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先存断裂对抽水沉降及地裂缝活动影响的数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
过度抽取地下水对断层构造型地裂缝的加剧作用是很明显的,但具体的作用机制却很复杂,过去的研究多是简单的定性分析,数值模拟和定量计算少有报道。笔者采用比奥(Biot)固结渗流理论和基于A、B面接触判断的库仑滑动和张裂的接触面单元,对抽水作用下地裂缝的活动进行了数值模拟,初步探讨了抽水活动引发和加剧地裂缝活动的机制。结果表明:抽水作用下抽水井周围水平应力场发生近井区挤压、远井区拉张的变化,当拉张区内的拉应力超过土体抗拉强度时将会出现自上而下的张裂缝;先存断裂的存在将影响应力变化的模式,同时由于断裂的软弱性,使得地层容易沿其发生滑动或拉裂,从而加剧地裂缝的活动;先存断裂对地面沉降和地裂缝具有诱导、隔离和放大的作用。 相似文献
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注水问题的含水层位移模型求解的难点在于边界条件的恰当处理。根据Theis定流量抽水与注水水流模型的反对称特性,假定注水位移模型的无限远通量边界与抽水位移模型的无限远通量边界也具有反对称性,从而得到Theis定流量注水的含水层位移模型解答,发现定流量注水与抽水的含水层骨架颗粒位移速度、累计位移量、径向应变及切向应变的解答均互为反号值。注水过程中含水层在径向有两种形变区,依次为膨胀区和挤压区。在膨胀区和挤压区的界限处,径向位移取得最大值。如果假定含水层顶底板不动,注水导致的地层相对位移足以产生水井或油井套管变形和折断破坏。注水时含水层在切向处于恒拉张状态,这可能导致井壁围岩产生径向放射状张裂缝。 相似文献
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西安地裂缝两盘的差异沉降是地裂缝活动主要方式之一,抽取承压水是加剧地裂缝两盘差异沉降活动的重要因素,但其具体作用机理尚不十分明晰。本文通过分析水平微元的受力条件和土体-地裂缝协调变形特征,并利用数值法,解释了地裂缝上、下盘的变形差异机理;然后采用数值法,得到了不同抽水条件、地裂缝透水条件下的地面沉降特征。研究表明：地裂缝较小的剪切模量导致近地裂缝处上盘单元所受上覆荷载及下侧反力较大,下盘单元恰好相反,从而使得相较于下盘,上盘沉降较大;抽水条件和地裂缝透水性通过影响抽水引起的力学扰动,放大了两盘的变形差异;当抽水井位于上盘时,地表出现明显的沉降差异,且地裂缝透水性越差,这种差异越显著。 相似文献
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依据现场调查、工程探测和室内测试分析,探讨了徐水县北楼村漕河地裂缝的形成机理和演化过程。北楼村漕河地裂缝沿河道发育,属张性拉裂缝,呈现逐年向上游、下游扩展的趋势。地裂缝的发生主要是由当地超量开采地下水引起的。特别是农田灌溉机井的大量抽水,使第四系松散层地下水水位急剧下降,水力坡度加大,含水砂层发生渗透变形,砂层被淘空,导致漕河两侧地表沉降。而相比于河道两侧,河道内地表沉降量小,致使河道中心土体中产生次生拉张应力,形成地裂缝。因而,有必要进一步研究地裂缝的灾害效应,为地裂缝灾害的预测防治提供科学依据。 相似文献
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跨地裂缝墙体开裂形态分析 总被引：2，自引：0，他引：2
应用非线性有限元法对跨地裂缝的墙体开裂形态进行了分析,确定出了具有三维活动性的地裂缝垂直穿越墙基时,墙体出现裂缝的位置、倾向、倾角和后期的发展状况,以及随沉降量与张开量比值变化的规律。结果表明:地裂缝垂直穿越围墙时,墙体上出现的裂缝一般有两种形式:一是位于地裂缝下盘的墙顶竖直裂缝,二是出现在地裂缝正上方墙体底部的斜裂缝;当地裂缝两盘的土体活动以水平拉张为主时,墙体底部出现的斜裂缝以高角度向上扩展,当地裂缝两盘的土体活动以差异沉降为主时,墙体底部出现的斜裂缝则以较缓的角度向上扩展,倾向与地裂缝相反;只要地裂缝的上下盘土体有微小的错动,一般2～3mm时,就会引起墙体的破裂,且墙体裂缝扩展迅速,几个毫米的错动量,就能使墙体裂缝扩展数十厘米,甚至贯通整个墙体;墙体斜裂缝在产生初期较为平直,随着裂缝的迅速扩展,端部稍向下弯曲,倾角减缓,整体呈弧弯状。 相似文献
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为了揭示在非承压含水层中定水头抽水试验引起的达西-非达西两区流动机理,提出基于有限差分法的地下水定水头抽水井流数值模型。该模型根据抽水的流态特征将含水层分为2个区域：靠近抽水井的有限非达西渗流区域和远离抽水井的半无限达西渗流区域,其中非达西流区域流态的模拟基于Izbash方程实现。通过与COMSOL Multiphysics的有限元数值解进行比较,验证了所提出数值解的可靠性。最后,研究有限非达西流效应对水头和抽水井抽水速率的影响以及井内水头对抽水井抽水速率的影响。研究表明：在抽水试验中非达西区域的影响不可忽略,湍流会分别导致两区流中水头较纯非达西流和纯达西流的水头偏大和偏小,且随抽水时间的增加逐渐变大;通过减小抽水井井内水头或增大非达西系数可提高抽水速率,但该影响会随抽水时间的增加而逐渐减弱;断面流量随径向距离的增大而不断减小,断面流量与径向距离曲线下降速率不断减小,且在转换界面处会出现转折点。该模型为定量研究在非达西流和达西流耦合作用下抽水井附近的井流水头特征提供了一种简洁的方法,并为调查定水头抽水测试期间的抽水速率提供理论依据。 相似文献
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以西安市昆明路地下综合管廊穿越f3地裂缝为研究对象,基于有限元数值模拟分析了地裂缝错动作用下分段地下综合管廊的变形与受力特征。结果表明:地裂缝错动作用下地下管廊顶板竖向沉降变形整体上呈现反“S”形特征,其变形量随地裂缝错动量的增大而增大;管廊结构纵向变形大致可划分3个变形段即下盘翘曲变形段、不均匀沉降段和上盘整体沉降段;在管廊设计使用寿期100 a内地裂缝错动量为50 cm时,管廊接头部位顶板的水平位移在地裂缝带处达到峰值,为4.1 cm,而底板水平位移为3.2 cm,管廊接头部位易发生张开、错位破坏现象,应予以加固;在地裂缝带附近,上盘管廊底板的接触压力减低至0,存在底板脱空现象,应预留注浆孔便于必要时进行注浆加固处理,而下盘管廊底板的接触压力则有明显增大的趋势;当地裂缝错动量超过20 cm时管廊结构顶、底板的拉应变超过了混凝土的极限拉应变,管廊变形破坏模式主要为拉张破坏。研究结果可以为西安市及其他地裂缝发育区地下综合管廊穿越地裂缝带的结构设计提供科学依据。 相似文献
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大吕-白张地裂缝位于山西省运城盆地东南部,已破坏大量沿线的房屋、道路和农田,造成了巨大的经济损失。为探明其基本特征及成因,利用野外实地调查和槽探,基于钻探、地球物理勘探详细地描述了地裂缝的基本特征,包括平面、剖面、近地表和深部4个方面;基于区域应力基底构造分析、断裂构造条件分析和In SAR沉降监测,从孕育环境、断裂控制和抽水诱发等方面分析了地裂缝的成因机理。调查结果显示大吕-白张地裂缝位于中条山断裂和鸣条岗东侧断裂上盘,穿越8个村庄,断续延伸9. 2 km,整体走向NE45°,倾角为70°～85°。地裂缝上宽下窄,两侧地层被不同程度的错断,位错量随着深度的增加而增加,表现出同沉积断层的性质。地裂缝以垂直位错为主,兼具水平拉张,且具有沿走向的活动差异性。大吕-白张地裂缝是在多种因素共同作用下形成的,区域拉张和基底伸展导致基底破裂,为地裂缝的孕育创造了条件;构造断裂控制地裂缝的发育和活动;抽水诱发地裂缝并导致其出露地表;地表水潜蚀扩大地裂缝的活动规模并最终形成现今地裂缝。本文不仅对于运城盆地的防灾减灾具有重大意义,可为该地区的经济建设提供理论支撑。 相似文献
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近年来由于北京市平原区地裂缝灾害凸显,不仅加速地表水土流失,而且对灾害区基础设施建设造成严重影响。为分析地裂缝形成原因,缓解及减轻地裂缝灾害造成的经济、财产损失,本文以新发现的宋庄地裂缝作为靶区,通过地质调查、InSAR监测、槽探、钻探等方法,揭示了宋庄地裂缝空间发育特征,从地质构造、地层岩性、地面沉降等方面,深入分析成因。结果显示:（1）宋庄地裂缝影响长度达8.7 km,NEE向延伸,受灾体主要展现出拉张形变;（2）区域拉张应力场为宋庄地裂缝形成提供内动力条件,构造影响下的第四系沉积厚度差异及地层岩性不均一,为宋庄地裂缝形成提供重要地质背景;（3）南苑-通县断裂为宋庄地裂缝形成提供了应力积累和传递媒介;（4）地下水超采引发的土体水平、垂向变形是地裂缝形成的诱发条件。受基底伸展变形、隐伏断裂及地下水开采影响,土体发生水平及垂向变形,使得在非饱和带断层区附近形成拉应力集中区,当达到土体抗拉强度时,形成盲裂缝,在雨水侵蚀或潜水位回升作用下,扩展至地表形成裂缝及串珠状土洞。 相似文献
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在调查和监测中发现北京平原区地裂缝受灾体灾害表现形式不同,具有显著的区域特点。为揭示其形成过程,指导地裂缝防治工作,本文以宋庄地裂缝、高丽营地裂缝两处典型地裂缝作为靶区,从受灾体、剖面、深度、活动四方面揭示两处地裂缝形态特征,分析不同因素对二者差异化形态特征塑造的影响。结果显示:（1）宋庄地裂缝受灾体表现出明显的拉张变形,剖面上地裂缝上宽下窄铅直纵向延伸,深部未与隐伏断裂重接复合;高丽营地裂缝受灾体表现为显著的垂向错动及剪切破坏,剖面上地裂缝曲折纵向延伸,错开上下两盘地层,深部与隐伏断裂重接复合。（2）地震及区域应力场对两处地裂缝的水平形态特征进行塑造;地下水超采引发的土体差异性水平运动形成的拉应力作用于宋庄地裂缝,并对宋庄地裂缝形态进行再次塑造;高丽营地裂缝继承了黄庄—高丽营断裂形态特征;小区域差异沉降对垂向形态特征进行再次塑造。（3）宋庄地裂缝发育主要受地下水开采影响,对此类地裂缝防治应实施地下水减采、压采限采等方式,高丽营地裂缝发育受地下水开采及隐伏断裂双重影响。对此类地裂缝的防治除控制水位下降外,还需实时监测隐伏断裂活动情况,建立有效的预警预报体系。 相似文献
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About 40% of the water supply of Cairo, Egypt, is drawn from a groundwater reservoir located southeast of the Nile Delta. Several thousand shallow wells supply drinking water to the farmers from the same groundwater reservoir, which is recharged by seepage from Ismailia canal, the irrigation canal network, and other wastewater lagoons in the same areas. Sewage water lagoons were located at the high ground of the area, recharging contaminated water into the aquifer. Since the groundwater in this area is used for drinking purposes, it was decided to treat the sewage water recharging the aquifer for health reasons. In this paper a solution to the problem is presented using an injection well recharging good quality water into the aquifer. A pumping well located at a distance downstream is used to pump the contaminated water out of the aquifer. A three-dimensional solute transport model was developed to study the concentration distribution with remediation time in the contaminated zone. 相似文献
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指出承压含水层盖层的弯曲变形与开采井周围的径向地下水运动存在相互作用, 而这一效应在传统的井流理论中没有被认识到.通过引入弹性薄板理论, 建立了无越流的承压含水层井流-顶板弯曲效应的解析模型, 同时考虑了含水层和水的压缩性, 结果表明Theis井流方程给出的抽水降深偏小.在此基础上推导了有越流承压含水层井流-盖层弯曲效应的偏微分方程, 求出了解析解, 并与传统理论的结果进行了对比, 表明Hantush-Jacob公式计算的降深也是偏小的.在抽水井附近和抽水初期, 传统理论可能导致显著的相对误差. 相似文献
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徐州矿区地裂缝成因机制的探讨 总被引：1，自引：0，他引：1
调查了徐州矿区几类非采矿沉陷造成的地裂缝的形态和环境,认为因构造、采矿、不均匀沉降产生的隐伏张裂隙是地裂缝的基础,干旱和超采浅层地下水使第四系浅部失水收缩激活和扩大了隐伏张裂隙。大雨后地裂缝显现,雨水沿裂隙面下渗时,发生潜蚀、刷大、贯通而造成塌陷。 相似文献
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Jiang Li 《Hydrogeology Journal》2007,15(3):445-458
Three aspects of radial motion of an aquifer solid matrix, driven by hydraulic forces due to well recharge and discharge, have been investigated mathematically. Firstly, the analytic solutions in the velocity and displacement fields were found using the definition of bulk mass flow, conservation of water and solid mass, the Darcy-Gersevanov law, and the drawdown of hydraulic head for unsteady flow. Secondly, the radial velocity and displacement of aquifer solid matrix were investigated with respect to time and location in response to three pumping-injection schemes (i.e., linear, nonlinear, and sinusoidal well flow rates). Aquifer movement was found to be more responsive to linear and nonlinear pumping rates than to constant pumpage. Aquifer movement in response to periodic well discharge and recharge was governed by an integral sinusoidal function. Finally, the potential risk of earth fissuring at a given location caused by tensile stress, in turn induced by well discharge-recharge activity, has been discussed using the analytic solution. The deformation compression and extension zones derived from analysis of the results indicated the possible occurrence of tensile stress that may cause earth fissures. Sample computations, using assumed parameters, provided a first-hand evaluation of the location of potential fissuring in relation to the well. 相似文献
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This paper presents results of a small scale study that utilized particle-tracking techniques to evaluate transport of river
water through an alluvial aquifer in a bank infiltration testing site in El Paso, Texas, USA. The particle-tracking survey
was used to better define filtration parameters. Several simulations were generated to allow visualization of the effects
of well placement and pumping rate on flow paths, travel time, the size of the pumping influence zone, and proportion of river-derived
water and groundwater mixing in the pumping well. Simulations indicate that migration of river water into the aquifer is generally
slow. Most water does not arrive at the well by the end of an 18-day pumping period at 0.54 m3/min pumping rate for a well located 18 m from the river. Forty-four percent of the water pumped from the well was river water.
The models provided important information needed to design appropriate sampling schedules for bank filtration practices and
ensured meeting adequate soil-retention times. The pumping rate has more effect on river water travel time than the location
of the pumping well from the river. The examples presented in this paper indicate that operating the pumping well at a doubled
distance from the river increased the time required for the water to travel to the well, but did not greatly change the capture
zone. 相似文献
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A significant component of domestic demand for water of urban areas located in the Gangetic plains is met by heavy pumping of groundwater. The present study is focused on the Patna municipal area, inhabited by 17 million people and spanning over 134 km2, where entire urban water demand is catered from pumping by wells of various capacities and designs. The present study examines the nature of the aquifer system within the urban area, the temporal changes in the water/piezometric level and the recharge mechanism of the deeper aquifers. The aquifer system is made up of medium-to-coarse unconsolidated sand, lying under a ~40-m-thick predominantly argillaceous unit holding 8- to 13-m-thick localised sand layers and continues up to 220 m below ground. Groundwater occurs under semi-confined condition, with transmissivity of aquifers in 5,500–9,200 m2 day?1 range. Hydraulic head of the deeper aquifer remains in 9–19 m range below ground, in contrast to 1–9 m range of that of the upper aquitard zone. The estimated annual groundwater extraction from the deeper aquifer is ~212.0 million m3, which has created a decline of 3.9 m in the piezometric level of the deeper aquifer during the past 30 years. Unregulated construction of deep tube wells with mushrooming of apartment culture may further exacerbate the problem. The sand layers within the aquitard zone are experiencing an annual extraction of 14.5 million m3 and have exhibited stable water level trend for past one and half decades. This unit is recharged from monsoon rainfall, besides contribution from water supply pipe line leakage and seepage from unlined storm water drains. 相似文献
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利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验,该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性。同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6％,并且对均衡水量、泉水的溢出量以及末流场拟合程度进行了分析,均衡水量模拟相对误差最大为2．6％,泉水溢出量模拟相对误差最大为8．14％,末流场拟合程度也较好,从而提高了含水层参数的准确性。实例研究表明,这种求参方法精度高、切实可行,可以推广到其他的含水层参数确定中。 相似文献
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当基坑需进行非截断条件下的承压含水层降水时,承压水抽降产生的影响范围远大于基坑开挖的影响范围,其对基坑外既有隧道的影响值得重视。进行了承压层减压降水对既有盾构隧道影响的有限元仿真模拟,考虑了既有隧道相对于承压含水层不同位置时,既有隧道周围土体应力场、既有隧道横断面内力和变形。研究结果表明,隧道全部或者大部分位于承压含水层中时,抽水除可引起隧道发生整体隆起或沉降外,还将导致隧道自身产生较大的竖向压缩变形;当隧道全部位于上、下部隔水层时,含水层抽水对其隧道的变形影响不大,但当隧道位于上部隔水层情况下,抽水将会引起隧道产生整体下沉。 相似文献
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矾山磷矿是华北地区大型磷矿生产矿山,为第四系孔隙水及基岩裂隙水充水矿区。本文在分析地质采矿条件基础上,对采空塌陷、地裂缝地质灾害和含水层破坏的成因进行了分析与评估,并提出了相应的防治措施。 相似文献