重大黄土工程人地界面水—力相互作用演化过程获揭示

 

中国科学院地理科学与资源研究所研究员兰恒星团队追踪了典型重大黄土挖填工程的施工、运行等生命周期，揭示了重大黄土工程人地界面水—力相互作用演化过程。相关研究成果近日发表于国际学术期刊Engineering Geology。

黄土高原的人口增长和城市化带来大规模平山造地工程。在重大黄土挖填工程中，天然黄土与深层填土形成人工地质界面，理清其内部的水力-力学行为演化过程，对工程稳定性分析至关重要。

为此，研究人员追踪了典型重大黄土挖填工程的施工、运行等生命周期，分析了天然黄土和深层人工填土在两者界面范围的水分、基质吸力、各向位移和应力的变化。他们发现，在大厚度填土堆积过程中，填方体及填挖界面内垂直应力持续增大，而侧向土压力随时间的推移先增大后减小，逐渐趋于稳定。同时，填方体与天然黄土接触带在施工过程中发生垂直压缩和横向扩展，而在施工停止期逐渐发生横向回弹。

研究人员还发现，在3年施工停止期，填方体垂直应力和侧向土压力呈周期性波动，这与不同环境相对湿度下受含水量变化影响的黄土蠕变和收缩有关。总体而言，在这一重大黄土挖填工程的施工过程中，填土和界面的历史平均主应力与偏应力之比处于破坏包络线以下，处于相对稳定状态，然而人工地质界面内水的扩散对填山造地工程的长期稳定性造成潜在威胁。该成果为黄土高原重大工程建设提供基础科学数据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2023.107241