《华北典型盆地地区海绵城市建设模式研究——以长治市为例》针对华北典型盆地地区海绵城市建设中存在的地基基础、固废利用和可持续发展模式的问题，介绍海绵城市适应性工程及产业技术方法、建设管理和全域推广模式。*先，介绍长治市主城区湿陷性黄土力学特性和海绵城市设施黄土地层沉降对周边建筑的影响；其次，介绍煤矸石、煤气化渣及粉煤灰固废材料制备高抗压强度、高抗折强度、高抗拉强度的建筑材料和分子筛技术；*后，介绍以长治市为代表的资源枯竭型城市发展总体定位与产业结构化特征、海绵城市建设驱动产业绿色转型路径及效果评估、政策体系构建与保障机制，并提出长治市海绵城市建设及其驱动的产业发展策略。

第1章长治市主城区湿陷性黄土力学特性
　　1.1湿陷性黄土试样采集与试验方法
　　长治市位于黄土高原的东南缘，该地区黄土以次生黄土为主，上部为马兰黄土(Q3)，呈黄褐色，下部为离石黄土，呈棕红色。长治地区湿陷性黄土厚度差异较大，部分地区厚度在3～5m，而某些局部区域厚度甚至超过了10m。依据长治地区黄土分布情况，研究发现长治市主城区黄土覆盖层为具有湿陷性的马兰黄土(Q3)，分布区域呈现长条状[1]。在典型低影响开发(LID)海绵城市设施(雨水花园、生态滞留草沟、砾石排蓄水层/滤层、人工渗井/管等)建设中，不可避免地会遇到浸水入渗的湿陷性黄土地层在其自重或者上部荷载作用下产生显著的湿陷变形。同时，黄土的原有结构遭到破坏，抗剪强度迅速降低，地基土体发生局部或整体破坏，导致地面上的建筑物产生开裂与破坏，这将给海绵城市建设设施周边的建筑物带来巨大危害[2]。因此，长治市湿陷性黄土特性研究是构建“资源节约型”与“环境友好型”城市发展模式的有力保障。
　　1.1.1湿陷性黄土试样现场采集
　　试验用土取自山西省长治市潞州区安泽街口的野外场地，采用机械开挖取土探井取土，如图1-1(a)所示，取土深度为3～5m，试样为长方体原状土块，黄土呈褐色，属粉质型黏土，质地较为密实。为了维持土样的完整性与原状性，试样用保鲜膜密封、塑料袋包裹，并用胶带封口后装入取样桶，如图1-1(b)所示。
　　1.1.2湿陷性黄土物性指标测定方法
　　1.含水率试验
　　土的物性与力学指标测定方法均依据《土工试验方法标准》(GB/T50123—2019)[3]。*先，称量彻底清洗且干燥的烧杯质量，后称取5～10g待测含水率的黄土样放入烧杯中，称量烧杯加待测黄土样的总质量。其次，将其放入105～110℃的烘干箱中烘干至少8h，如图1-2所示。*后，称量完全烘干的土样质量。土样含水率计算公式为
　　式中，w为土样的含水率(%)；md为干土质量(g)；m0为土样质量(g)。
　　图1-2土样烘干
　　2.天然密度试验
　　土的密度试验采用环刀法。对于天然黄土，*先称量环刀的质量，其次用环刀取样，如图1-3所示，*后称量环刀和土样的总质量，由此可以计算试验土样的质量，直径79.8mm、高20mm的环刀容积为100cm3，天然密度公式、干密度公式分别为
　　(1-2)
　　(1-3)
　　式中，ρ为土样天然密度(g/cm3)；ρd为干密度(g/cm3)；V为环刀容积(cm3)。
　　图1-3环刀取样
　　3.比重试验
　　采用比重瓶法进行比重试验。*先，将土烘干、碾碎、过2mm筛，称取约15g的试样装入容积为100mL的比重瓶内，称量试样和比重瓶的总质量，准确至0.001g。其次，注入蒸馏水约至比重瓶容积的一半，将比重瓶放入砂浴加热，如图1-4所示。再次，自悬液沸腾时算起，煮沸状态应持续30min，待比重瓶及其内置悬液冷却后，向瓶中注满蒸馏水，此时称取比重瓶、水、试样总质量，同时测量当前温度。*后，根据测得温度，从校正关系*线中查得比重瓶、水总质量。比重计算公式为
　　(1-4)
　　bwsw4式中，Gs为土样的比重；md为干土的bw质量d(g)；mbw为比重瓶、水的总质量(g)；mbws为比重瓶、水、试样的总质量(g)；ρw(m)T为温度为T时纯水的密度(g/cm3)；ρw4为温度为4℃时纯水的密度，ρw4=1.000g/cm3。
　　图1-4比重试验过程
　　4.液塑限联合测定试验
　　将准备好的大约250g的黄土样填入试样杯中，确保土样在试样杯内部填充均匀且无空隙，试样表面光滑平整，对较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面。使用液塑限联合测定仪测定锥体的下沉深度，液塑限联合测定仪如图1-5所示。记录锥体下沉深度，测试完成后在杯内锥体下落处取10g左右土样，装入试样盒并进行烘干，测量其含水率。对土样进行增(减)湿处理，搅拌并静置一段时间使其内部水分分布均匀，通过增(减)湿处理制备不同含水率的黄土试样，重复上述试验步骤，测定其他两个含水率试样的锥体下沉深度。在双对数坐标轴上绘制含水率(横坐标)与锥体下落深度(纵坐标)之间的关系*线，锥体下沉深度17mm对应的含水率为液限，锥体下沉深度2mm对应的含水率为塑限。根据式(1-5)和式(1-6)计算土样的塑性指数和液性指数：
　　(1-5)
　　式中，Ip为塑性指数；wL为液限(%)；wp为塑限(%)；IL为液性指数；w0为土样的实际含水率(%)。
　　图1-5液塑限联合测定仪
　　1.1.3湿陷性黄土力学指标测定方法
　　1.单线法湿陷性试验
　　*先，在减少对试样扰动的情况下拆封原状试块，环刀内壁抹上凡士林后自上而下进行切削取样，将环刀试样放置在压缩盒内，按要求安装完成后，将百分表调零。其次，先对试样施加**级荷载，待沉降稳定后再继续施加下一级荷载。记录时间标准：加载某一级压力时，需每间隔1h对百分表进行读数，该级荷载稳定的依据为1h内的下沉深度不大于0.01mm。*后，选取5个及以上试样在初始含水率条件下进行压缩固结试验，依次对各试样分别按规定荷载梯度进行加载，稳定后在附加压力下浸水饱和直至二次稳定。
　　2.双线法湿陷性试验
　　*先，设置两对比组试样分别加载相同**级压力，沉降稳定后将百分表调至一致。其次，将对比组中一个试样在初始含水率条件下分级加载至规定压力，待试样沉降稳定后在附加压力下浸水饱和至二次稳定。再次，将另一个对比组试样浸水饱和，待稳定加载下一级压力直至分级加荷到规定压力稳定时为止。*后，对两试样*终竖向沉降差值进行核算，两者差值不大于沉降量的20%时，表示试验结果较为准确。
　　湿陷系数.s计算公式为
　　式中，hp为初始含水率试样在一定级别压力下稳定后的高度；hp.为试样在浸水与附加压力作用下稳定后的高度；h0为试样的原始高度。试验设备为WG型三联高压固结仪，如图1-6所示。先制取比标准环刀试样略大的土样试块，称重后计算出应加水量，对其进行分批次滴注水操作，以保证所加蒸馏水均匀浸润土体，加水完毕后置于保湿缸内静置至少24h，保湿后制作相应含水率的环刀试样，并利用余土测定增湿后的试样含水率。选取山西长治地区原状土样，采用风干法与滴定法配制5%、10%、15%、20%、25%、33%(饱和)的不同初始含水率试样。
　　图1-6WG型三联高压固结仪
　　3.常规三轴剪切试验
　　将现场取得的原状试块进行拆封，用削土刀将原状土样削至其能放进削样器中，再用削土刀沿着削样器壁将多余土削除，如图1-7所示，*终用三瓣膜包裹试样，将两头削平，得到一个直径为39.1mm，高度为80mm的圆柱形试样。试样的初始含水率分别是5%、10%、15%、20%、25%与饱和，控制不同围压为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，*终得到不同试验条件下的土样共24个。
　　图1-7常规三轴剪切试验仪器与试样制作
　　1.2湿陷性黄土力学特性分析
　　依据《土工试验方法标准》(GB/T50123—2019)中的试验方法，测定了长治市典型Q3黄土天然密度、初始含水率、比重、塑限、液限等基本物性指标，并计算得到干密度、初始孔隙比、塑性指数及液性指数等指标。长治市典型Q3黄土的天然密度为1.63g/cm3，干密度为1.36g/cm3，初始孔隙比为0.987，初始含水率为20%，液限为37.6%，塑限为23.2%，塑性指数为14.4，液性指数为.0.22，土样的基本物理性质指标如表1-1所示。
　　1.2.1基于单线法的黄土湿陷系数分析
　　黄土单线法湿陷试验试样采用初始含水率的原状黄土试样，湿陷压力分别为

目录
前言
第1章 长治市主城区湿陷性黄土力学特性 1
1.1 湿陷性黄土试样采集与试验方法 1
1.1.1 湿陷性黄土试样现场采集 1
1.1.2 湿陷性黄土物性指标测定方法 2
1.1.3 湿陷性黄土力学指标测定方法 4
1.2 湿陷性黄土力学特性分析 6
1.2.1 基于单线法的黄土湿陷系数分析 6
1.2.2 基于双线法的黄土湿陷系数分析 7
1.2.3 湿陷性黄土强度指标与初始含水率关系分析 9
1.3 湿陷性黄土微观结构特征 10
1.3.1 土微观结构测试方法 11
1.3.2 基于SEM的湿陷特征微观定性分析 11
1.3.3 基于SEM的湿陷特征微观定量分析 13
1.4 长治市主城区黄土湿陷系数预测方法 15
1.4.1 黄土湿陷系数随地层物性指标变化规律 15
1.4.2 黄土湿陷系数与地层物性指标之间的数学关系 20
1.5 长治市主城区黄土场地湿陷等级分布特征 21
参考文献 22
第2章 海绵城市设施黄土地层沉降对周边建筑的影响 23
2.1 海绵城市设施黄土地层降雨入渗扩散特征 23
2.1.1 黄土地层三维渗流数值模拟方法 23
2.1.2 黄土地层降雨入渗扩散范围 26
2.1.3 下沉式绿化带入渗扩散特征 28
2.2 黄土地层三维湿陷变形数值模拟方法 30
2.2.1 三维湿陷变形数值模型 30
2.2.2 黄土湿陷变形数值模拟方法 30
2.2.3 数值计算参数与方案 34
2.3 海绵城市设施降雨入渗黄土地层沉降变形特征 35
2.3.1 黄土地层湿陷变形特征 35
2.3.2 邻近建筑物基础变形特征 38
2.4 黄土地层沉降变形对周边建筑影响等级分布特征 39
参考文献 41
第3章 基于海绵城市理念的煤炭产业废料资源化利用方法 42
3.1 不同材料制备固废基透水材料及性能 42
3.1.1 原料分析 43
3.1.2 制备透水材料 44
3.1.3 透水材料配合比设计 45
3.1.4 透水材料优化试验 51
3.2 粉煤灰基分子筛的制备及其性能 55
3.2.1 碱熔融水热法制备粉煤灰基分子筛 56
3.2.2 碱熔酸浸两步法制备粉煤灰基分子筛 63
3.2.3 粉煤灰基分子筛的性能 67
参考文献 72
第4章 长治市城市发展总体定位与产业结构特征识别 73
4.1 长治市城市发展总体定位 73
4.2 长治市经济社会发展现状 74
4.2.1 经济方面 74
4.2.2 社会方面 76
4.3 长治市城市产业结构特征 76
4.3.1 产业空间布局 76
4.3.2 产业发展现状 77
4.4 长治市产业转型SWOT分析 78
4.4.1 长治市产业转型的优势 78
4.4.2 长治市产业转型的劣势 79
4.4.3 长治市产业转型的机遇 80
4.4.4 长治市产业转型的挑战 80
4.4.5 长治市产业转型对策 81
参考文献 82
第5章 长治市海绵城市建设驱动产业绿色转型路径及效果评估 84
5.1 长治市海绵城市建设驱动产业绿色转型路径 84
5.1.1 长治市海绵城市建设与产业绿色转型的耦合关系 85
5.1.2 长治市海绵城市建设与产业绿色转型的发展范式 88
5.1.3 国内外产业转型案例研究 100
5.2 长治市海绵城市建设驱动产业转型绿色效果评估 102
5.2.1 海绵城市建设对产业转型效益 102
5.2.2 海绵城市建设对城市的碳排放效益 107
参考文献 117
第6章 长治市海绵城市建设驱动产业绿色转型的政策体系构建与保障机制 119
6.1 长治市海绵城市建设与产业绿色转型政策体系 119
6.1.1 长治市海绵城市建设政策体系 119
6.1.2 长治市产业绿色转型政策体系 120
6.2 长治市海绵城市建设与产业绿色转型保障机制 121
6.2.1 长治市海绵城市建设保障机制 121
6.2.2 长治市产业绿色转型保障机制 122
6.3 长治市海绵城市建设与产业发展 124
6.3.1 长治市海绵城市建设与产业发展相互关系 124
6.3.2 长治市海绵城市建设与产业发展策略 125
参考文献 126
附录A 127
附录B 129