超深黄土填方体内部水分场变化规律及其工程病害效应研究

In the process of urbanization of the Loess Plateau in China where ravines are crisscrossed, Loess fill foundation is indispensably a typical and commonplace engineering measure. The changes in groundwater field before or after the loess fill foundation project may result in inhomogeneous deformation of filled-in ground, which is the underlying cause of various engineering disasters in ultra-deep loess fill foundation areas. The ultra-deep loess fill foundation body is designed to be an object of study. By the methods of field monitoring, indoor test and numerical simulation, the mathematical model of the groundwater field within loess fill foundation body will be established to reveal its distribution and variation. According to the digital image of loess sample microstructure and digital photographic measurement technology, the morphology and the dynamic process of loess sample microstructure in changing groundwater field will be tracked; the influence of groundwater field changes on the loess sample structure, deformation and mechanical properties will be analyzed. With the introduction of groundwater migration factor, the loess constitutive model of will be built by investigating the temperature and humidity factors simultaneously. Finally, the engineering disaster effect of groundwater field changes within the loess fill foundation body will be uncovered by the experimental research of the numerical simulation.

在我国沟壑纵横的黄土高原地区城市化进程中，黄土填方是必不可少的一种典型而又普遍的工程措施，而工前工后地下水分场变化引起填土地基不均匀变形是超深填方场地各类工程病害的根本内因。本项目拟以超深黄土填方体为研究对象，通过现场监测、室内试验结合数值模拟，建立适于表征黄土填方体内部地下水分场的数学模型，揭示其地下水分场的分布及变化规律。根据土样微细观结构数字表征图像，结合数字照相测量技术，对水分场变化下土样微细观结构形貌及其变化的动态过程进行跟踪，分析水分场变化对土样结构、变形及力学特性的影响机理。在引进水分迁移因子的基础上建立同时考虑温度、湿度因子的黄土本构模型，进而通过数值模拟试验研究，揭示黄土填方体内部水分场变化下的工程病害效应。

在我国沟壑纵横的黄土高原地区城市化进程中，黄土深填方是必不可少的一种典型而又普遍的工程措施，而工前工后地下水分场变化引起填土地基不均匀变形是深填方场地各类工程病害的根本内因。本项目以影响黄土填方土体地下水分场环境变化的因素作为切入点，通过现场监测、室内试验结合数值模拟，建立了适于表征黄土填方工程区地下水分场的数学模型，获得了水分场变化下引起土样内部结构变化的细观图像，揭示了工前工后黄土地层地下水分场的分布及变化规律。根据土样微细观结构数字表征图像，结合数字照相测量技术，对水分场变化下土样微细观结构形貌及其变化的动态过程进行跟踪，分析了水分场变化对土样结构、变形及力学特性的影响机理，根据水分采集仪获得的数据得了到不同状态下土样的水分分布情况；进而得到了增湿-减湿条件下土体的沉降规律，探索了黄土强度性质和增湿-减湿循环过程的关系，建立在增湿-减湿循环下的水分迁移模型。通过压缩试验及剪切试验，获得其变形及强度与增湿-减湿循环的关系，分析增湿-减湿循环过程对土中胶结物形成和土结构强度的影响，建立了土样在不同水分场的变形特征、变形及强度参数的变化方式。在引进水分迁移因子的基础上建立了同时考虑温度、湿度因子等因素，进而通过数值模拟试验研究，结合理论模型从微观及细观层面深入阐明了地下水分场环境变化条件下水土作用的实质，分析了地下水分场环境变化引起的土体变形规律。得到了不同条件水分场的变化规律、不同条件下地下水迁移引起填方土体的变形规律、增湿-减湿循环下及温度变化下填方土体水分场变化规律、增湿-减湿循环下及温度变化下填方土体的变形规律、水分场变化对土样结构、强度及变形的影响机理。根据模型试验，得到了填方土体在不同的不均匀沉降差下管线位移、应变以及下部土压力的变化规律，在此基础上提出变形控制措施。项目研究结果可为黄土地区填方工程的合理利用、地质环境保护和防灾减灾提供理论依据。