重的一種膨脹土，同時也是熱帶、亞熱帶氣候區特別是干旱草原、荒漠區最主要的膨脹土類型。殘積型膨脹土具有高空隙性、高含水量和強烈脹縮的特點，這種不良特性來自化學風化作用，可使母巖結構破壞，礦物化學分解，堿及堿土金屬和碳酸鹽淋失，導致結構物不均勻開裂變形、結構破壞等。根據母巖成分不同形成的膨脹土有:a）玄武巖、輝長巖形成的含蒙脫石的殘積膨脹土；b）泥灰巖、鈣質泥巖殘積膨脹土；c）泥質巖殘積型膨脹土。

（2）沉積型膨脹土

工程實踐和理論研究表明，并非所有的粘土都具有顯著的膨脹性，而僅僅是有效蒙脫石含量大于8%～10%的高塑性粘土才具有顯著的膨脹性。由于蒙脫石是微堿性富含Mg的地球化學環境下的產物，因此富含蒙脫石及其混層礦物的沉積型粘土主要形成和分布在半濕潤、半干旱的暖溫帶和南北亞熱帶半干旱草原氣候環境的沉積盆地中，其形成方式可以是湖積、洪積、坡積或冰水沉積。

（3）熱液蝕變型膨脹土

地下熱水和溫泉分布區由于熱水和溫泉與巖石的相互作用，導致巖石中長石等礦物分解轉化為蒙脫石而形成膨脹土，但并非各種巖石都可以產生蒙脫石化作用，通常僅是中基性火成巖，如玄武巖、輝綠巖、安山粉巖等。因此，熱液蝕變型膨脹土這種類型并不普遍，我國僅在內蒙古阿巴嘎旗第四紀玄武巖和溫泉發育區有灰綠色熱液蝕變型膨脹性粘土的分布。國外在近代火山活動頻繁、溫泉熱水發育的地區較多。

膨脹土的結構

結構是影響膨脹土工程性質的另一個重要因素。膨脹土的結構包括宏觀結構和微觀結構，其中宏觀結構的主要特征是膨脹土的多裂隙性。多裂隙所構成的裂隙面及軟弱面是宏觀結構對膨脹土工程性質影響的最直接原因[3]。由于裂隙的存在破壞了土體的完整性，從而使強度評價產生困難。同時由于裂隙具有不均一性和變動性，使膨脹土表現出不同的強度特性[4]。耿建彬[5]將裂隙的形成和發育分為原生裂隙和次生裂隙，并研究了影響次生裂隙形成發育的因素。易順民[6]結合分形幾何和裂隙結構，探討了膨脹土裂隙研究的定量化模式。膨脹土的微結構是膨脹土在一定的地質環境和條件下，由土粒孔隙和膠體結構等組成的整體結構。對膨脹土微觀結構的研究，有助于了解膨脹土的力學特性。隨著X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等測試技術的發展以及數字化圖像處理技術的應用，使人們對土的微觀結構的認識更深一步,發展到定量研究階段。Delage[7]認為對非飽和土力學性質的理解需要用可靠的概念模型來實現。第一種概念模型涉及到非飽和土的微結構，第二種模型即非飽和土的彈塑性模型。Delage等在對壓縮淤泥的微結構研究中注意到各種狀態下壓縮土的結構特征，以及含水量變化對土結構的影響。Alonso[8]等在研究膨脹土的結構特性后提出雙結構模型，指出微結構對應飽和的內部凝聚孔隙，它主要受黏土與水的物理化學相互作用，并認為微結構具有可逆性。劉松玉[9]用分形理論研究了膨脹土的微觀結構，并建立了相應的數學模型。對膨脹土的微結構的研究有助于我們對土的力學性質、脹縮機理的深入理解和認識，但還需要深入研究土體微結構變化對工程性質的影響。

膨脹土的判別分類

在膨脹土地區進行工程建設，必須正確識別膨脹土與非膨脹土，并對膨脹土進行分類，即將工程性質基本相似的膨脹土劃分為同一類別，以便為工程的設計與施工提供合理的參數和科學依據。

膨脹土在世界各地都有分布，成因類型多種，關于膨脹土的判別，國內外尚不統一，就我國也有多個標準，如：公路工程地質勘察規范(JTJ064-98)、公路路基設計規范(JTG D30-2004)、公路土工試驗規程(JTJ051-93)、巖土工程勘察規范(GB 50021 2001)、膨脹土地區建筑技術規范(GBJ112-87)等。

上述各規范對膨脹土的規定互有出入，即使公路部門執行的公路標準也還存在如何執行的問題。雖各標準界限和強調重點有所不同，但各標準都是以自由膨脹率δep為初判的標準，以脹縮總率（eps或ep50)為終判標準[10]，見表2、表3。各種規范(規程)對膨脹土的定義和判定標準不盡相同，說明各行業標準有所差異。膨脹土的含義、命名、判別方法及工程性質評價仍主要以《膨脹土地區建筑技術規范》(GBJll2-87)為依據。在此基礎上，許多學者對判別指標的選取及評判方法進行了相關研究，取得一定的成果，如楊世基指標[11]等。

表2 膨脹土的初判標準

規范、標準代號 膨脹土等級 自由膨脹率δep /% 說明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、V 強 ＞90 I 、Ⅱ 、Ⅲ強調“高塑性，高液限”， IV 、V 強調綜合判斷.

中 65～90

弱 40～65

表3 膨脹土的終判標準

規范、標準代號 判斷計算式 脹縮總率eps或ep50 說明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 脹縮總率 eps:>4% 強 主要考慮士的可能含水量變化

eps /% eps:2～4% 中

eps:0.7～2.0% 弱

Ⅳ、V 地基脹縮變形量Sc /mm Sc: >70 mm 強 除考慮含水量變化外，還考慮地基的工作應力

Sc:35～70 mm 中

Sc:

注：ωn均為地基收縮過程中可能產生含水量的下限值；ω為土的天然含水量山；λn為收縮系數，通過收縮試驗確定；ep50為50 kPa 壓力下的膨脹率；σepi為第i層土在地基應力作用下的膨脹值(mm)；∆ωi為第i層土可能發生含水量變化值(以小數表示)。

膨脹土的物理力學性質

4.1 膨脹土工程特性

（1）脹縮性。脹縮性指膨脹土吸水后體積膨脹，失去水分后體積收縮的特性。如膨脹受阻產生膨脹力可使路面隆起，失去可使路面下沉或土體干裂。膨脹土不同于其它粘土的脹縮性，反復的干縮濕脹導致土體的有效凝聚力下降，使得土體的強度降低。

（2）多裂隙性。膨脹土中的裂隙，主要可分為垂直裂隙、水平裂隙與斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體層分割成具有幾何形狀的塊體，如菱塊狀、短柱狀等，破壞了土體的完整性。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關，且滑動面的形成主要受裂隙軟弱結構面控制。目前有兩種觀點闡述膨脹土的裂隙性，一是認為裂隙的產生由于膨脹土的脹縮特性導致，由于反復的吸水膨脹、失水干縮，反復周期變化，導致土體結構松散，而結構的松散使得雨水進入，又為脹縮創造了條件。另一觀點認為，裂隙性引起的應力集中和吸力下降等原因造成了土層軟化，引起土體的破壞。

（3）遇水崩解性。膨脹土浸水后體積膨脹，在無側限的條件下則發生吸水濕化。不同類型的膨脹土崩解性不同，強膨脹土浸水后，幾分鐘很快就完全崩解；弱膨脹土浸水后，則需要經過較長的時間才能逐步崩解，且不完全崩解。

（4）超固結性。膨脹土大多具有超固結性，天然空隙比較小，干密度較大，初始結構強度較高。超固結膨脹土路基開挖后，將產生土體超固結力釋放，邊坡與路面出現卸載膨脹，并常在坡腳形成應力集中區和塑性區，使邊坡容易破壞。超固結性是膨脹土的一個重要特征，這個特征越來越受到重視，并被認為是導致邊坡漸進性破壞的一個重要原因。

（5）強度衰減性。膨脹土強度為典型的變動強度，具有峰值極高而殘余強度極低的特性。由于膨脹土的超固結性，其初期強度高，隨著土體受脹縮效應和風化作用時間的增加，抗剪強度將大幅度衰減。強度衰減的幅度與速度和土體的物質組成、土的結構和狀態、風化作用以及脹縮性的大小有關。

（6）易風化特性。膨脹土受氣候因素影響，極易產生風化破壞作用。路基開挖后，土體在風化作用下，很快產生碎裂、剝落和泥化等現象，使土體結構破壞、強度降低。按其風化程度不同，一般可將膨脹土劃為強、弱、微三層。

4.2膨脹土物理特性

膨脹土按粘土礦物分類，可以歸納為兩大類，一類以蒙脫石為主，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石粘土在含水量增加時出現膨脹，而伊利土和高嶺土則發生有限的膨脹，引起膨脹土發生變化的條件，有一下幾方面：

（1）含水量。膨脹土具有很高的膨脹潛勢，這與它含水量的大小及變化有關，如果其含水量保持不變，則不會有體積變化。在工程施工中，建造在含水量保持不變的粘土上的構造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。當粘土的含水量發生變化，立即就會產生垂直和水平兩個方向的體積膨脹，含水量的輕微變化，僅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨脹。

（2）干容重。粘土的干容重與其天然含水量是息息相關的，干容重是膨脹土的另一重要指標。γ=18.0KN/m3的粘土，通常顯示很高的膨脹潛勢。這表明著粘土將不可避免地出現膨脹問題。

（3）滲透性。飽和滲流是非飽和土力學的重要組成部分，也是水文地質、地下水資源與環境和農田水利等學科領域共同關心的問題。Richards[12]將Darcy定律推廣應用到非飽和滲流中，建立起水相滲流所滿足的控制方程，即通常稱為的Richards方程以后，人們才開始了非飽和滲流的研究。基于Richards控制方程的飽和-非飽和滲流得到了深入的研究，并成功地應用到許多實際工程中。早期對非飽和滲流的研究主要是定性研究和在理論上求精確解或級數解。Coleman和Bodman[13]最早研究了入滲后土壤剖面含水率分布，他們將含水率剖面分為四個區，即飽和區、過渡區、傳導區和濕潤區，這使人們對入滲過程有了初步的定性認識。20世紀60年代，隨著計算機的出現，基于Richards方程的非飽和滲流數值模擬得到了前所未有的發展，早期主要用有限差分方法求解Richards方程，后來隨著有限元方法的迅速發展成熟，后者逐漸取代了前者成為非飽和滲流數值模擬的主要方法。高驥等[14]對堤壩中由于洪水暴漲暴落產生的動態滲流作了飽和-非飽和數值模擬研究，在有限差分方法中采用了全隱式交替方向迭代法以及添加附加項來模擬飽和-非飽和滲流。

（4）液限、液性指數。液限、液性指數（不叫液限指數）以及塑限、塑性指數在土力學中是評價粘性土的主要指標。同一種粘性土隨其含水量的不同而分別處于固態、半固態、可塑狀態及流動狀態。

土由半固態轉到可塑狀態的界限含水量稱為塑限，由可塑狀態到流動狀態的界限含水量稱為液限。土的塑限和液限都可通過試驗得到。塑性指數和液性指數可以根據土的塑限和液限通過計算求得：

塑性指數=液限含水量－塑限含水量，液性指數=（土的天然含水量－塑限含水量）/塑性指數。根據塑性指數可以對粘性土進行分類，根據液性指數可以判斷土物理狀態，土的液性指數越小，土越硬。

（5）黏粒含量。膨脹土按黏土礦物分類，可以歸納為兩大類，一類以蒙脫石為主，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石黏土在含水量增加時出現膨脹，而伊利土和高嶺土則發生有限的膨脹。膨脹土的黏土礦物成分是決定其工程特性的主要內在因素。已有的研究表明，當黏土礦物中蒙脫石的含量達到5%時，即對土的膨脹性與強度產生影響，若蒙脫石含量超過20%，即土的工程性質主要由蒙脫石所決定，一般蒙脫石含量在12%以上的土，則具有較強的脹縮性[15]。

4.3膨脹土的基本力學性質

（1）變形與固結特性。膨脹土主要表現為吸水膨脹軟化，失水干縮，即產生強烈的脹縮變形。膨脹土的變形可分為兩大類：1）外加荷載作用下的壓縮變形；2）外加荷載與入滲或浸水共同作用下的濕脹、濕化變形，或外加荷載與蒸發、風干、水位下降共同作用下的干縮變形。膨脹土的變形特性是膨脹土研究的重要研究內容之一，也是相關工程防治的關鍵，必須依據大量的室內試驗和工程實例，分析并建立反映濕脹、濕陷、干縮特性的非飽和膨脹土的新型本構模型，才能較準確地描述膨脹土的變形特性。黃庚祖[9]通過膨脹土膨脹變形試驗研究了膨脹變形的定性規律；徐永福[21]根據膨脹土的膨脹變形試驗，提出膨脹土膨脹變形的模型，并利用這個模型解釋了膨脹土的膨脹變形特征、通過統計各地區膨脹土的膨脹變形資料，得到膨脹變形與含水量和壓力之間的定量關系、用輕便固結儀對寧夏膨脹土進行研究，得出膨脹量是含水量的線性函數，膨脹量的對數和壓力的對數呈線性相關的規律。

（2）強度特性。膨脹土的強度特性較之普通的粘土要復雜得多。它既是膨脹土體抵抗破壞能力的表征，也是計算路塹、渠道、路堤、土壩等斜坡穩定性，以及支擋結構物土壓力的重要參數。通常情況下膨脹土的峰值抗剪強度相當高，但從失穩的膨脹土邊坡反算出的抗剪強度卻遠遠低于其峰值。

膨脹土膨脹性

膨脹土脹縮性能及其指標

在工程地質中，這種粘土的膨脹現象很普遍，我們通過土工實驗，得出粘土的力學指標，以供土質力學上的計算。通常對膨脹土的力學分析，主要是對其膨脹潛勢和膨脹壓力的研究后得出的。

（1）膨脹潛勢，膨脹潛勢就是在室內按AASHO標準壓密實驗，把試樣在最佳含水量時壓密到最大容重后，使有側限的試樣在一定的附加荷載下，浸水后測定的膨脹百分率。膨脹率可以用來預測結構物的最大潛在的膨脹量。膨脹量的大小主要取決于環境條件，如潤濕程度.潤濕的持續時間和水分的轉移方式等。因此，在工程施工中，改造膨脹土周圍的環境條件，是解決膨脹土工程問題的一個出發點。自由膨脹率Fs是指膨脹土經過粉碎風干后，一定體積的的松散土粒在水中沒有任何限制條件下充分吸水產生自由膨脹，體積增大，試樣穩定后的體積增量與初始體積之比。自由膨脹率與液限呈線性關系。線膨脹率δep是指膨脹土試樣在無荷載(有荷載)有側向限制條件下吸水后沿垂直方向膨脹的增量與初始試樣高度之比。

（2）膨脹力，膨脹力就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以后，再加荷載直到回復到其初始體積為止所需的壓力。對某種給定的粘土來說，其膨脹壓力是常數，它僅隨干容重而變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。對于未擾動的粘土來講，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重時土的膨脹壓力可以直接用來論述膨脹特性。膨脹力Pe指土體的體積膨脹受到限制時吸水后所產生的最大應力，膨脹土的膨脹力與原始含水量(或飽和度)和干容重之間有密切關系，即膨脹力隨原始含水量的增大而減少，隨干容重的增大而增大。膨脹力與膨脹率有近似線性關系。

（3）收縮含水量，收縮含水量ωs指土體失水收縮穩定后的最低含水量，也就是土體在水分被蒸發散失時體積產生收縮并到達恒定而不繼續縮小時的界限含水量，一般稱為縮限。

（4）收縮量，收縮量是指一定體積的膨脹土體在水分蒸發過程中其體積的縮小量值。在工程中，常采體縮率和線縮率表征。

綜上所述，膨脹土的變化除了土的膨脹與收縮特性這兩個內在的因素外，壓力與含水量的變化則是兩個非常重要的外在因素。準確地了解膨脹土的特性及變化的條件，就有可能估計到建造在這個地基上的路基及構造物將會產生怎樣的變形，從而采取相應的地基處理措施。

膨脹土膨脹機理

膨脹土的礦物學理論研究者從礦物晶格構造出發，認為膨脹土的膨脹取決于膨脹土的礦物成分及其結構以及顆粒表面交換陽離子成分[2]等，膨脹土物理化學理論中以滲透理論、雙電層理論應用較普遍，此理論認為膨脹土膨脹的主要原因是膨脹土顆粒表面產生了復雜的物理化學作用。膨脹土的膨脹性主要取決于礦物表面結合水層與擴散雙電層的厚度(Grime R E；Lounghmm F C；華東水利學院土力學教研室)。膨脹土膨脹的物理力學理論包括有效應力理論、毛細管理論和彈性理論等[16]，該理論認為膨脹土的膨脹是在一定的外力作用下由膨脹土與水相互作用產生的物理力學效應引起的。

在這些理論中，應用較普遍是晶格擴張理論和雙電層理論，晶格擴張理論認為膨脹土晶格構造中存在膨脹晶格構造，水易滲入晶層間形成水膜夾層，從而引起晶格擴張，使土體體積增大。但晶格擴張理論僅僅局限于晶層間吸附結合水膜的楔入作用，而沒有考慮粘土顆粒間及聚集體間吸附結合水的作用。事實上，粘土膨脹不僅發生在晶格構造內部晶層之間，同時也發生在顆粒和顆粒之間以及聚集體和聚集體之間[10]。雙電層理論認為雙電層內的離子對水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在電場力作用下按一定取向排列，在粘土礦物顆粒周圍形成表面結合水膜。由于結合水膜增厚“楔開”土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導致土體膨脹。雙電層理論彌補了晶格擴張理論在解釋粘土脹縮原因方面的不足，發展了結合水膜在膨脹理論中的應用，使得膨脹機理的理論更加全面和充實。

膨脹良

大量的工程實踐表明，化學方法改良膨脹土是十分有效并且廣泛適用的工程處理方法。因為一方面選用的化合物本身可以固結土體，起到粘結土粒的作用，例如水玻璃，樹脂等進行灌漿處理。另一方面化合物和土本身還可以進行一些復雜的物理-化學反應改變膨脹土的親水性質。目前，國內外應用化學方法改良膨脹土的添加劑主要有石灰，水泥，粉煤狄及其它各種可溶性的無機鹽，有機類的有表面活性劑，各種有機聚合物等。還有使用無機有機復配體系，如聚合表面活性劑與石灰，水泥復配[17]。

6.1無機類改良劑

（1）石灰類改良劑

在膨脹土中加入石灰進行改性，主要是針對礦物中易親水的蒙脫石、伊利石，使其與石灰發生化學離子交換，通過微結構的改變來改變工程性質即膨脹土中加入石灰后，由于石灰水化產生大量鈣離子，與蒙脫石，伊利石等活動性礦物層起吸附水作用；同時也把大量鈣離子和溶液中析出的Ca(OH)2粒子吸附到顆粒周圍，使礦物顆粒一晶格邊緣斷鏈所產生的電荷吸附鈣離子來取得平衡，形成石灰的水化物在膨脹土礦物顆粒表面聚集，其作用過程與Ca(OH)2的硬化過程同時進行。

具有擴張型晶體的蒙脫石類礦物，其離子交換量很大，易于和生石灰發生陽離子交換，從而限制了礦物的脹縮性，聚集和粘結在礦物表面的Ca(OH)2，經硬化結晶，形成一種防止膨脹土顆粒內水外散和外水內侵的固化層，其結果使膨脹土減弱親水性，自身穩定性增加，石灰土試件達到一定的力學強度。當膨脹土中加入石灰以后，其擊實土樣結構形態多為團粒較大的集粒結構和基質狀結構，這類結構也不利于吸水膨脹，因而用石灰處理后的石灰土的膨脹性也就得到了改良。利用生石灰改良含水量偏大的膨脹土也有比較理想的效果，生石灰在轉化為熟石灰的過程中，要吸收大量水分，同時產生熱量，使土體中水分蒸發，降低土體含水量，有利于施工。但生石灰不易保存，施工時仍多以熟石灰為主。

（2）水泥類改良劑

水泥對膨脹土的固化，主要有以下幾個方面的作用：a)水泥水化反應產生的C-S-H和C-A-H凝膠，附著在土顆粒表面，具有較強的膠結力，并形成了Ca(OH)2；b)Ca2+與土顆粒表面吸附離子發生陽離子交換反應，使土顆粒親水性能降低和團粒化，增加膨脹土的水穩定性；c) Ca2+、OH滲透進入土顆粒內部，與粘土礦物發生物理化學反應，繼續生成上述膠凝物質，可減少親水粘土礦物的含量，并提高土顆粒間的連接強度[18]。

許多研究表明，隨著水泥摻量增加，固化膨脹土強度有一定增加。但因水泥水化反應的體積縮減和水化作用消耗粘粒吸附水而引起干燥收縮，當水泥摻量超過6％時，穩定土的裂縫將顯著增加。隨著水泥的摻量增加，穩定土的收縮性能變差，而且固化土的經濟成本直線上升，因此考慮固化效果和經濟成本，固化膨脹土的水泥摻量一般在4％～10％之間。

（3）工業廢渣類改良劑

粉煤灰、礦渣等工業廢渣配合石灰、水泥也常被用來固化膨脹土，由于工業廢渣在石灰、水泥水化的堿性環境中具有潛在水化活性，人們從經濟和環保角度出發，用其來固化、穩定土體其固化機理與石灰類、水泥類固化劑類似。用工業廢渣加固膨脹土，最大的優點是比較經濟和環保，但其早期強度不高，而且通常需要較大的摻量。

6.2有機類改良劑

（1）有機高分子改良劑

有機高分子化合物是利用有機聚合物的聚合反應實現對土的固化增強，常用的此類改良劑有丙烯酸鹽系列、聚液態丁二烯等。有機高分子類改良劑由于聚合物與土顆粒中粘土礦物一般不發生反應，其固化膨脹土的作用主要是在土中進行聚合反應，經過鏈的引發、鏈的增長等過程，使液狀丙烯酸鹽聚合成不溶于水的網狀高分子凝膠體，這樣土顆粒就被強度高、有塑性的鏈包圍，形成一個空間網，形成土顆粒-聚合物-土顆粒的結構，這一結構可提高土顆粒間連結強度，使土體具有較高強度和變形率，表現為土的抗拉、抗剪和單軸抗壓強度提高。

（2）表面活性劑改良劑

表面活性劑作為一種新興的改良材料與前面提到的各種改良劑比起來有較大的優勢。主要表現在其改良效率高，施加方便，旌工比較簡單，而且改良周期較短，能縮短施工時間，節省施工成本，再者大部分的表面活性劑都是無毒性的，也很環保。現在國內外很多學者都開始做以表面活性劑作土壤固化劑的研發工作并已初有成效[19]。

7膨脹土的危害、防治

7.1膨脹土病害類型

（1）膨脹土邊坡

膨脹土邊坡不穩定，地基會產生水平向和垂直向的變形，坡地上的建筑物損壞要比平地上更嚴重。另外，膨脹土的脹縮性除使邊坡房屋發生開裂、傾斜外，還會使公路路基發生破壞，路塹產生淺層滑坡和表面溜坍，路堤邊坡發生坡角坍滑、腰部潰爬、路肩錯落滑坍等，涵洞、橋梁等剛性結構物產生不均勻沉降，導致開裂等。

（2）膨脹土地基

在地勘初始過程中，由于膨脹土一般強度較高壓縮性低，因此易被誤認為是建筑性能較好的地基土。隨季節性氣候的變化而反復不斷地產生不均勻的升降，而使建在膨脹土地基上的建筑物開裂遭到破壞。建筑物的開裂破壞具有地區性成群出現的特點，建筑物裂縫隨氣候變化不停地張開和閉合。并以低層磚混結構損壞最為嚴重，因為這類建筑物房屋質量輕，整體結構性較差且基礎埋置淺、地基土易受外界環境變化的影響而產生脹縮變形。

7.2膨脹土病害的防治措施

在膨脹土地基上進行工程建設，應根據當地的氣候條件、地基脹縮等級、場地工程地質和水文條件，結合當地建筑施工經驗，因地制宜避免大開挖，依山就勢建筑，并采取綜合措施。

（1）路基邊坡方面可采取的措施

①加強隔水，做好排水。路塹邊坡或切坡建房時，應及早封閉，做好排水工作。施工時，注意工程用水和雨水的排泄，減少對基坑的浸泡時間；

②支擋防護。對不高的邊坡，采取輕型防護，如方格骨架護坡、草皮護坡等；對較高邊坡，采用擋護結合或分級擋護；

③改良土壤。用砂、碎石屑與膨脹土拌和，回填、夯實邊坡。

（2）建筑物地基及基礎方面措施

①換土墊層

將膨脹土全部或部分挖掉，換填非膨脹黏性土、砂、碎石墊層，并作好排水輔助措施。其作用主要是抑制膨脹土的升降變形引起的危害，減小地基脹縮變形和調節膨脹土地基沉降量。該方法施工工藝簡單，可就地取材，是處理膨脹土地基的一種較為適用和經濟的方法。

②增大基礎埋置深度

其作用為：相應減小膨脹土厚度；增大基礎面以上土的自重；加大基礎與土的摩擦力；增大至基底的滲透距離和改變蒸發條件，致使地溫和濕度的變化較穩定；

③樁基礎

樁基礎應穿透膨脹土層，使樁尖進入非膨脹土層，或進入大氣影響急劇層以下的。

④濕度控制法

通過控制膨脹土含水量的變化,保持地基中的水分少受蒸發及降雨入滲的影響,從而抑制地基的脹縮變形。目前比較成功的保濕方法有:預浸水法、暗溝保濕法、帳幕保濕法和全封閉法[14]。

⑤壓實控制法

用機械方法將膨脹土壓實到所需要的狀態，充分利用膨脹土的強度與脹縮特性隨含水量、干密度及荷載應力水平的變化規律,盡，量增大擊實膨脹土的強度指標，是一種處理弱膨脹土較為理想的方法。

⑥土質改良法

利用物理改良或化學改良加固機理，通過改變膨脹土的物質組成結構和其物理力學性質，集成化學改良土水穩定性較好、有較大的凝聚力和物理改良材料有較高內摩擦角及無脹縮性的優勢，達到強化膨脹土的土質改良效果。該法常充分利用一些固體廢棄物與價格低廉的材料，如粉煤灰、礦渣與砂礫石等，有利于環境保護，且改良質量良好，得到了工程界的普遍重視。

8 結論

本文簡要總結了膨脹土近年的研究進展及研究方向。文中第一部分主要介紹了膨脹土的分布及成因類型，以期對膨脹土有初步的了解，第二、三部分簡要講述了膨脹土的結構及判別分類，后闡述了膨脹土物理力學相關性質、膨脹性及改良相關研究。最后例舉具體實例講述了膨脹土的危害及其防治。鑒于膨脹土的研究是一個復雜極其龐大的工程，本文只屬一般綜述性文章，只能就近年來有關膨脹土的研究作初步探索，以期今后在此基礎上有所突破。我國是世界上膨脹土危害較嚴重國家之一，目前很多對膨脹土的研究還處于定性階段，很多理論和技術都不太成熟，對膨脹土的研究挑戰還很多，后續研究還得加大力度。

參考文獻

[1] 城鄉建設環境保護部.膨脹土地區建筑技術規范(GBJ112-87).北京：中國計劃出版社.1989.

[2] 賈東亮，丁述理，杜海金，等.膨脹土工程性質的研究現狀與展望[J].河北建筑科技學院學報，2003，20(3)：34-59.

[3] 盧再華.原狀膨脹土的強度變形特征及其本構特征研究[J].巖土力學,2001，22(3):339-342.

[4] 王國強.安徽省江淮地區膨脹土的工程性質研究[J].巖土工程學報，1999，21(1):119-121.

[5] 耿建彬.膨脹土地區地裂的形成發育及其危害防治[J].巖土工程技術,1998(1):21-23.

[6] 易順民.膨脹土裂隙結構的分形特征及其意義[J].巖土工程學報,1999，21(3):294-298.

[7] Delage P，Graham J. Mechanical behaviour of unsaturated soils:Understanding the behaviour of unsaturated soils requires reliable conceptual models[A].Proceedings of the First International Confernece on Unsaturated Soils[C].Paris:Balkerma A A.1995，3:1223-1256.

[8] Alonso E E，Gens A, Iosa A.A constitutive model for partially saturated soils[J].Geotechnique,1996，40(3):405-430.

[9] 黃庚祖.膨脹黏土填筑條件的控制[J].巖土工程學報,1983，5(1):157-166.

[10] 歐孝奪，溫衛權.公路工程中膨脹土判別方法的探討[J].廣西大學學報(自然科學版)，2005，30(2)：139-142.

[11] 楊世基.公路路基膨脹土的分類指標[M].公路工程地質，1997，15(1):1-6.

[12] Richards L A.Capillary conduction of liquids through porous medium[J].J.Physics.1931,1(3):318-333

[13] Colman E A，Bodman G B.Moisture and energy conditions during downward entry of water into moist and layered soils[J].Proc.Soil Sci.Soc.Amer,1944，9(1):3-11.

[14] 高驥，雷光耀，張鎖春.堤壩飽和非飽和滲流的數值分析[J].巖土工程學報.1988，10(6):38-42.

[15] 李峰德.膨脹土路基危害和處理方法淺析[J], 現代公路, 2009,4(3):95-96.

[16] 郝月清，朱建強.膨脹土脹縮變形的有關理論及評析[J].水土保持通報，1999，19(6)：58-61.

[17] 徐淵博，張復實，趙福群.PAMCATs土壤固化劑的研制[J].中國科技信息.2005：15.