随着国家西部大开发战略的推进，大面积、大厚度黄土高填方工程不断增多，高填方工程的变形与稳定问题成为岩土工程领域热门研究方向之一。由于黄土的“水敏性”，使得水环境控制对黄土高填方工程的安全稳定变得至关重要，最直接的安全问题主要体现在土体的沉降变形持续增大。因此，开展水环境变化对黄土高填方沉降影响及控制的研究，对黄土地区高填方工程的沉降变形控制及沉降预测具有重要的理论和科学意义，可科学指导重大的工程建设。 本文基于室内单元试验、离心模型试验、现场调查分析、三维仿真预测、工程实践总结、原位动态监测等综合技术和手段，从细观角度研究了非饱和压实黄土的湿化工程特性，从宏观角度揭示了黄土高填方工程的变形规律以及沉降影响因素，从环境评价角度开展了实际工程建设前后的“水-土”相互作用影响分析与评估，从工程技术角度总结了湿化沉降的工程防控措施与经验，并对防控效果进行了检验与评估。主要研究内容和成果包括： 1）非饱和压实黄土水-力学特性研究。研究制样含水率和干密度对压实黄土持水特性和力学特性的影响，分析了造成其水-力学特性差异的原因，揭示了压实黄土沉降变形规律和主要影响因素。 压实黄土制样含水率差异对其持水特性的进气值、脱湿速率和残余含水率均有明显影响。当在最优含水率下压实时，黄土进气值最小达到1.9 kPa和2.5 kPa。当基质吸力较小时，干密度越小土水特征曲线滞回度越大， 当基质吸力较大时，不同干密度土样的滞回度基本相同。压实干密度和制样含水率一定时，压实黄土以最优含水率作为制样含水率时的屈服应力最大，达到98 kPa和268 kPa。 2）基于离心模型试验的高填方工程沉降模拟与分析。针对实际工程问题，开展了多组湿化条件下黄土高填方工程长期沉降的模拟与预测，探讨了黄土高填方长期沉降的主要影响因素，提出了研究黄土高填方的成套离心模型试验技术，包括沟谷地基特征、沟谷形状、地下水位变动及降雨入渗增湿等系列模拟方法。 揭示了沟谷相对刚度、场地地形条件、土方填筑厚度、填土压实系数等因素对黄土高填方沉降与变形的时空影响规律。 发现当压实度从0.75增加到0.85，黄土高填方工后沉降量和上部浸水增湿沉降量可分别减小14.5%和44.2%。创新性地提出了试验结果在黄土高填方土方补偿设计、沟谷地基沉降反演、地表张拉裂缝防控等方面的应用技术。 3）基于一维模型试验的压实黄土沉降分析。采用一种新的分隔式离心模型箱，剔除了二维边界对填方沉降的影响，开展了不同压实度、不同填方高度条件下的一维压缩沉降对比试验。开展了侧限条件下的压缩试验和增湿模拟，就填方厚度、压实度对压实黄土一维工后沉降和增湿沉降的影响进行了模拟和对比分析， 构建了其空间和平面参数拟合关系，并提出了一维侧限条件下的工后沉降控制标准。结论显示，所提工后沉降压缩比的概念可准确分析天然状态下0.80压实度的黄土高填方，工后侧限沉降量占填土厚度1%左右。 4）水环境与高填方工程相互影响分析。通过对依托工程建设前后的对比，开展了水环境与高填方工程的相互影响研究，分析了高填方工程实施后场地水文地质结构、地下水赋存环境和补给径流排泄路径的变化规律，并对填方土体建设前后其物理力学指标的变化进行了测试与统计分析，从宏观与细观两个维度揭示了真实条件下水环境与高填方工程建设的相互作用与影响规律。 基于实际沟谷地形构建三维有限元模型，通过数值模拟，预测了地下水上升（地下排水系统失效）极端不利工况下的黄土高填方沉降与变形趋势。 5）湿化沉降控制措施研究与效果评价。基于研究成果，总结分析了黄土高填方工程建设的总体思路和基本原则，首次从“工程本体加固”和“湿化诱因阻隔”两个角度提出并建立了黄土高填方湿化沉降综合防控技术体系，结合水环境变量等的原位监测结果分析，验证了系列工程技术措施的合理性和有效性。 |
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