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济宁市地下水与地面沉降三维有限元模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
在分析济宁市水文地质条件的基础上 ,对引起地面沉降诸因素进行了分析 ,并建立了地面沉降量与地下水位变幅之间的相关关系。集中过量开采地下水是引起济宁市地面沉降的主要原因。在此基础上 ,建立了准三维地下水流模型和一维地面沉降模型。通过水力联系建立地下水与地面沉降耦合数值模型 ,运用有限元法对地下水渗流场和地面沉降量进行模拟 ,并对 2 0 0 0年和 2 0 10年地面沉降进行了预测 相似文献
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江苏松散沉积层厚度大、结构复杂、容易发生固结压缩,地下水可采资源量评价具有较大的不确定性,容易造成重复或缺失,地下水的过量开采又容易引发地面沉降地质灾害。针对以上问题,提出了地下水资源评价的地下水渗流三维数学模型及其地下水渗流与地面沉降耦合模型。地下水渗流三维数学模型可以将整个松散沉积层作为一个统一的水文地质体进行计算,对不同水力性质的含水层同时进行刻画描述,克服了以往二维或准三维模型将各含水层之间的粘性土层概化为越流层给评价结果带来的重复或缺失。地下水渗流与地面沉降耦合模型可以结合地面沉降环境控制,评价出地下水的可采资源量,尤其是以比奥固结理论为基础,考虑了土体的非线性特征及土的渗透性随应力状态的动态变化的全耦合模型,使评价结果更趋科学、合理。 相似文献
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"渗流-管流耦合模型"的物理模拟及其数值模拟 总被引：16，自引：2，他引：16
井孔 -含水系统问题是当今水文地质学最重要的研究课题之一。长期以来 ,水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用“热传导”中的“线汇”理论 ,需要人工预先给定线汇 线源的流量或水头的分配 ,其正确性或适用性至今没有得到理论证明。陈崇希 (1993 )提出的“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在理论上已解决多个水文地质问题 ,也用于几个实例 ,本文再用物理模拟检验其可靠性。论文针对具有典型意义的河床下水平井或傍河垂直井地下水流问题做了砂槽物理模拟 ,并用基于“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”的数值方法仿真模拟了此条件下地下水流的规律。成果表明 ,数值模拟观测孔水头动态相当好地再现了物理模拟结果。论文指出了“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在井孔 -含水系统问题上的广泛应用前景。 相似文献
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考虑流变特性的流固耦合地面沉降计算模型 总被引：18，自引：1，他引：17
本文根据流固耦合力学的理论与方法,研究地面沉降问题,即将地面沉降过程视为一个动态耦合作用过程,通过建立渗流－变形－沉降耦合模型,同时对渗流、变形和沉降过程进行仿真模拟,从而对地面沉降进行计算和预测。由于软粘土的流变变形量在地面沉降中占有明显的份量,因此本文在模型中充分考虑软粘土的流变特性,建立了包括主固结又考虑次固结的计算模型,特别适用于采、灌过程中不同受力阶段的流变特性。其特点：三维渗流与三维固 相似文献
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为了准确模拟由地下水开采导致渗流场和应力场发生变化而引起的地面沉降问题,根据Terzaghi有效应力原理,建立了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型和以比奥固结理论为基础,并结合土体非线性流变理论,将土体本构关系推广到粘弹塑性,同时考虑土体力学参数及水力参数的动态变化关系的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型.通过对比分析,结果表明:基于Terzaghi有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉降与地下水位呈现出同步变化的趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态.而以比奥固结为基础建立的地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势,并且当地下水位逐步回升至初始水位时,地面沉降虽也逐步得到回升,但回不到初始的零沉降状态,存在一个永久的残余沉降量.在土体参数变化方面,土体的孔隙度、渗透系数及泊松比均呈现先减小后增大的变化趋势,而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势,与地面沉降的变化相对应. 相似文献
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抽水地面沉降数学模型的研究现状与展望 总被引：14，自引：1，他引：14
在综合已有文献的基础上，分析了最近几十年来用于模拟抽取地下水引起地面沉降的数学模型，按照水流模型和土体变形模型的结合方法将地面沉降模型归纳为三种类型，即由水流模型获得各土层的水头变化、再根据水头变化计算土层变形的两步模型；仅考虑垂直方向变形与孔隙水压力变化的相互作用，而水平方向只考虑渗流、不考虑变形的部分耦合模型；考虑孔隙水压力变化和土体变形的相互影响和作用的完全耦合模型。论述了每种类型模型的主要特点、代表性模型及其不足之处，并指出三维渗流和变形的耦合分析是地面沉降模型进一步研究的方向，同时作为检验模型合理性和适用性的手段，还应加强地面沉降的室内模型试验。 相似文献
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岩体粗糙裂隙非线性渗透特性是岩体渗流研究的重要课题。针对Javadi所提T模型中亚裂隙中速度恒定这一假设的不足,将其修正为速度与开度成正比的经验关系,考虑黏性压降和局部压降,提出了新的低速下粗糙裂隙非线性渗流模型（MT模型）。为了验证MT模型的正确性,对5种不同粗糙裂隙进行了低流量的饱和渗流试验,将现有模型及MT模型的预测值与试验结果进行对比,分析表明MT模型与试验结果更为吻合,且模型适用于粗糙性系数JRC≤10的低粗糙度裂隙,雷诺数小于1 000的低流速情况。对MT模型进行分析,初步揭露了粗糙裂隙的非线性渗流机制,即小雷诺数下的Darcy流和大雷诺数下的Forchheimer流,并用临界雷诺数区分两种流动行为。分析了裂隙的粗糙度和开度对非线性渗流特性的影响,表明裂隙越粗糙或开度越小,则临界雷诺数越小,非线性作用将越强。提出了临界雷诺数与水力开度和绝对粗糙度的经验关系式,同时指出该关系式适用于JRC≤10的低粗糙度裂隙。 相似文献
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渗流-管流耦合模型及其应用综述 总被引：6，自引：0，他引：6
含水层-井孔水流问题是水文地质学中最重要的基础性研究课题之一。长期以来水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用"热传导"中的"线汇"理论,需要人工预先给定线汇的流量或水头分配,其普适性至今没有得到证明。针对地下水混合井流模拟提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"的概念、方法,不仅解决了混合抽水试验求取分层水文地质参数、预测分层地下水降落漏斗等问题,更重要的是提出的模型和方法具有一定的通用性,已被用于模拟水平井、自流井、观测孔等,并发展为岩溶管道-裂隙-孔隙三重空隙介质地下水流模型。"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方法不仅得到现场试验的应用性验证,也通过物理模拟得到了检验。 相似文献
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地下水开采—地面沉降模型研究 总被引：27，自引：5，他引：22
本文建立三维流支－－一维非线性固结地面沉降模型,在混合井流,降雨滞后补给,初始水头形成,人为边界刻画,水流－固结耦合及软土层固结滞后于地下水开采层水头变化等方面有所改进,所建模型用于苏州市,模拟出若干地面沉降重要特征,地面沉降中心偏离地下水漏斗中心,地面沉降动态滞后于地下水的水头动态,软土层渗透系数随固结过程的变化及头在软土层中的传递特征。 相似文献
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《地质科技情报》2020,(1)
北京地面沉降已有60多年的历史,其发生发展与半个多世纪城市的快速扩张密不可分。从整个北京平原地下水系统出发,梳理多年时间序列(1950-2015年)的城市发展规模、人口、水资源及开采动态等数据,结合遥感技术解译不同年代北京平原的不透水面变化,分析其对降雨入渗补给量的影响;构建整个北京平原含水层-弱透水层三维结构系统,借助PMWIN软件建立区域尺度的地下水流-地面沉降耦合模型,利用长期水位及沉降观测数据对模型进行识别验证;开展长时间序列的北京平原地下水水头场与地面沉降演化模拟,研究快速城市化进程下北京平原多层含水层系统渗流场演变与地面沉降响应特征。研究表明:长时间尺度区域地下水流场-地面沉降演化模拟基本再现了地面沉降形成和发展演化的过程;北京地下水开采历史与地面沉降发展历史具有一致性,而不同沉降区地面沉降发展受地下水开采和城市发展双重控制,是二者综合作用的结果。 相似文献
11.
天津市地下水流-地面沉降耦合模型 总被引：6，自引：0，他引：6
天津市平原区地面沉降主要由地下水大量开采引起,影响范围广、危害大,已成为天津市主要的环境地质问题。分析了研究区的水文地质条件,结合地下水开发利用状况,将研究区概化为6个含水层组,地下水流考虑三维非稳定流,地面沉降选用一维固结压缩模型,运用地下水流模型Modflow 2005和地面沉降模拟模块 Sub,建立了天津市平原区地下水流-地面沉降数值耦合模型,模型面积为1.1×104 km2,利用1998-2008年地下水位等值线、过程线、地面沉降过程线等资料对模型进行了识别。模拟期的地下水均衡分析表明,在多年开采条件下,越流补给、压缩释水、侧向边界流入分别占深层含水层补给量的41.84％、32.15％和24.17％。将调试后的模型应用于南水北调实施后地下水控采条件下的地面沉降趋势预测,显示出停采或减少地下水的开采,有利于减缓地面沉降下降速度,且表现出开采层位越往下,地面沉降恢复难度越大的变化趋势。 相似文献
12.
Shujun Ye Yue Luo Jichun Wu Xuexin Yan Hanmei Wang Xun Jiao Pietro Teatini 《Hydrogeology Journal》2016,24(3):695-709
Shanghai, in China, has experienced two periods of rapid land subsidence mainly caused by groundwater exploitation related to economic and population growth. The first period occurred during 1956–1965 and was characterized by an average land subsidence rate of 83 mm/yr, and the second period occurred during 1990–1998 with an average subsidence rate of 16 mm/yr. Owing to the establishment of monitoring networks for groundwater levels and land subsidence, a valuable dataset has been collected since the 1960s and used to develop regional land subsidence models applied to manage groundwater resources and mitigate land subsidence. The previous geomechanical modeling approaches to simulate land subsidence were based on one-dimensional (1D) vertical stress and deformation. In this study, a numerical model of land subsidence is developed to simulate explicitly coupled three-dimensional (3D) groundwater flow and 3D aquifer-system displacements in downtown Shanghai from 30 December 1979 to 30 December 1995. The model is calibrated using piezometric, geodetic-leveling, and borehole extensometer measurements made during the 16-year simulation period. The 3D model satisfactorily reproduces the measured piezometric and deformation observations. For the first time, the capability exists to provide some preliminary estimations on the horizontal displacement field associated with the well-known land subsidence in Shanghai and for which no measurements are available. The simulated horizontal displacements peak at 11 mm, i.e. less than 10 % of the simulated maximum land subsidence, and seems too small to seriously damage infrastructure such as the subways (metro lines) in the center area of Shanghai. 相似文献
13.
Nguyen Cao Don Nguyen Thi Minh Hang Hiroyuki Araki Hiroyuki Yamanishi Kenichi Koga 《Environmental Geology》2006,49(4):601-609
A sinking of the land surface due to the pumping of groundwater has long been recognized as an environmental issue in the
Shiroishi plain of Saga, Japan. Land subsidence can have several negative economic and social implications such as changes
in groundwater and surface water flow patterns, restrictions on pumping in land subsidence prone areas, localized flooding,
failure of well casings as well as shearing of structures. To minimize such an environmental effect, groundwater management
should be considered in this area. In this study, a new integrated numerical model that integrates a three-dimensional numerical
groundwater flow model coupled with a one-dimensional soil consolidation model and a groundwater optimization model was developed
to simulate groundwater movement, to predict ground settlement and to search for optimal safe yield of groundwater without
violating physical, environmental and socio-economic constraints. It is found that groundwater levels in the aquifers greatly
vary from season to season in response to the varying climatic and pumping conditions. Consequently, land subsidence has occurred
rapidly throughout the area with the Shiroishi plain being the most prone. The predicted optimal safe yield of the pumping
amount is about 5 million m3. The study also suggests that pumping with this optimal amount will minimize the rate of land subsidence over the entire
area.
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14.
GIS-based spatial and temporal prediction system development for regional land subsidence hazard mitigation 总被引：3，自引：0，他引：3
An integrated GIS-based approach for establishing a spatial and temporal prediction system for groundwater flow and land subsidence is proposed and applied to a subsidence-progressed Japanese coastal plain. Various kinds of fundamental data relating to groundwater flow and land subsidence are digitized and entered into a GIS database. A surface water hydrological cycle simulation is performed using a GIS spatial data operation for the entire plain, and the spatial and temporal groundwater infiltration quantity is hereby obtained. Through the data transformation from the GIS database to a groundwater flow code (MODFLOW), a 3D groundwater flow model is established and unsteady groundwater flow simulation for the past 21 years is conducted with results which compare satisfactorily with observed results. Finally, a Visual Basic code is developed for land subsidence calculations considering aquifer and aquitard deformation. Future land subsidence in the plain is predicted assuming different water pumping scenarios, and the results provide important information for land subsidence mitigation decision-making. 相似文献
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在分析大区域地下水流数值模型构建缘起的前提下,系统论述了近年来地下水流数值模拟在大区域地下水资源评价、水文地质参数确定、地面沉降、溶质运移、海水入侵、盐渍化、风险评估、地下水管理及地表水与地下水的联合开发利用等方面的国内外研究应用现状;归纳、总结了目前大区域地下水流数值模型在灵敏度分析、裂隙和岩溶介质中模型建立、基于地下水流数值模拟的溶质运移模型建立、地下水流数值模型构建所需工作量等理论和方法研究及实际建模过程中存在的一些问题;展望了今后大区域地下水流数值拟在研究范围、模拟技术与方法以及与其它模型耦合等方面的发展趋势。 相似文献
16.
长江三角洲地区深基坑降水复杂,且极易引起地面沉降地质灾害问题,传统的基于地下水动力学原理的解析解模型(Theis公式或Dupuit公式)已难以满足降水设计模拟计算的需要,尤其是无法预测降水引起的地面沉降问题,深基坑降水与地面沉降耦合模型将地下水渗流模型和土体应力-应变模型耦合起来,可根据基坑地下水位的控制要求,同时模拟计算出降水井的布局、各井的开采量和地面沉降量。据此确定出的基坑降水方案既能满足地下水位的控制要求,又能对降水引起的地面沉降进行最优化控制。 相似文献
17.
基于地面沉降控制的区域性松散沉积层地下水可采资源规划评价 总被引：1，自引：0，他引：1
付延玲 《吉林大学学报(地球科学版)》2012,42(2):476-484
为了满足区域性松散沉积层地区地面沉降的防控要求,规划评价地下水的可采资源量,根据渗流理论和土力学理论,建立了地下水三维非稳定渗流与地面沉降耦合数学模型,并考虑了含水层孔隙度、渗透系数、储水率随含水层发生固结沉降的变化特征。采用三维有限元数值分析方法,以江苏省南通市地下水开采为例,基于地面沉降的控制要求,规划评价出了各乡镇各含水层的地下水可采资源量。结果表明：地下水开采布局科学规划后,总的可采资源量为17 870.56×104 m3/a,较现状开采量10 902.32×104 m3/a有较大幅度的增加。地下水三维变参数非稳定流与地面沉降耦合模型可以更加精确地刻画三维水文地质体的特征,更加符合实际情况。 相似文献
18.
上海市地下水可开采量模型计算及预测 总被引：21，自引：2，他引：19
本文利用非稳定准三维水流－－一维沉降耦合数学模型,采用有限元数值解,以上海行政区为计算区域,对１９８１－１９９２年地下水采灌量、水位及土层变形量等实测资料进行数值模拟,利用１９９３－１９９８年实测资料对模型进行检验,表明所确定的数学模型是合理可信的,利用该模型计算了地下水可开采量及地下水流场和地面沉降的预报。 相似文献
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The Characteristics and Causes of Land Subsidence in Tanggu Based on the GPS Survey System and Numerical Simulation 总被引：1，自引：0，他引：1
Land subsidence is a severe hazard threatening Tanggu, a flat lowland area, and evidences of land subsidence can be seen throughout the city. A new reasonable GPS network was set up in this area from 2008 to 2010. The monitoring data show that land subsidence was serious and two main subsidence cones were obviously formed in the region. One emerged at Hujiayuan, with the maximum rate reaching 60 mm/a, and the influence region enlarged prominently from 2005 to 2010. The other one occurred at Kaifaqu, which became obvious only after 2005, and it showed a decreasing tendency with time. To analyze the causes of ground settlement, a correlation between groundwater withdrawal and land subsidence was firstly made. The results confirmed that over-exploitation of groundwater was the major cause for the severe settlement in Hujiayuan. Meanwhile, the subsidence of Kaifaqu was also related to groundwater withdrawal before 2005. However, the relationship became unconspicuous after 2005. To find the cause of this abnormity, a three-dimensional finite element numerical model, coupled with groundwater flow and subsidence, was built. The simulation results indicate that the subsidence induced by high-rise buildings is serious, but the affected range is limited and it also shows a decreasing trend with time, corresponding to the subsidence characteristics at Kaifaqu. Therefore, more attention should be paid to this hazard induced by engineering construction besides groundwater withdrawal, as more high-rise buildings are under construction in Tanggu. 相似文献