流域管理论文精品(七篇)

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篇(1)

“湖泊是人类文明之镜”，从湖泊的水质保护状况更可以反映人类文明程度。湖泊作为水系的一部分，自古以来就成为人类文化与文明的摇篮。特别是长江下游平原地区的淡水湖泊一直是我国农业经济发达的鱼米之乡，赞美洞庭、鄱阳、太湖的诗词歌赋大量涌现，成为我国水文化的重要内容。

随着近代工业化的发展，除各种自然有机物及各种水土流失物进入湖泊可能会影响湖泊水质外，各种人工化学物质进入湖泊可能导致湖泊水质的急骤变化。在江河已遭到严重污染的今日，湖泊已成为保护人类水源的最后一个阵地，湖泊水质的恶化将从根本上破坏流域社会经济的可持续发展条件。对湖泊的水质保护，最重要的是处理好流域内人与湖泊的关系，建立人与湖泊长期和谐共处的关系。

二、湖泊的基本特征

湖泊的基本特征随湖盒形状及其容量大小而有所差异，同时流域内人类活动也会影响和改变湖泊的基本特征。容量较大的湖泊其环境容量亦大，相对不易受到污染，可是一旦被污染又较难净化。而较浅的湖泊也较容易被污染，而且受风、热的影响较大。

进入湖泊的污染物或泥沙由于湖泊内的流动而被输送到全湖。因此要掌握湖泊内污染物及泥沙的输移扩散状况，必需掌握湖流特征。湖流的成因可分为：

①吞吐流，由进、出湖河道的水流动引起；

②风生流，由风作用于水面的剪切力引起；

③热成流，由于太阳辐射，而接受辐射的水体深浅不一，热容量不同而引起；

④柯氏力，由地球自转所产生的离心力及线速度差异所引起。在洪水季节，吞吐流影响较大，在枯水季节，风生流影响最大，而热成流只在湖盒地形变化较大，水体深浅不一时才显示其影响。对面积较小的湖泊可以忽略柯氏力的影响。对于北半球湖泊而言，由于南向季风及柯氏力的影响，大多会出现逆时针方向的环流。太湖的主导湖流也是逆时针方向的环流。

在遭遇较大风力时，由于风的吹送，湖泊近风一侧水位下降，远风一侧水位将抬升，湖面倾斜，在太湖这种北高南低的水位差可达0.3～0.4米。如果风力忽强忽弱，或风向不断变化时，湖面会产生像潮汐一样的静阵现象，亦称假潮，其周期与湖盆形状有关。太湖水面振荡周期约1～1.5小时。过去在太湖渔民中曾有“一日十八潮”之说。对于较深的湖泊，在每年春夏之季尚可能出现温度分层现象，影响上、下层之间的物质交换。太湖属浅水湖泊，一般不会出现分层现象。

从湖泊的水质变化过程来看，要由幼年的贪营养型湖泊青年的中营养型（偏贫）壮年的中营养型（偏富）老年的富营养型，这是湖泊由幼年至老年的变化过程。在自然条件下，这一过程发展相当缓慢，但是由于人类活动的刺激，这一过程也可能变得十分迅速。湖泊水质由幼年期进入青年期，或由青年期进入壮年期时，往往会发生淡水赤潮，而进入老年期时则发生“水华”。因此有人把赤潮称为湖泊的“青春痘”，而把水华称之为“老年癍”。湖泊一旦进入富营养化状态即意味着已进入老年期，在伴随水华发生的同时还会出现沼泽化，沿岸湖湾域水深不断变浅，湖泊面积逐渐缩小。湖泊一旦出现富营养化要使其逆转，再返回青春是较难的，但可以采取多种措施，延缓其老化过程。

三、太湖的水质评价

太湖于80年代初，先是在北部湖湾区域出现明显的大面积水华，其后向湖心发展，1990、1994、1995年七月无锡梅园水厂因藻类异常增殖，导致水厂过滤器堵塞，水味异常。目前太湖呈现典型的老年症状。即大面积的水华和东太湖的沼泽化。太湖入湖泥沙量不大，粗估为200万m3/年，相当于每年平均淤积1mm，但由于湖水较浅，一有风浪就被掀起，并随湖流输送到东太湖及其它湖湾地区。在东太湖的一些地方，每年`可淤积0.1m，水深逐渐减小。

太湖水质污染严重，1995年全年平均已无Ⅱ类水，Ⅳ类水以上面积占总面积36%，东太湖与湖心区最好，藻类生物量为3.5～4.5mg/l，而五里湖、梅梁湖最差，全年超Ⅴ类水，藻类生物量为3.5～4.5mg/l。太湖水质如此急骤恶化，主要是由于流域内人类活动不当`，如不采取严格而科学的管理措施，太湖的水质及生态难以向好的方向发展。据最近的调查，每年进入太湖的污染物负荷量为：CODCr282.9万吨，T-N17.79万吨，T-P1.69万吨。CODCr中工业排放占83%；T-N中工业占43.7%，面源占26.1%，生活污水占14.6%，畜产占12.4%；T-P中工业占55.9%，生活污水占23.1%，畜产占15.8%。目前从太湖的水质环境状况来看，有机污染的主要来源是工业排放。从富营养化状态来看，氮过剩，磷为控制条件。而磷的来源，工业污水占一半以上，而生活污水占近四分之一。

四、太湖综合治理措施

太湖作为大型湖泊具有三大功能，即资源功能、环境功能和生态功能。资源功能主要是为周边地区提高丰富的水资源；环境功能包括其自净功能，对周边地区的气候调节功能，与空间景观相关的文化娱乐及休闲功能；生态功能包括保持生物多样性及保护其持有物种的功能，以及渔业生产功能等。作为综合治理的目标应当使太湖的资源、环境、生态三大功能都得到改善，太湖水质改善的目标只是之一。而且三者之间是相互关联的，因此在考虑太湖的综合治理时，应当避免单打一的治理规划，首先要确定一个合理的综合治理目标。太湖的综合治理措施应包括三方面的内容：

（一）污染源控制措施；

（二）湖泊生态修复措施；

（三）流域人类活动管理措施。

污染源控制措施

点源控制措施包括：①工、矿企业及大型旅游设施的污水达标控制；②城镇生活污水处理厂；③河道污染物沉淀设施；④地下卵石槽净化设施；⑤前置库；⑥农村人、畜粪尿沼气化设施。

面源控制措施包括：①土壤净化资源的开发利用；②陆域低洼地区的生物处理措施。国内外研究表明，受到污染的自然水体，在芦苇地区或水草区域滞留时间超过70小时，其脱磷和脱氮率都可达到70%以上；③水土保持措施。坡耕地流失的水土中含有多样营养盐类，应避免其直接入湖。

湖泊生态修复措施

湖泊的有机污染及富营养化是湖泊老化及生态环境恶化的一种表现。生态环境的变化表现在生物种群数减少，水体透明度降低，沉水植物逐渐消失，浮游植物减少，耐污能力强的贝类及鱼类增加，经济价值较高的小型鱼类减少，大型鱼类增加。由于藻类的异常增殖，水中有机质增加，在其死亡和分解过程中产生腥臭味并大量耗氧，使水中溶解氧浓度降低，甚至导致鱼类大批死亡。在污染源逐渐得到控制的同时，湖泊的生态也可能得到某种程度的修复。生态修复措施包括：

在湖滨建设水生带。天然条件下湖与陆是连续的，随着湖泊水位的升降

会形成环湖湿地。这些湿地是保持湖泊生物多样性最重要的地带，由浅至深会形成大面积的芦苇或水草带、水生物带。它是多种鱼、贝类产卵、栖息之地，也是多种昆虫、鸟类的筑巢之所。同时它又是湖泊的天然屏障，对于湖周入湖污染物起到遮挡、沉淀、吸收作用，寄生在水草根部的各种菌类也可以对有机物进行分解。但是，环湖大堤建成后，水陆的连续性遭到破坏，湿地消失，适于在浅水中生长的芦苇水草带消失。对太湖而言，若恢复环湖水生带需修整环湖地形，创造适合于芦苇、水草、挺水植物生长的条件。

对湖内生态进行规划和管理。目前东太湖水草旺盛，形成了较独特的生态系统。由于湖流向东太湖输送了大量土壤和营养盐，湖盆变浅，为挺水生物的生长创造了条件。而挺水生物的大量生长又减少了风浪及流速，为落淤创造了条件。同时水草的生长会吸收水中的营养盐，从而减少了水中磷、氮的浓度，抑制了藻类的生长。因此水体透明度增加，又有利于挺水和沉水植物的生长。东太湖成为太湖的生物净水器。需要研究的是今后能否逐渐扩大湖内水草的生长范围以及如何对湖内水草进行管理。水草吸收磷、氮而生长，因此适时收获水草就等于从水中提出磷和氮。如果不及时收获水草又可能因死亡而分解出磷、氮，成为内污染源。水草收获后的利用以及次年的生长都是需要研究的问题。

另外，湖泊的水位对湖泊生态有一定的影响，同时湖泊水深与风浪，透明度等都密切相关，因此在研究湖泊生态问题时应当注意对湖泊水位的控制与管理。

流域人类活动管理

在研究我国湖泊水质变化过程时，都会发现一个共同的事实。就是大多数湖泊的水质都是在近20~30年内急剧恶化，而在此之前的数千年中，这些湖泊水质基本保持良好状态。而近数十年来湖泊流域在水文、气象等条件并没有发生特别异常的变化。可以断定，湖泊水质的急剧恶化是人类活动方式和内容的变化所引起。因此，要实现湖泊的综合治理目标，必须对流域内人类活动的管理。特别是保持过去的一些好的生活方式，形成“少废生活方式”，这是保护湖泊的长久之计，而人类活动的管理，需要通过立法来实现。

1水源涵养林的管理。对于太湖西、南部入湖河流的水源地要保护原有林地，并根据规划逐步恢复涵养林，以保持水源清洁，减少洪水形成的水土流失。

2对于水土流失的控制管理。除对水土流失严重的沟谷进行整治，控制水土流失外，要对25度以上坡地严格执行退耕还林。

3土地开发利用的管理。太湖流域是雨量较充沛的区域，土地内的各种污染物容易被冲淋入湖。因此，应当尽可能增加雨水在流域内的滞留时间。在有条件的地方多修建水塘、水田，保留一定的洼淀用于培植芦苇和滞留雨水。对土地利用方式进行合理规划。

4对家庭有机垃圾进行管理。提倡使用农家肥，对家庭食物残渣、粪尿等沤制农家肥，减少化肥用量。

5对合理使用化肥进行指导。由于化肥施肥方法不当，约有50%肥料流入湖中。因此需要加强研究与指导，减少化肥的流失量。

6禁止在流域内使用含磷洗衣粉。太湖流域已明令禁止使用含磷洗衣粉，但应加强对生产、销售环节的管理，加强对居民宣传、教育、监督是十分重要的。

加强对湖内渔业生产的管理。湖泊内鱼类种群与数量对湖泊内生态系统影响较大，因此要对渔业捕捞量、禁捕鱼种，捕捞方式进行管理。同时要严格控制引入外来鱼种，以免引起生态失衡。控制或禁止网箱养鱼，大量投放饵种成为湖内污染源。

加强对湖周及湖面旅游活动的管理。太湖位于经济发达地区，旅游业十分发达，景点大量兴建。这些景点紧靠湖滨，对其排污要严格检查和控制，没有污水处理设施的不准营业。对水上船只不准排污和丢弃垃圾入湖，建立垃圾及粪尿的回收处理系统。

加强沿湖垃圾的管理。禁止向湖内及进出河道内丢弃垃圾。因此要在流域内的广大城镇和居民点建立完善的垃圾回收系统。

对流域内从小学开始进行爱湖教育。培养流域内居民的爱湖意识，应当从小学开始，材，广泛宣传，并组织各种爱湖活动，设立宣传周、宣传月，持之以恒方能收效。

5.太湖当前治理目标与对策太湖的水质改善将是一项长期而艰巨的任务，上述各项措施的实施和收效也将是需要大量资金和很长的时间。当前，根据现有的经济实力，应当抓紧进行的工作是什么呢？本人的看法是：

抓紧开展流域调查，尽快制定太湖流域生态、环境、污染控制规划。通过规划确定太湖流域的环境目标，生态目标并与流域内的社会经济发展目标相协调。该规划应当充分考虑我国已签署协议的“可持续发展”、“湿地保护”、“保护生物多样性”等一系列原则，由多方面专家共同完成。同时制定达到这一目标的各种中、长期对策。在流域环境、生态目标规划的前提下制定全流域包括点源、面源在内的污染源控制方案。

通过调查指导农田控制入湖污染物，充分利用土地、卫星湖、洼地的净化能力。面源污染中来自农田的污染占较大比例，结合农田基本建设应大量修建多功能水塘，贮留雨水，减少直接入湖地面雨流。水塘兼有防洪、除涝、抗旱、养殖、净化等功能，希望尽早提出示范样板，及时推广。在有条件的地方扩大水田面积，同时指导科学施肥，减少化肥的流失量。

太湖周围有许多卫星湖和大量洼地。这些湖泊可改建为前置库，利用生物措施将流入太湖的河水净化后再进入太湖。多数低洼地带已被改造为农田，从生态角度和太湖保护角度来看，应当尽量退出一部分洼地，形成自然生态系统，利用芦苇等净化水质。对于地下水位在地面以下较深，而土质为沙壤土的区域，可利用土地作污水净化处理，利用土壤空隙间的微生物对有机物进行分解。估计在太湖西部、南部地势较高区域具有潜力。

在广大农村成立志愿环保组织，指导家庭减少污染物排放。目前在农村地区还一时难以建设集中污水处理装置。但可通过环保志愿者广泛进行宣传，自行减少和处理家庭垃圾，减少进入水系和地下水的污染物。在日本琵琶湖保护初期就曾有家庭妇女组成的志愿组织，用肥皂和无磷洗衣粉逐户换回含磷洗衣粉，同时广泛地进行爱湖宣传。

加强对修复湖泊生态的调研与试点工作。湖泊生态和修复对改善湖泊水质是有效的，但在理论上、技术上必须搞清其可行性及其具体实施步骤。因此，目前应抓紧前期的调研和试点工作。

抓紧点污染源特别是对磷污染源的控制。如前所述，在入湖总磷负荷量中，工业占55.9%，生活污水占23.1%，蓄产15.8%，所以治理的重点是工业污染源治理。生活污水中如能控制含磷洗剂的使用将是有效的。但是无论是工业污水，还是活用水的处理都是很花钱的事情。而且目前污水处理技术的脱磷、脱氮效率都很难超过50%，要进行高度处理，投资是相当大的。据中日合作“太湖水资源保护项目”估算，若使太湖水质在2020年恢复到80年代初期，即基本达到Ⅱ类水水平，用于污染源处理的费用达2000亿元人民币。所以污染源的治理非搞不可，但根据目前的经济实力，难以短期见效，是一项持久努力的工作。

除对污染源进行处理之外，还可以通过技术改造，改进生产工业，减少工业污水排放总量，并尽可能减少磷、氮的排放量。而目前磷的排放主要集中在无锡、常州、苏州三市，应当作为重点治理目标。

篇(2)

一、流域概况

窟野河流域发源于鄂尔多斯高原东胜梁，流经内蒙古鄂尔多斯市东胜、伊金霍洛旗、准格尔旗和陕西榆林市的府谷、神木等5县（旗、市），于神木县境内入黄河，全长241．5km，流域面积8706km2。

流域地质构造属东胜台凸与陕北台凹过渡区，地貌组成大致以长城为界，东南部为黄土丘陵沟壑区，东北部为砾石、岩屑组成的砾质丘陵区，西北部为风沙土覆盖的砂质丘陵区，各类型区植被稀疏，土地沙漠化和潜在沙漠化非常严重。

二、降雨、径流、泥沙特征

流域气候干旱，多年平均降水量386mm，6～9月降水量占年降水量的78．7％，年际变化大。受地理位置和西风带、西太平洋副热带高压两大系统的影响，窟野河流域为黄河中游最大的暴雨中心之一，出现大于100mm日点暴雨的频次为0．35次／a。

流域多年平均径流量为6．46亿m3，年内变化大，季节性强，每年60％以上时间流量小于10m3／s（甚至断流），多突发性暴雨洪水，温家川站实测最大洪峰流量1400m3／s。

流域为黄河多沙粗沙区，实测平均输沙量1．061亿t，占河龙区间同期来沙量的13．8％，实测平均含沙量为140kg／m3。各区间实测来沙量和实测最大洪水含沙量见表1。

三、水土流失特征

窟野河流域的水土流失面积为8245km2，占总面积的95％。因地质条件迥异，流域内三大类型区水土流失类型及特点不同。黄土丘陵区水蚀为主，沟壑重力侵蚀异常活跃，多年平均侵蚀模数3．43万t／km2·a，局部地区超过4万t／km2·a，为剧烈侵蚀区；砂质丘陵区，流动、半固定沙丘广布，冬、春、秋三季风期，突发性沙尘暴频繁，夏季伴有水力侵蚀，侵蚀模数为1．5万t／km2·a，为剧烈风水两相复合侵蚀区；砾质丘陵区土层薄，砒砂岩出露，易风化，非汛期风蚀严重，汛期水蚀为主，平均侵蚀模数为1．0万t／km2·a，为极强度风水两相复合侵蚀区。

四、沟道特征

窟野河流域的沟壑密度平均为3．3km／km2，其中黄丘区4．5km／km2，砂质区和砾质区均为1．7km／km2。据“三条河”（窟野河、秃尾河、黄甫川）规划调查，全流域有大小沟道595条，其中3～10km2最适宜建骨干坝的小流域占64．5％，流域面积小于2km2易兴建淤地坝的支毛沟更多。这些沟道沟底平缓，纵比降多为0．01～0．04，沟底较宽，中下游（陕西辖区）沟宽多为几米至几十米，中上游（内蒙古辖区）一般为几十米至数百米，在这些沟道建坝库容大，效益显著。

五、工程布局

根据流域地质、地貌及水土流失特点，三大地貌类型区差异较大，按国民经济发展需要和除害兴利的原则，沟道治理的工程设施、布设方法及规模大小各有特点。

1．黄土丘陵区

沟道密度和地面坡度大，侵蚀模数高达2万～4万t／km2；水资源缺乏，支、毛沟多是干沟，面积较大、有常流水的沟道稍遇干旱也断流；沟道两岸阶地少，沟间地虽较平缓，但距沟道水源高差多在100m以上，提灌成本高，建设基本农田的条件极差。建坝蓄洪、拦泥、淤地、控制水土流失，发展基本农田，是促进坡地退耕还林还草的有效途径。

沟道措施布设分三部分：一是围绕支沟，在流域面积小于2km2的支毛沟内建设以拦泥淤地、发展基本农田为主的中小型淤地坝。二是在流域面积大于2km2的沟道，为保证下游水、坝地的安全，兴建集蓄水、拦泥、防洪、淤地于一体的骨干坝。这是治沟工程的主体和核心，数量多、作用大。同时为更有效地控制水土流失，在有条件的、骨干坝难以控制的大支沟的干流兴建大型拦泥坝。三是在有水源的沟道布设一些小水库、小池塘，蓄积长流水，为小块水地灌溉及生活用水提供水源。

2．砂质丘陵区

沟道密度小，多数沟道有长流水，水资源较丰富；地表风沙土覆盖，沟间地面积相对大而平坦，但质地差、利用率低；多为煤田开发区，人口增长快，企业生产和居民生活用水量增长快。如何把现有的水蓄积起来并更加有效地利用，显得非常重要。

这里的沟道治理，主要在流域面积较大的支沟干流中游，修建以蓄水为主的中小型水库或骨干坝，用以防洪蓄水，保护下游工矿生产安全并为工矿和居民生活以及下游灌溉提供水源；同时，在上游，特别是风沙土覆盖较少、水土流失严重的地方，修建骨干坝和淤地坝，用以分拦洪水泥沙、发展坝地、延长下游坝库的利用年限并保障运行安全。

3．砾质丘陵区

降水少，地表多为砾石，质地差，植被少，遇暴雨极易产生径流。沟道宽而平，且多数有少量伏水，有发展水地的条件。

沟道治理应大力推行准格尔旗川掌沟的治理经验。在较大的沟道内，分段建拦洪坝，用以蓄水、防洪、拦泥；在拦洪坝的下游兴建小水库、小池塘，蓄积长流水，即所谓“一坝一塘”；在水库、池塘的下游治河造地发展水地；在拦洪坝上游的支毛沟内，建设以骨干坝为主体的坝群，保证干流拦洪坝和水地的安全生产，淤地坝种植植物或造林。

从以上总体布局可看出，三个类型区都需兴建骨干坝和淤地坝，但重心和目的各异。黄土丘陵区突出拦泥淤地，砂质区突出蓄水，砾质区突出治河造地。当地多年实践证明，这种把减少入黄泥沙与发展当地生产结合起来，“三大效益”共同发挥的布设形式，是合理可行的。

六、工程规模

1．坝址资源

根据工程总体布局框架，与当地技术人员一起，逐条流域逐坝进行分析研究，我们对全流域建坝资源进行了详细摸底。摸底结果：骨干坝可建1000座，其中砾质区300座，砂质区381座，黄丘区319座。布坝密度：砾质区8．2km2／座，砂质区7．3km2／座，黄丘区密度最大为5．7km2／座。同时为更好地控制水土流失，在骨干坝未能控制的下游支沟的干沟，还可修建规模较大、库容超过500万m3的大型拦泥库65座；在支毛沟修建淤地坝4600座。

2．治沟工程设计标准及主要技术指标的确定

各类型区治沟工程的设计标准，按部颁《水土保持治沟骨干工程暂行技术规范SD175－86》规定，拟定如表2。

坝高和工程量，根据库容大小参照邻近已建坝或原设计坝高与库容关系曲线以及工程量推算，少数无邻近坝资料的，根据选择的典型坝在万分之一地形图上量算后推算；淤地面积根据坝高和拦泥量关系，每公顷坝地面积需泥量0．6万～1．5万m3确定。工程技术指标详见表3、4。

七、建坝次序及效益分析

建坝次序主要依据流域内资金筹措能力、劳力、机械设备状况等，按先易后难的原则和生态建设的总体规划统筹安排。因坡面治理需要时间，措施见效还需要时间，而在坡面措施未见效之前，加强沟道治理不仅可有效拦截泥沙，而且可加速坝地的形成，为坡地退耕还林还草，促进农林牧生产结构改善和经济的全面发展创造条件。

2001～2010年期间，是沟道坝库建设的重点，根据流域内各县技术力量、施工机具等实际情况，拟新建骨干坝685座，其中黄丘区242座，砂质区210座，砾质区233座；新建中小型淤地坝1728座，其中黄丘区450座，砂质区579座，砾质区699座。

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关键词：水情自动测报系统；系统总体功能；关键做技术参数；金沟河灌区

中图分类号：TV123 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-01-0169-1

0 引言

灌区信息化建设是实现新疆农业现代化的必由之路。大型灌区水利管理工作的效率提高必须由信息化来提供技术支撑[1]。金沟河流域位于新疆塔城地区沙湾县境内，地处天山北麓，准格尔盆地南缘，东以玛纳斯河为邻，西与巴音沟河相连。灌区内分布着沙湾县部分乡镇（场），新疆生产建设兵团农八师的部分团场。其得天独厚的地缘优势和规模化、集约化程度高，而水资源管理效率相对较低，决定了其建设水情自动测报系统的必要性。

1 金沟河流域水情自动测报系统的总体设计

系统设计的目标是根据金沟河灌区信息化建设的需求，结合金沟河灌区信息化的现状，建成一个以水雨情信息及视频监控信息采集为基础、通信系统为保障、计算机网络系统为依托、应用软件系统为核心的金沟河灌区数字化系统。系统的开发原则主要包括以下几个方面：（1）充分利用现有系统基础，实现系统综合效益最大化。（2）综合高度集成功能模块，实现水情自动测报系统开发集约化。（3）功能模块分化，模型结构适宜，实现系统开发建设科学化。

2 硬件系统设计

水情自动测报系统的站网由遥测站和中心站两部分组成，本系统中心站设在金沟河流域管理处，主要职责是辖区内部的系统管理。硬件系统的功能包括：（1） 各遥测站水文信息的实时自动采集以及传输和接收；（2）计算机处理数据，实现水资源的优化调度、灌区的优化配水；（3）计算机系统为Browser/Server体系结构。系统硬件构成如图1所示。

3 系统主要功能模块设计

系统的功能模块以数据库为核心，通过人机交互的方式进行基本水雨情信息数据处理、河道来水预报、灌溉调度、配水方案优选等主要功能模块。数据库又根据其根据其功能分区分为网络数据库和专门数据库两类。历史库与实时库和遥测库因为其信息共享的要求属于网络数据库。而水文预报及灌溉调度专属信息则在专用数据库。系统组织结构如图2所示。

（1）数据库管理模块。数据库系统是金沟河灌区信息的存储管理实体，是系统的支撑层，负责存储和管理公共数据，金沟河灌区信息化工程数据库系统由数据库管理系统和数据库组成，部署在本灌区中心站的数据存储中心。功能包括各种信息汇集的存储，数据访问、数据管理，信息交换及共享。（2）水情遥测模块。水情监测系统主要完成金沟河灌区信息化建设工程要求建设的各水文终端站所管辖水雨量监测点数据的采集和传输以及信息的预处理，并将采集的信息存储于实时数据库中。建成后系统可实现所监测水雨情数据的采集、存储，并将采集数据传输到中心站存储系统。（3）信息查询模块。水雨情实时信息查询管理子系统的目的是查询遥测数据，了解水雨情数据的实时变化，设定系统与遥测系统关系。包括：数据设定、列表查询、图形查询、站置定位、帮助等方面。系统提供了报警功能，查询水位，语音报警。（4）视频监视模块。金沟河流域水情自动测报系统建设目标为采用现代数字视频技术，在输配水关键点建立视频监视系统。全程保护金沟河灌区工程的设备安全和输配水环节的直观表达，为提高金沟河灌区的生产和设备各项管理业务水平提供有效的保障。（5）灌溉调度。根据上游水文测站测的流量或降雨量，通过一定的预报模型，计算出库水位；而洪水预报是进行入库流量预报及通过入库流量和时段长得出水库库容。根据预报结果，通过四种调度方式进行调度，然后由水库调度人员根据实际经验对调度结果进行修正，进行水库调度，为实际工、农业和垦区人民生活服务。对系统的预报、调度作业的成果，结果进行整理。

4 结语

随着新疆农业现代化技术的高速发展，灌区水情自动化测报是大势所趋。结合水情自动测报系统的研究工作，本文给出了水情自动测报系统的总体结构，通过分析测报终端在整个系统中的地位和作用，给出了测报终端的设计要求，按照设计要求，实现了具有准确测量、实时监控、远程通信、信息存储功能的水情自动测报终端。系统的开发为灌区的水情测报及管理高效工作带来了机遇。

参考文献

[1] 张良贵.灌区水管理信息化系统建设的必要性与可行性研究[C].灌区水管理论文集.北京：中国水利水电出版社，2001：19-21.

[2] 郭生练等.水库调度综合自动化系统[C].武汉：武汉水利电力大学出版社，2000.

[3]何新林，盛东，郭生练等.内陆干旱灌区决策系统研究[J].中国农村水利水电，2004，（7）：12-14.

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关键词：膨胀土；研究进展；综述

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

中图分类号：TU475文献标识码：A 文章编号：

引言

膨胀土是指吸水后显著膨胀、失水后显著收缩的高塑性粘性土。随着工程中膨胀土问题的逐渐增多，膨胀土对工程的危害已成为当今岩土工程界急需解决的全球性技术难题之一。20世纪30年代，国外首先开始注意到膨胀土的破坏现象。50年代末，美国首次全国性的膨胀性粘土学术会议在科罗拉多州召开。60年代到70年代后期，英国、美国、罗马尼亚、前苏联及日本都相继在正式的土工规范及铁路规范等文件中增列了有关膨胀土的条文内容。我国于20世纪50年代初，在修建成渝铁路工程中，首次遇到成都粘土膨胀危害问题，从而拉开了我国膨胀土研究的序幕。到了60年代，国内已经开始从膨胀土的结构、矿物成分、分类及膨胀基本特性等方面开展了详细研究工作。70年代中期，膨胀土的普查工作已在国内大规模的进行。80年代后期，国内膨胀土的研究重点主要集中在铁路路基处理上，并于1987年制定了《膨胀土地区建筑技术规定》[1]。迄今为止，国内外已召开过多次国际膨胀土研究与工程会议及国际非饱和土研究与工程会议，国外许多国家也都相继制定了膨胀土地区建设的规范文件[2]。有关膨胀土的结构特征、力学特性、变形特点等问题都取得了一定的突破。膨胀土的研究逐渐从一个国家或地区的研究逐渐发展成为世界性共同研究的课题。本文主要在前人研究基础上对膨胀土的研究现状作简要概述。

膨胀土的分布及成因类型

1.1膨胀土的分布

膨胀土在我国及世界范围内的堆积历史都较为悠久。跨越了第四纪、新第三纪及其以前若干时期。目前，已发现多达40余个国家存在膨胀土堆积，其中我国是世界上膨胀土分布最广，面积最大的国家之一。自50年代以来，我国先后发现膨胀土危害的地区已达20余个省、市、自治区。分布范围主要集中于珠江、长江中下游、黄河中下游及淮河、海河流域的广大平原、盆地、河流阶地以及平缓丘陵地带。

1.2膨胀土的成因类型

据国内外大量膨胀土研究成果，膨胀土的类型主要有以下几种类型：

（1）残积(风化)型膨胀土

残积(风化)型膨胀土不仅是工程问题和地质灾害最严重的一种膨胀土，同时也是热带、亚热带气候区特别是干旱草原、荒漠区最主要的膨胀土类型。残积型膨胀土具有高空隙性、高含水量和强烈胀缩的特点，这种不良特性来自化学风化作用，可使母岩结构破坏，矿物化学分解，碱及碱土金属和碳酸盐淋失，导致结构物不均匀开裂变形、结构破坏等。根据母岩成分不同形成的膨胀土有:a）玄武岩、辉长岩形成的含蒙脱石的残积膨胀土；b）泥灰岩、钙质泥岩残积膨胀土；c）泥质岩残积型膨胀土。

（2）沉积型膨胀土

工程实践和理论研究表明，并非所有的粘土都具有显著的膨胀性，而仅仅是有效蒙脱石含量大于8%～10%的高塑性粘土才具有显著的膨胀性。由于蒙脱石是微碱性富含Mg的地球化学环境下的产物，因此富含蒙脱石及其混层矿物的沉积型粘土主要形成和分布在半湿润、半干旱的暖温带和南北亚热带半干旱草原气候环境的沉积盆地中，其形成方式可以是湖积、洪积、坡积或冰水沉积。

（3）热液蚀变型膨胀土

地下热水和温泉分布区由于热水和温泉与岩石的相互作用，导致岩石中长石等矿物分解转化为蒙脱石而形成膨胀土，但并非各种岩石都可以产生蒙脱石化作用，通常仅是中基性火成岩，如玄武岩、辉绿岩、安山粉岩等。因此，热液蚀变型膨胀土这种类型并不普遍，我国仅在内蒙古阿巴嘎旗第四纪玄武岩和温泉发育区有灰绿色热液蚀变型膨胀性粘土的分布。国外在近代火山活动频繁、温泉热水发育的地区较多。

膨胀土的结构

结构是影响膨胀土工程性质的另一个重要因素。膨胀土的结构包括宏观结构和微观结构，其中宏观结构的主要特征是膨胀土的多裂隙性。多裂隙所构成的裂隙面及软弱面是宏观结构对膨胀土工程性质影响的最直接原因[3]。由于裂隙的存在破坏了土体的完整性，从而使强度评价产生困难。同时由于裂隙具有不均一性和变动性，使膨胀土表现出不同的强度特性[4]。耿建彬[5]将裂隙的形成和发育分为原生裂隙和次生裂隙，并研究了影响次生裂隙形成发育的因素。易顺民[6]结合分形几何和裂隙结构，探讨了膨胀土裂隙研究的定量化模式。膨胀土的微结构是膨胀土在一定的地质环境和条件下，由土粒孔隙和胶体结构等组成的整体结构。对膨胀土微观结构的研究，有助于了解膨胀土的力学特性。随着X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试技术的发展以及数字化图像处理技术的应用，使人们对土的微观结构的认识更深一步,发展到定量研究阶段。Delage[7]认为对非饱和土力学性质的理解需要用可靠的概念模型来实现。第一种概念模型涉及到非饱和土的微结构，第二种模型即非饱和土的弹塑性模型。Delage等在对压缩淤泥的微结构研究中注意到各种状态下压缩土的结构特征，以及含水量变化对土结构的影响。Alonso[8]等在研究膨胀土的结构特性后提出双结构模型，指出微结构对应饱和的内部凝聚孔隙，它主要受黏土与水的物理化学相互作用，并认为微结构具有可逆性。刘松玉[9]用分形理论研究了膨胀土的微观结构，并建立了相应的数学模型。对膨胀土的微结构的研究有助于我们对土的力学性质、胀缩机理的深入理解和认识，但还需要深入研究土体微结构变化对工程性质的影响。

膨胀土的判别分类

在膨胀土地区进行工程建设，必须正确识别膨胀土与非膨胀土，并对膨胀土进行分类，即将工程性质基本相似的膨胀土划分为同一类别，以便为工程的设计与施工提供合理的参数和科学依据。

膨胀土在世界各地都有分布，成因类型多种，关于膨胀土的判别，国内外尚不统一，就我国也有多个标准，如：公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)、公路路基设计规范(JTG D30-2004)、公路土工试验规程(JTJ051-93)、岩土工程勘察规范(GB 50021 2001)、膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112-87)等。

上述各规范对膨胀土的规定互有出入，即使公路部门执行的公路标准也还存在如何执行的问题。虽各标准界限和强调重点有所不同，但各标准都是以自由膨胀率δep为初判的标准，以胀缩总率（eps或ep50)为终判标准[10]，见表2、表3。各种规范(规程)对膨胀土的定义和判定标准不尽相同，说明各行业标准有所差异。膨胀土的含义、命名、判别方法及工程性质评价仍主要以《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJll2-87)为依据。在此基础上，许多学者对判别指标的选取及评判方法进行了相关研究，取得一定的成果，如杨世基指标[11]等。

表2 膨胀土的初判标准

规范、标准代号 膨胀土等级 自由膨胀率δep /% 说明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、V 强 ＞90 I 、Ⅱ 、Ⅲ强调“高塑性，高液限”， IV 、V 强调综合判断.

中 65～90

弱 40～65

表3 膨胀土的终判标准

规范、标准代号 判断计算式 胀缩总率eps或ep50 说明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 胀缩总率 eps:>4% 强 主要考虑士的可能含水量变化

eps /% eps:2～4% 中

eps:0.7～2.0% 弱

Ⅳ、V 地基胀缩变形量Sc /mm Sc: >70 mm 强 除考虑含水量变化外，还考虑地基的工作应力

Sc:35～70 mm 中

Sc:

注：ωn均为地基收缩过程中可能产生含水量的下限值；ω为土的天然含水量山；λn为收缩系数，通过收缩试验确定；ep50为50 kPa 压力下的膨胀率；σepi为第i层土在地基应力作用下的膨胀值(mm)；∆ωi为第i层土可能发生含水量变化值(以小数表示)。

膨胀土的物理力学性质

4.1 膨胀土工程特性

（1）胀缩性。胀缩性指膨胀土吸水后体积膨胀，失去水分后体积收缩的特性。如膨胀受阻产生膨胀力可使路面隆起，失去可使路面下沉或土体干裂。膨胀土不同于其它粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低。

（2）多裂隙性。膨胀土中的裂隙，主要可分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有几何形状的块体，如菱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。目前有两种观点阐述膨胀土的裂隙性，一是认为裂隙的产生由于膨胀土的胀缩特性导致，由于反复的吸水膨胀、失水干缩，反复周期变化，导致土体结构松散，而结构的松散使得雨水进入，又为胀缩创造了条件。另一观点认为，裂隙性引起的应力集中和吸力下降等原因造成了土层软化，引起土体的破坏。

（3）遇水崩解性。膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限的条件下则发生吸水湿化。不同类型的膨胀土崩解性不同，强膨胀土浸水后，几分钟很快就完全崩解；弱膨胀土浸水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。

（4）超固结性。膨胀土大多具有超固结性，天然空隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结力释放，边坡与路面出现卸载膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，使边坡容易破坏。超固结性是膨胀土的一个重要特征，这个特征越来越受到重视，并被认为是导致边坡渐进性破坏的一个重要原因。

（5）强度衰减性。膨胀土强度为典型的变动强度，具有峰值极高而残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度高，随着土体受胀缩效应和风化作用时间的增加，抗剪强度将大幅度衰减。强度衰减的幅度与速度和土体的物质组成、土的结构和状态、风化作用以及胀缩性的大小有关。

（6）易风化特性。膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏、强度降低。按其风化程度不同，一般可将膨胀土划为强、弱、微三层。

4.2膨胀土物理特性

膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类，一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，有一下几方面：

（1）含水量。膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关，如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀，含水量的轻微变化，仅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨胀。

（2）干容重。粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m3的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。

（3）渗透性。饱和渗流是非饱和土力学的重要组成部分，也是水文地质、地下水资源与环境和农田水利等学科领域共同关心的问题。Richards[12]将Darcy定律推广应用到非饱和渗流中，建立起水相渗流所满足的控制方程，即通常称为的Richards方程以后，人们才开始了非饱和渗流的研究。基于Richards控制方程的饱和-非饱和渗流得到了深入的研究，并成功地应用到许多实际工程中。早期对非饱和渗流的研究主要是定性研究和在理论上求精确解或级数解。Coleman和Bodman[13]最早研究了入渗后土壤剖面含水率分布，他们将含水率剖面分为四个区，即饱和区、过渡区、传导区和湿润区，这使人们对入渗过程有了初步的定性认识。20世纪60年代，随着计算机的出现，基于Richards方程的非饱和渗流数值模拟得到了前所未有的发展，早期主要用有限差分方法求解Richards方程，后来随着有限元方法的迅速发展成熟，后者逐渐取代了前者成为非饱和渗流数值模拟的主要方法。高骥等[14]对堤坝中由于洪水暴涨暴落产生的动态渗流作了饱和-非饱和数值模拟研究，在有限差分方法中采用了全隐式交替方向迭代法以及添加附加项来模拟饱和-非饱和渗流。

（4）液限、液性指数。液限、液性指数（不叫液限指数）以及塑限、塑性指数在土力学中是评价粘性土的主要指标。同一种粘性土随其含水量的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。

土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限，由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限。土的塑限和液限都可通过试验得到。塑性指数和液性指数可以根据土的塑限和液限通过计算求得：

塑性指数=液限含水量－塑限含水量，液性指数=（土的天然含水量－塑限含水量）/塑性指数。根据塑性指数可以对粘性土进行分类，根据液性指数可以判断土物理状态，土的液性指数越小，土越硬。

（5）黏粒含量。膨胀土按黏土矿物分类，可以归纳为两大类，一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石黏土在含水量增加时出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀。膨胀土的黏土矿物成分是决定其工程特性的主要内在因素。已有的研究表明，当黏土矿物中蒙脱石的含量达到5%时，即对土的膨胀性与强度产生影响，若蒙脱石含量超过20%，即土的工程性质主要由蒙脱石所决定，一般蒙脱石含量在12%以上的土，则具有较强的胀缩性[15]。

4.3膨胀土的基本力学性质

（1）变形与固结特性。膨胀土主要表现为吸水膨胀软化，失水干缩，即产生强烈的胀缩变形。膨胀土的变形可分为两大类：1）外加荷载作用下的压缩变形；2）外加荷载与入渗或浸水共同作用下的湿胀、湿化变形，或外加荷载与蒸发、风干、水位下降共同作用下的干缩变形。膨胀土的变形特性是膨胀土研究的重要研究内容之一，也是相关工程防治的关键，必须依据大量的室内试验和工程实例，分析并建立反映湿胀、湿陷、干缩特性的非饱和膨胀土的新型本构模型，才能较准确地描述膨胀土的变形特性。黄庚祖[9]通过膨胀土膨胀变形试验研究了膨胀变形的定性规律；徐永福[21]根据膨胀土的膨胀变形试验，提出膨胀土膨胀变形的模型，并利用这个模型解释了膨胀土的膨胀变形特征、通过统计各地区膨胀土的膨胀变形资料，得到膨胀变形与含水量和压力之间的定量关系、用轻便固结仪对宁夏膨胀土进行研究，得出膨胀量是含水量的线性函数，膨胀量的对数和压力的对数呈线性相关的规律。

（2）强度特性。膨胀土的强度特性较之普通的粘土要复杂得多。它既是膨胀土体抵抗破坏能力的表征，也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性，以及支挡结构物土压力的重要参数。通常情况下膨胀土的峰值抗剪强度相当高，但从失稳的膨胀土边坡反算出的抗剪强度却远远低于其峰值。

膨胀土膨胀性

膨胀土胀缩性能及其指标

在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。

（1）膨胀潜势，膨胀潜势就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。自由膨胀率Fs是指膨胀土经过粉碎风干后，一定体积的的松散土粒在水中没有任何限制条件下充分吸水产生自由膨胀，体积增大，试样稳定后的体积增量与初始体积之比。自由膨胀率与液限呈线性关系。线膨胀率δep是指膨胀土试样在无荷载(有荷载)有侧向限制条件下吸水后沿垂直方向膨胀的增量与初始试样高度之比。

（2）膨胀力，膨胀力就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。膨胀力Pe指土体的体积膨胀受到限制时吸水后所产生的最大应力，膨胀土的膨胀力与原始含水量(或饱和度)和干容重之间有密切关系，即膨胀力随原始含水量的增大而减少，随干容重的增大而增大。膨胀力与膨胀率有近似线性关系。

（3）收缩含水量，收缩含水量ωs指土体失水收缩稳定后的最低含水量，也就是土体在水分被蒸发散失时体积产生收缩并到达恒定而不继续缩小时的界限含水量，一般称为缩限。

（4）收缩量，收缩量是指一定体积的膨胀土体在水分蒸发过程中其体积的缩小量值。在工程中，常采体缩率和线缩率表征。

综上所述，膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。

膨胀土膨胀机理

膨胀土的矿物学理论研究者从矿物晶格构造出发，认为膨胀土的膨胀取决于膨胀土的矿物成分及其结构以及颗粒表面交换阳离子成分[2]等，膨胀土物理化学理论中以渗透理论、双电层理论应用较普遍，此理论认为膨胀土膨胀的主要原因是膨胀土颗粒表面产生了复杂的物理化学作用。膨胀土的膨胀性主要取决于矿物表面结合水层与扩散双电层的厚度(Grime R E；Lounghmm F C；华东水利学院土力学教研室)。膨胀土膨胀的物理力学理论包括有效应力理论、毛细管理论和弹性理论等[16]，该理论认为膨胀土的膨胀是在一定的外力作用下由膨胀土与水相互作用产生的物理力学效应引起的。

在这些理论中，应用较普遍是晶格扩张理论和双电层理论，晶格扩张理论认为膨胀土晶格构造中存在膨胀晶格构造，水易渗入晶层间形成水膜夹层，从而引起晶格扩张，使土体体积增大。但晶格扩张理论仅仅局限于晶层间吸附结合水膜的楔入作用，而没有考虑粘土颗粒间及聚集体间吸附结合水的作用。事实上，粘土膨胀不仅发生在晶格构造内部晶层之间，同时也发生在颗粒和颗粒之间以及聚集体和聚集体之间[10]。双电层理论认为双电层内的离子对水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在电场力作用下按一定取向排列，在粘土矿物颗粒周围形成表面结合水膜。由于结合水膜增厚“楔开”土颗粒，从而使固体颗粒之间的距离增大，导致土体膨胀。双电层理论弥补了晶格扩张理论在解释粘土胀缩原因方面的不足，发展了结合水膜在膨胀理论中的应用，使得膨胀机理的理论更加全面和充实。

膨胀良

大量的工程实践表明，化学方法改良膨胀土是十分有效并且广泛适用的工程处理方法。因为一方面选用的化合物本身可以固结土体，起到粘结土粒的作用，例如水玻璃，树脂等进行灌浆处理。另一方面化合物和土本身还可以进行一些复杂的物理-化学反应改变膨胀土的亲水性质。目前，国内外应用化学方法改良膨胀土的添加剂主要有石灰，水泥，粉煤狄及其它各种可溶性的无机盐，有机类的有表面活性剂，各种有机聚合物等。还有使用无机有机复配体系，如聚合表面活性剂与石灰，水泥复配[17]。

6.1无机类改良剂

（1）石灰类改良剂

在膨胀土中加入石灰进行改性，主要是针对矿物中易亲水的蒙脱石、伊利石，使其与石灰发生化学离子交换，通过微结构的改变来改变工程性质即膨胀土中加入石灰后，由于石灰水化产生大量钙离子，与蒙脱石，伊利石等活动性矿物层起吸附水作用；同时也把大量钙离子和溶液中析出的Ca(OH)2粒子吸附到颗粒周围，使矿物颗粒一晶格边缘断链所产生的电荷吸附钙离子来取得平衡，形成石灰的水化物在膨胀土矿物颗粒表面聚集，其作用过程与Ca(OH)2的硬化过程同时进行。

具有扩张型晶体的蒙脱石类矿物，其离子交换量很大，易于和生石灰发生阳离子交换，从而限制了矿物的胀缩性，聚集和粘结在矿物表面的Ca(OH)2，经硬化结晶，形成一种防止膨胀土颗粒内水外散和外水内侵的固化层，其结果使膨胀土减弱亲水性，自身稳定性增加，石灰土试件达到一定的力学强度。当膨胀土中加入石灰以后，其击实土样结构形态多为团粒较大的集粒结构和基质状结构，这类结构也不利于吸水膨胀，因而用石灰处理后的石灰土的膨胀性也就得到了改良。利用生石灰改良含水量偏大的膨胀土也有比较理想的效果，生石灰在转化为熟石灰的过程中，要吸收大量水分，同时产生热量，使土体中水分蒸发，降低土体含水量，有利于施工。但生石灰不易保存，施工时仍多以熟石灰为主。

（2）水泥类改良剂

水泥对膨胀土的固化，主要有以下几个方面的作用：a)水泥水化反应产生的C-S-H和C-A-H凝胶，附着在土颗粒表面，具有较强的胶结力，并形成了Ca(OH)2；b)Ca2+与土颗粒表面吸附离子发生阳离子交换反应，使土颗粒亲水性能降低和团粒化，增加膨胀土的水稳定性；c) Ca2+、OH渗透进入土颗粒内部，与粘土矿物发生物理化学反应，继续生成上述胶凝物质，可减少亲水粘土矿物的含量，并提高土颗粒间的连接强度[18]。

许多研究表明，随着水泥掺量增加，固化膨胀土强度有一定增加。但因水泥水化反应的体积缩减和水化作用消耗粘粒吸附水而引起干燥收缩，当水泥掺量超过6％时，稳定土的裂缝将显著增加。随着水泥的掺量增加，稳定土的收缩性能变差，而且固化土的经济成本直线上升，因此考虑固化效果和经济成本，固化膨胀土的水泥掺量一般在4％～10％之间。

（3）工业废渣类改良剂

粉煤灰、矿渣等工业废渣配合石灰、水泥也常被用来固化膨胀土，由于工业废渣在石灰、水泥水化的碱性环境中具有潜在水化活性，人们从经济和环保角度出发，用其来固化、稳定土体其固化机理与石灰类、水泥类固化剂类似。用工业废渣加固膨胀土，最大的优点是比较经济和环保，但其早期强度不高，而且通常需要较大的掺量。

6.2有机类改良剂

（1）有机高分子改良剂

有机高分子化合物是利用有机聚合物的聚合反应实现对土的固化增强，常用的此类改良剂有丙烯酸盐系列、聚液态丁二烯等。有机高分子类改良剂由于聚合物与土颗粒中粘土矿物一般不发生反应，其固化膨胀土的作用主要是在土中进行聚合反应，经过链的引发、链的增长等过程，使液状丙烯酸盐聚合成不溶于水的网状高分子凝胶体，这样土颗粒就被强度高、有塑性的链包围，形成一个空间网，形成土颗粒-聚合物-土颗粒的结构，这一结构可提高土颗粒间连结强度，使土体具有较高强度和变形率，表现为土的抗拉、抗剪和单轴抗压强度提高。

（2）表面活性剂改良剂

表面活性剂作为一种新兴的改良材料与前面提到的各种改良剂比起来有较大的优势。主要表现在其改良效率高，施加方便，旌工比较简单，而且改良周期较短，能缩短施工时间，节省施工成本，再者大部分的表面活性剂都是无毒性的，也很环保。现在国内外很多学者都开始做以表面活性剂作土壤固化剂的研发工作并已初有成效[19]。

7膨胀土的危害、防治

7.1膨胀土病害类型

（1）膨胀土边坡

膨胀土边坡不稳定，地基会产生水平向和垂直向的变形，坡地上的建筑物损坏要比平地上更严重。另外，膨胀土的胀缩性除使边坡房屋发生开裂、倾斜外，还会使公路路基发生破坏，路堑产生浅层滑坡和表面溜坍，路堤边坡发生坡角坍滑、腰部溃爬、路肩错落滑坍等，涵洞、桥梁等刚性结构物产生不均匀沉降，导致开裂等。

（2）膨胀土地基

在地勘初始过程中，由于膨胀土一般强度较高压缩性低，因此易被误认为是建筑性能较好的地基土。随季节性气候的变化而反复不断地产生不均匀的升降，而使建在膨胀土地基上的建筑物开裂遭到破坏。建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。并以低层砖混结构损坏最为严重，因为这类建筑物房屋质量轻，整体结构性较差且基础埋置浅、地基土易受外界环境变化的影响而产生胀缩变形。

7.2膨胀土病害的防治措施

在膨胀土地基上进行工程建设，应根据当地的气候条件、地基胀缩等级、场地工程地质和水文条件，结合当地建筑施工经验，因地制宜避免大开挖，依山就势建筑，并采取综合措施。

（1）路基边坡方面可采取的措施

①加强隔水，做好排水。路堑边坡或切坡建房时，应及早封闭，做好排水工作。施工时，注意工程用水和雨水的排泄，减少对基坑的浸泡时间；

②支挡防护。对不高的边坡，采取轻型防护，如方格骨架护坡、草皮护坡等；对较高边坡，采用挡护结合或分级挡护；

③改良土壤。用砂、碎石屑与膨胀土拌和，回填、夯实边坡。

（2）建筑物地基及基础方面措施

①换土垫层

将膨胀土全部或部分挖掉，换填非膨胀黏性土、砂、碎石垫层，并作好排水辅助措施。其作用主要是抑制膨胀土的升降变形引起的危害，减小地基胀缩变形和调节膨胀土地基沉降量。该方法施工工艺简单，可就地取材，是处理膨胀土地基的一种较为适用和经济的方法。

②增大基础埋置深度

其作用为：相应减小膨胀土厚度；增大基础面以上土的自重；加大基础与土的摩擦力；增大至基底的渗透距离和改变蒸发条件，致使地温和湿度的变化较稳定；

③桩基础

桩基础应穿透膨胀土层，使桩尖进入非膨胀土层，或进入大气影响急剧层以下的。

④湿度控制法

通过控制膨胀土含水量的变化,保持地基中的水分少受蒸发及降雨入渗的影响,从而抑制地基的胀缩变形。目前比较成功的保湿方法有:预浸水法、暗沟保湿法、帐幕保湿法和全封闭法[14]。

⑤压实控制法

用机械方法将膨胀土压实到所需要的状态，充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律,尽，量增大击实膨胀土的强度指标，是一种处理弱膨胀土较为理想的方法。

⑥土质改良法

利用物理改良或化学改良加固机理，通过改变膨胀土的物质组成结构和其物理力学性质，集成化学改良土水稳定性较好、有较大的凝聚力和物理改良材料有较高内摩擦角及无胀缩性的优势，达到强化膨胀土的土质改良效果。该法常充分利用一些固体废弃物与价格低廉的材料，如粉煤灰、矿渣与砂砾石等，有利于环境保护，且改良质量良好，得到了工程界的普遍重视。

8 结论

本文简要总结了膨胀土近年的研究进展及研究方向。文中第一部分主要介绍了膨胀土的分布及成因类型，以期对膨胀土有初步的了解，第二、三部分简要讲述了膨胀土的结构及判别分类，后阐述了膨胀土物理力学相关性质、膨胀性及改良相关研究。最后例举具体实例讲述了膨胀土的危害及其防治。鉴于膨胀土的研究是一个复杂极其庞大的工程，本文只属一般综述性文章，只能就近年来有关膨胀土的研究作初步探索，以期今后在此基础上有所突破。我国是世界上膨胀土危害较严重国家之一，目前很多对膨胀土的研究还处于定性阶段，很多理论和技术都不太成熟，对膨胀土的研究挑战还很多，后续研究还得加大力度。

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