Collapse and subsidence mechanism of compacted loess and suitability of mountain bulldozing and city creation projects in the Loess Plateau of China
Shengwen Qi, Xiaokun Hou, Yongtang Yu, Yaguo Zhang, Xie Hu, Linxin Zhang, Zhiqing Li, Songfeng Guo, Fangyu Zhang, Tonglu Li, Jianbing Peng
Abstract
黄土高原城市用地紧张与用地需求日益增大的矛盾使得平山造城工程应运而生，大规模平山填沟造地工程会引起场地水文环境变化，诱发填土地基失稳、建筑物破坏等，其工程长期适宜性是人们最关切的问题。通过现场调研、原位监测、室内试验、模型试验、数值模拟、和InSAR分析等工作，探究了压实黄土场地湿陷沉降机理及黄土高原平山造城工程适宜性。研究结果发现场地压实黄土的物理力学性质和微观结构同天然黄土差异较大，其力学性质差、孔隙连通性差、空间变异性大；湿陷变形本质为含水率增大引起土体刚度降低而发生的压密变形，湿陷过程中压实黄土的结构变化整体上表现为颗粒间孔隙的局部压密，颗粒及孔隙形态基本不变；非饱和压实黄土的蠕变特性同屈服应力和上覆荷载的大小密切相关，增大压实土体的干密度可提高屈服应力，缩短蠕变稳定时间，还可显著降低土体的渗透特性；典型平山造城场地厚层压实黄土中的含水状态基本能维持长期稳定，但有缓慢的向下水流补给地下水；该典型场地累积变形量随填方土厚度增大而增大，地表变形减缓沉降速率递减，预测工后15年场地变形可达稳定。此外，归纳总结了压实黄土场地整体沉降变形的内在机制，局部变形破坏特征和机制，阐明通过增大压实土体干密度和合理设置地下水排水设施可有效减小地表总变形量、变形稳定期和局部破坏。研究结果论证了整体地基的长期稳定性和局部灾害的工程可控性，从理论和实践上证实平山造城工程基本可行，提出了黄土高原平山造城工程的适宜性原则，为未来的平山造城工程提供科学指导。