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基于部分耦合原理,采用TOUGH2和FLAC3D建立抽水引起的三维地面沉降弹塑性模型,模型中综合考虑土体的弹塑性变形特征、渗流-应力的双向耦合作用以及参数的非线性,探讨了持续抽水和脉冲抽水两种抽水过程中地面沉降发展演化过程。研究结果表明:（1）集中抽水停止后地面沉降会发生回弹,抽水中心沉降量不断减小。由于水平方向存在水力梯度,地下水继续向地下水位漏斗中心渗流从而导致沉降漏斗的范围仍继续扩大;（2）脉冲抽水导致土体的孔隙水压力、渗透系数以及沉降量均呈周期性波动变化,地面沉降会局部回弹,但总体仍随着抽水的持续,沉降量不断增加;（3）在抽水量相同前提下,对比持续抽水与脉冲抽水两种方式引发的塑形沉降量可知,抽水速率小、脉冲式多次开采导致的塑性沉降量较小,持续抽水的抽水速率越小、脉冲抽水间隔越短越有利于控制地面沉降。研究成果为地面沉降数值模拟提供了一种新方法,其中算例研究能为抽水条件下地面沉降的控制提供参考。 相似文献
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为研究原状马兰黄土的渗透各向异性,以延安削山造地重大工程开挖所揭露的完整黄土剖面中的马兰黄土层为研究对象,采用室内变水头渗透试验获取不同埋深不同渗流时长原状黄土垂直向和水平向的渗透系数,并对试验前后黄土试样垂直向和水平向SEM（scanning electron microscope）电镜扫描结果进行分析,从微观结构上揭示原状马兰黄土结构各向异性的原因。结果表明：原状黄土垂直向和水平向饱和渗透系数具有显著各向异性,且垂直向和水平向渗透系数都随渗流时间的持续而减小,各向异性渗透性能在时间尺度上具有某种衰减关系;同时,原状黄土各向异渗透性能随埋深的增大而逐渐减弱;土颗粒结构的接触、排列方式是导致黄土原生各向异性的根本原因,也是导致渗流初始阶段渗透系数各向异性的原因,而渗流作用产生的次生结构各向异性则使渗透系数各向异性在时间尺度上表现得更为明显。 相似文献
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地下水开发利用和疏排水过程引起的地面沉降是一个渗流场与应力场耦合的过程。基于算例模型,分别采用目前常用的基于渗流-沉降分步计算的土力学经验公式、渗流-沉降部分耦合的GMS软件中SUB模型以及目前少用的基于渗流-沉降全耦合的COMSOL Multiphysics模型对疏排水引起的地面沉降量进行了计算。对比不同方法计算结果表明,COMSOL Multiphysics计算疏排水引起的地面沉降可行且计算结果较经验公式法、GMS中SUB模型的结果更为合理、更符合实际沉降特征。在此基础上,采用COMSOL Multiphysics和GMS中SUB模型对比研究了不同渗透系数对地面沉降计算的影响,结果进一步验证了COMSOL Multiphysics求解疏排水引起地面沉降的可靠性。 相似文献
4.
宁波地面沉降已有半世纪,随着城市化快速推进,地表动静荷载剧增,地面沉降已从地下水不合理开采的区域性地面沉降逐渐向大规模地表荷载和基坑降排水造成的工程性地面沉降转变。自2008年底市区地下水实施禁限采后,地面沉降漏斗仍继续缓慢扩张,监测中心沉降量持续增加,并相继出现了多个新型小漏斗。在充分论述工程性因素在宁波平原区域地面沉降中作用和特征的基础上,基于有限差分法,建立参数随应力应变变化的地下水开采和区域建筑荷载双重作用下的全耦合动态地面沉降方程。通过实测数据和模拟结果的对比研究,显示模型良好的拟合关系,并预测了2012～2015年地面沉降发展趋势,为宁波地面沉降防治及中心城区城市化建设、海洋经济发展提供依据。 相似文献
5.
黄土作为特殊土之一广泛分布于我国中西部季节性冻土地区,以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象,采用GDS三轴渗透仪测量不同干密度原状黄土竖直向及水平向渗透系数。结果表明,原状黄土水平向渗透系数大于竖直向渗透系数,水平向渗透系数和竖直向渗透系数均随干密度增大而减小;原状黄土渗透各向异性随干密度增大而增强。在封闭系统下用冻融循环箱对干密度相同而初始含水率不同的原状黄土进行冻融试验,结果表明冻融后试样水平向及竖直向渗透系数均随冻融时试样初始含水率的增大而增大;冻融后黄土渗透各向异性随冻融时试样初始含水率的增大而减弱。随着冻融次数增加,黄土水平向及竖直向渗透系数先增大然后趋于稳定;黄土渗透各向异性随冻融次数增加而显著改变,表现在黄土的水平向渗透系数与竖直向渗透系数比值随着冻融循环次数的增加而减小。最后通过观测黄土的微观结构分析了其对黄土渗透性的重要影响。 相似文献
6.
上海深部硬土渗透特性试验研究 总被引：1，自引：1，他引：0
上海深部硬土层的沉降显著滞后于水位变化, 本文通过一系列渗透试验进行了相关问题的研究, 包括初始水力坡度, 结核对渗透性的影响, 压力对渗透性的作用, 以及孔隙比与渗透系数之间规律的研究。结果表明硬土的渗透速率与水力坡度之间符合良好的线性关系, 满足达西定律; 大量的致密结核对渗透性影响微弱; 应力增加导致渗透性降低, 渗透系数与孔隙比呈指数规律变化。基于试验成果评价了1989～2007年天然硬土的渗透性变化, 此期间硬土层边界水位下降了近30m, 硬土层的沉降造成了该层渗透性的降低, 但土层的平均渗透系数改变不大。 相似文献
7.
地面沉降是通州区重要地质灾害,由此引发的地裂缝次生灾害现象严重影响通州区的发展建设.以TerraSAR-X卫星影像为数据基础,采用永久散射体干涉测量(PS-InSAR)技术获取通州区地面沉降2015—2018年监测数据,分析了通州区地面沉降时空分布特征以及地裂缝次生灾害的垂向形变特征.结果表明:(1)通州区地面沉降主要集中在西部和北部地区,形成了以通州城区—梨园—台湖为中心的西部沉降区和以永顺—宋庄为中心的北部沉降区,每个沉降区内又分布着多个小的沉降漏斗,在区域上具有不均匀沉降的特征;(2)宋庄地裂缝两盘各存在一个沉降漏斗中心,裂缝带沿线存在多个小沉降漏斗,由裂缝带向两侧沉降量逐渐增大,垂直裂缝带方向存在显著的沉降梯度变化,差异沉降特征明显,建议在宋庄地裂缝成因机理研究过程中考虑差异沉降对地裂缝形成的影响. 相似文献
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余俊李东凯和振张志中 《岩土力学》2023,(8):2381-2388
由于目前在坝基设计中通常需要设置两个或两个以上防渗墙,对带有两端防渗墙的坝基各向异性稳态渗流进行了解析研究,将土体分为4个规则的区域,采用坐标变换将各向异性土层转换成等效各向同性土层,利用分离变量法将4个区域内的水头分布表示为级数解的形式,结合区域间的连续条件得出带有两端防渗墙的坝基各向异性渗流场显式解析解。将解析解退化到各向同性情况下的渗流量、坝底扬压力与保角变换解析解和数值计算结果进行对比,各向异性情况下的水头值与有限元软件计算结果进行对比,结果均吻合较好,验证了解析解的正确性,且相比于保角变换解析解具有更高精度。最后对坝基渗流场进行了参数分析,发现土体各向异性对坝基渗流有着不可忽略的影响,其他条件相同的情况下,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大土体的渗流量和出口梯度会小于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体,竖直渗透系数与水平渗透系数比值较大的土体的最大扬压力会大于竖直渗透系数与水平渗透系数比值较小的土体。 相似文献
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在单井抽水造成地面沉降符合s-lnr线性关系的基础上,应用积分的方法,对线状和面状群井抽水产生的地面沉降进行推导,得出群井抽水导致地面沉降的积分公式。对于场外远处,即距抽水中心距离远大于抽水区域长度或宽度的情况,对沉降积分公式进行简化,仍可得到场外地面沉降呈s-lnr线性关系的结果。选取第三方文献中的理论解、数值解和工程实例对以上研究成果进行拟合验证,相关系数分别为99.91%、98.67%、96.60%、99.63%、99.43%,所以线状和面状群井抽水导致场外地面沉降呈s-lnr线性关系的理论分析结果得到极好验证。 相似文献
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地下水开采引发的地面沉降是一种多场耦合的复杂问题,土体变形过程中渗流与应力应变相互影响。采用部分耦合原理,通过渗流和变形过程中的相关状态变量来耦合成熟的商业软件TOUGH2和FLAC~(3D)进行三维变参数的地面沉降数值模拟研究,其中TOUGH2模拟渗流,FLAC~(3D)模拟土体变形,并以此为工具探讨地面沉降的控制策略。基于弹性模型承压含水层抽水的理想算例进行了变参数条件下的模拟计算,发现顶底板水平变形未被约束时水平位移不可忽略,其峰值距离抽水井有一定距离,且水平位移峰值大于垂向位移峰值;此外,由于地面沉降过程中渗透系数及孔隙率减小,导致近井区域渗流量增加,变参数模型位移量大于定参数。将以上方法应用于地面沉降控制策略研究,通过控制抽水流量及抽水时间,发现限制开采速率能控制沉降量,缩短抽水时间能控制沉降范围;对比脉冲式抽水及抽水—回灌常用地面沉降控制策略,发现抽水时采取合理的回灌措施能有效控制沉降量及沉降范围,而脉冲式抽水使得近井处弹性沉降量未得到明显控制,沉降影响范围反而更大。 相似文献
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北京地下水系统演化与地面沉降过程 总被引：2，自引：0，他引：2
采用地下水动态监测网、GPS监测网数据、气象监测数据与SAR数据、GIS等技术相结合,建立地下水系统演化与地面沉降过程模型,系统分析了北京地区地下水降落漏斗区地面沉降的形成过程。研究表明:降雨量呈逐年下降趋势,地下水开采量随之增大;平原区地下水位呈下降趋势,间接导致了地下水降落漏斗和地面沉降的形成演化。地面沉降对地下水降落漏斗的响应模式存在着季节与年际差异性,时空分布上存在不均匀性,最大地面沉降速率约为41.43 mm/a;揭示了地下水降落漏斗与地面沉降漏斗空间展布特性存在一致性,但并非完全吻合。 相似文献
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北京亦庄轻轨工程场地水位下降引起地面沉降量的评估方法探讨 总被引：1，自引：0，他引：1
地下水大量抽取所引起的地面沉降,是工程建设场地地质灾害危险性评估中最重要的地面变形灾种之一.由于场地情况各异,目前的定量评估尚无通用模式.一种基于区域水位下降量和相应地面沉降量拟合反演区域骨架成分弹性储水因子和非弹性储水因子的最小二乘方法已经提出.利用该方法反演出北京亦庄轻轨工程建设场地的代表性骨架成分弹性储水因子和非弹性储水因子.在此基础上,采用有效应力法对该场地的地面沉降趋势进行了预测评估.结果表明:如果未来地下水抽取状况不能得到实质性的控制,该场地东南部区域2006-2015年可能新增高达70～126 mm的地面沉降. 相似文献
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深层地热水开采与地面沉降的关系研究 总被引：5，自引：0，他引：5
本文根据天津塘沽区深层地沉观测标观测到的地面沉降数据,分析了深层地下热水开采对地面沉降的影响比例.在分析地热水开采引起地面沉降机理的基础上,通过统计回归方法建立了深层孔隙型地热水开采量与地面沉降量的相关模型;提出了进行地热尾水回灌和建立深层沉降监测网以加强综合研究的防治对策. 相似文献
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通过对沿线地形地貌、工程地质、水文地质的调查,利用宁波地面沉降漏斗扩展动态结果、沉降中心各土层变形量统计和各土层累计沉降量,分析了宁波轨道规划区域地面沉降特征。针对宁波区域地面沉降监测存在的问题,提出由地面沉降基岩标、地面沉降分层标、水准点、孔隙水压力孔和地下水监测井等组成的宁波轨道交通地面沉降监测网布设方案,探讨了地面沉降监测及预警对策。轨道交通地面沉降监测网的建立将减轻地面沉降对轨道交通造成的影响。 相似文献
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针对淮南潘集矿区地面沉降现状及形成机理，提出了防治该地区地面沉降的几种途径──加强监测、合理选择取水层次等，为类似条件下的其他矿区地面沉降的研究提供参考。 相似文献
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为了分析黄河三角洲地下水动态及其与地面沉降的关系, 利用多年地下水和地面沉降监测数据, 发现黄河三角洲广饶县和东营区的地下水动态变化剧烈且地面沉降严重, 含水层多处于超采状态, 浅、深层地下水降落漏斗先后出现.深层地下水降落漏斗中心水位下降速度达2~3m/a.近年来, 东营和广饶地面沉降漏斗中心沉降量和速率分别为155.1mm、28.2mm/a和356.0mm、64.7mm/a.借助GIS技术及数理统计法, 发现深层地下水降落漏斗与沉降漏斗空间耦合良好, 深层地下水位与地面高程呈线性正相关, 相关系数为0.92, 深层地下水过度开采已成为影响沉降的最根本因素.井灌区第三粘性压缩层成为地面沉降主要贡献层, 且深层地下水降落漏斗中心的地下水位已低于第三承压含水层临界水位, 沉降趋于严重. 相似文献
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Land subsidence and earth fissures due to groundwater withdrawal in the Southern Yangtse Delta,China 总被引：1，自引：0，他引：1
Yun Zhang Yu-Qun Xue Ji-Chun Wu Jun Yu Zi-Xin Wei Qin-Fen Li 《Environmental Geology》2008,55(4):751-762
Excessive extraction of groundwater has caused severe land subsidence and earth fissures in the Southern Yangtse Delta, China.
Based on field data, the temporal and spatial distribution of land subsidence is investigated and the causes for earth fissures
are analyzed. The areal distribution of the land subsidence is closely related to the cones of depression in the main exploited
aquifers. The compaction of a hydrostratigraphic unit depends on its mechanical behavior, thickness, compressibility, and
the piezometric level changing. The primary subsidence layers in Shanghai have been the first aquitard before 1990 and the
third confined aquifer since then. But the second aquitard unit was the primary subsidence layer in Changzhou. Earth fissures,
trending in several directions, occurred in the Husu tectonic zone. They were mainly caused by differential subsidence and
horizontal displacement that resulted from tensile stress and shear stress in units. The majority of fissures in the study
area are tensile. 相似文献
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光纤监测技术具有分布式、精度高等特点,在地面沉降监测中具有独特优势。但受限于监测成本较高与监测环境复杂,目前地面沉降光纤监测多通过人工采集数据,限制了在特殊环境变化情况下地面沉降的实时信息获取。文章在地面沉降钻孔全断面光纤监测技术的基础上,设计并建立了基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统。该监测系统利用弱反射光栅、时分复用、物联网和数据库等技术,通过4G无线通信手段实现了地面沉降在线自动化监测和远程数据实时采集,并通过客户端系统软件实现数据的存储、查询和分析。将其应用到衡水地区地面沉降监测中,结果表明:钻孔内土层压缩变形主要发生在以黏性土为主的隔水层（Ad2、Ad3、Ad4）;受季节性地下水开采的影响,钻孔100～400 m深度范围内砂土含水层存在波动变化,在监测期内,冬季略回弹,随后春季地下水开采量增大,地下水位下降,土层呈现压缩趋势。监测结果验证了该系统的可行性与准确性,使得整个地面沉降监测流程趋于自动化、规范化和低成本化,具有广泛的应用前景。 相似文献