地面沉降的计算理论和方法

在综合近几十年来国内外地面沉降研究资料的基础上 ,分析了由于抽取地下水引起地面沉降计算的研究现状 ,并提出了今后的发展方向。根据太原市的实际情况 ,建立了一种分析开采地下水引起地面沉降的有限元方法     

基于Modflow的地面沉降与地下水流耦合模型程序实现

在总结前人地下水流模型与地面沉降模型基础上,考虑孔隙率与渗透系数变化之间的相关性,建立了地下水流与地面沉降耦合模型.通过改进国际上通用的Modflow源程序,实现两者之间耦合作用,并模拟这一过程.通过典型算例对改进的程序进行验证,结果表明:考虑参数变化的沉降速率变化较快,其主要原因在于,抽取地下水引起水位下降,造成土体压缩、孔隙度和渗透率降低.渗透率降低使得含水层产生了水力梯度和渗透力,可能会导致地面沉降加速下沉.因此,非线性水力特性是流固耦合的交互作用基础,不应该被忽视.该结果进一步验证了改进的程序可以模拟耦合过程,研究成果可为地面沉降与地下水流动耦合模拟研究提供技术支持.     

天津塘沽地区地面沉降商榷

天津塘沽区是我国目前年沉降量最大的地区。本文在对本区地面沉降剖析的基础上,对沉降量进行了理论估算,并通过对开采地下水的力学效应以及地下蓄水空间的分析,提出了控制地面沉降的施措。     

区域地面沉降数值模拟可视化系统开发及应用

为减小建模工作量,降低数值模拟的门槛,利用Matlab软件开发区域地面沉降数值模拟可视化系统,用于高效建立数值模型,预测抽取地下水引起的区域地面沉降量.系统共有数据分析、模型管理、网格剖分、前处理、后处理及模型求解六个主模块.数据分析模块用于管理并分析钻孔、水位、分层标三种时空数据,初步计算模型参数.网格剖分、前处理和后处理模块用于建立并运行模型,校正参数,输出结果可视化,进行模型不确定性分析.运用可视化系统,能够快速建立、校正上海市地面沉降数值模型.上海市地面沉降模型预测结果显示2012~2022年间上海地面将回弹抬升0~30 mm.     

南通市高层建筑荷载对地面沉降的影响

针对长江中下游第四纪松散沉积层地区由高层建筑荷载引发的地面沉降问题,根据土体非线性流变理论,将比奥固结理论中的本构关系拓展到黏弹塑性,并考虑土体孔隙度、渗透系数及变形参数随有效应力动态变化的关系,建立了南通市高层建筑荷载、地下水渗流与土体变形三维全耦合数学模型.在对模型进行识别、验证的基础上,在地下水停采、仅有高层建筑荷载单独影响的条件下,模拟预测了2010年12月底到2025年12月底每年各含水层组地下水流场变化特征和地面沉降发展趋势.结果表明:南通市崇川区最大地面沉降量为55.28 mm,最大地面沉降速率为3.69mm·a~(-1);通州主城区最大地面沉降量为38.87 mm,最大地面沉降速率为2.59 mm·a~(-1);地面沉降量较大地区位于高层建筑荷载密集区.     

地下水非达西渗流的数值模拟研究

为了更好地研究地下水渗流规律,在分析了地下水的径向渗流的理论与实验规律基础上,根据临界雷诺数,建立了地下水的非达西渗流模型,该模型中将单井控制面积内部视为非达西流,外部为达西流,并应用该模型分析了临界半径对压力分布的影响.研究结果表明:临界半径越大,漏斗面积越大,地面沉降面积越大.     

江苏沿海地区地面沉降约束下的地下水可采资源量评价

地面沉降是制约江苏沿海地区发展最主要的地质环境问题.基于水文地质条件和土体力学特征综合分析,深入研究区域地面沉降特征和机理,建立区域尺度的地下水-地面沉降耦合模型.基于耦合模型,设置符合区域地面沉降发展规划的约束条件,推算沿海各县市地面沉降约束下的地下水可采资源量.结果表明,在2020年沉降中心的沉降速率控制在15 mm·a~(-1),其他地区控制在10 mm·a~(-1)以内的约束条件下,沿海地区深层地下水可开采资源量达1.33×10~8 m~3·a~(-1).研究成果为地方制定科学合理的地下水配置方案提供科学依据.     

采水引起地面沉降的预计模型及电算化研究

论述了地下水开采引起地面沉降的力学机理，总结了地面沉降引起地质灾害的表现形式和地面沉降的研究现状：通过引入一个采水下沉系数q，分析了地下水水势分布的几何特征，建立了地下水开采引起地面沉降的概率积分预计模型，利用VB60编制了预计计算程序。最后，给出了一个单井计算和多井计算的实例，实现了预计模型的电算化。 ?20 ?20 ?20 ?20 ?20 ?20 ?20 ?20     

地铁盾构施工引发地面沉降三维流固全耦合数值模拟预测

为了研究地下水影响下盾构施工引发的地面沉降,用比奥(Biot)固结理论,将土体本构关系推广到黏弹塑性,引入土体参数随着有效应力的动态变化关系,建立盾构施工引发地面沉降三维流固全耦合数学模型,并采用伽辽金加权余量法对数学方程进行离散,运用FORTRAN95语言研发有限元程序.以成都地铁4号线一期工程玉双路站至双林路站盾构区间段为例,通过对比实测地面沉降量和计算沉降量验证模型可靠性,并模拟预测了盾构施工过程中引发的地面沉降和土体中孔隙水压力的变化特征,同时模拟土体参数动态变化特征.结果表明:实测地面沉降量与计算值吻合较好,模型可靠,盾构隧道施工引发的地面沉降在左右线盾构隧道轴线之间较大,远离左右线盾构隧道轴线,地面沉降量减小,且随着盾构施工的进行,在开挖面处孔隙水压力降至最低,随着管片支护完成,孔隙水压力逐渐恢复.     

苏州市市区地面沉降带测管项目实施与分析

1.引言 近年来由于地下水的开采和地质条件的原因,许多城市的地面都有不同程度的下沉,突显出来的问题也日益严重,各级政府也十分重视地面沉降情况。根据苏州市规划局的委托,我院于2010年5月承担了苏州市相城区地面沉降带测管分析项目,旨在通过采集该地区的沉降情况,通过建立数字地面模型来分析该地区未来沉降量,以及通过现代科学技术手段解决该地区的地面沉降问题。     

地面沉降变形非线性完全耦合数学模型

基于多孔介质有效应力原理的渗流-变形耦合,考虑孔隙度、渗透率非线性变化,建立三维地面沉降变形完全耦合数学模型,并给出了模型的有限差分解法.该模型可以刻画地下水开采、建筑物荷载、基坑降水等作用下的三维地下水渗流场和地层变形位移场,分析地面沉降的三维变化与非线性特征,为地面沉降研究与防治提供技术手段.     

基于麻雀搜索算法优化Elman残差自校正地面沉降预测模型

地面沉降是一种常见的地质灾害，严重阻碍当地居民的生产生活，如何对地面沉降进行准确预测已经成为相关专家学者讨论的热点话题。但常规数学模型难以对地面沉降量做出准确预测。本文提出了麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm, SSA）优化Elman的地面沉降量预测方法，同时根据组合模型原理提出了SSA-Elman残差自校正（SSA-Elman Residual self-correction，SSA-Elman-RSC）模型的策略，通过残差校正的方式降低神经网络预测误差，成功的将地面沉降量预测模型应用于山西省大同市潇河产业园，将预测结果与未进行残差修正的模型预测结果进行比较分析。结果表明对于RMSE，MAE，MRE三个指标，SSA-Elman-RSC拥有更高的精度。该模型的提出为山西地区地面沉降量预测提供了一种新方法，并且组合模型的建立提供了一种新思路。     

考虑地面沉降约束的地下水模拟优化管理模型

为了解决地面沉降区地下水资源科学管理这一个重要的资源与环境地质问题,基于模拟优化(S-O)模型的思想,建立了考虑地面沉降约束的地下水模拟优化管理模型(SUBGO).模拟模型采用地下水模拟程序MODFLOW-2005中的地面沉降模拟子程序SUB-WT来模拟地面沉降过程.优化模型分别采用遗传算法(GA)和小生境Pareto禁忌遗传混合算法(NPTSGA)分别求解单目标和多目标的优化设计方案.将SUBGO管理模型应用于一个理想场地含水层中地下水开采方案和地面沉降控制的优化设计中,结果表明基于GA的单目标优化和基于NPTSGA的多目标优化均能搜索到全局最优解和全局分布的Pareto最优解,均能够在控制地面沉降的约束条件下,设计合理的地下水开采利用方案.与单目标相比,多目标优化能够为决策者提供多个解作为管理决策方案,同时多目标优化还提高了寻优的计算效率.     

甘肃省合作市水资源开采引发的环境地质问题探讨

合作市地下水超量开采已引起地下水位持续下降、泉水量衰减,以及由此引发的水质恶化、草场退化等问题,本文利用已有资料,在调查的基础上,对合作市水资源开发引起的各类环境问题及发展趋势进行了分析,并对防治建议措施进行了讨论,主要措施有禁止、调减或控制地下水开采量;进行外流域调水;建设和完善城市污水、垃圾处理设施;尽快建立合作市城区地表水、地下水环境监测系统。     

地面沉降对太原市城市建设的影响及防治对策

太原市地面沉降发展历史主要分4个阶段,通过对各阶段的各沉降漏斗中心地下水水位变化与地面沉降速率间关联性的分析,说明超采地下水是太原市地面沉降的主导因素,但仍然受地层岩性分布的深刻影响及其他因素的共同作用.从太原市建设现状与规划角度进行了地面沉降灾害分析,系统总结了太原市历年来地面沉降的防治措施并分析其效果,提出了太原市下一步需要加强及推动的地面沉降防治工作.     

上海地面沉降自动监测及信息系统

根据联通管原理，通过多个测点连通，运用分层标及应用压力传感、数码传换技术来自动测量地面沉降和地下水水位，并联网实现同步监测、网络化管理。在此基础上，将监测数据并入地面沉降信息系统，进而对各种监测数据进行处理、分析，实现地面沉降的预测。     

悬挂式止水帷幕基坑控水优化方法

基于地下水渗流连续性原理并结合达西定律,推导出了止水帷幕在不同插入深度下的圆形基坑涌水量计算公式.在此基础上,借鉴我国船舶工程中广泛采用的阻力系数法,提出了考虑悬挂式止水帷幕的地表沉降量计算方法.最后综合涌水量和地面沉降计算方法,以控水成本为目标,以基坑涌水量和坑外地面沉降量为约束条件,建立了一套完整的兼顾基坑设计安全性和经济性的悬挂式止水帷幕基坑控水设计优化方法,并以北京市通州区某工程场地为例,对所建立的控水优化方法进行了具体应用.     

考虑非饱和区变形的基坑降水沉降分析

传统的基坑降水渗流沉降耦合分析中,通常未考虑非饱和区的变形以及土体的非线性特征.本研究基于非饱和土有效应力理论,考虑土体孔隙特征及渗透性随应力状态的动态变化,建立了基坑降水饱和—非饱和渗流沉降耦合模型.利用Flex PDE软件编制计算程序,对一典型基坑降水模型进行了计算分析.分析结果表明,渗流—变形耦合效应会对地下水渗流场的分布造成一定影响,而孔隙度、饱和渗透系数变化对地面沉降的影响则具有时间效应;基坑降水初期,地面沉降速度较快,降水中应该引起格外重视.     

太原市地面沉降的原因浅析

从分析地面沉降的现状入手，找到了引起太原市地面沉降的主要原因——地下水的过量开采，提出了防治地面沉降的有效措施。     

济宁市城区地面沉降的成因和规律性探讨

在阐述济宁市城区自然地理、地质概况、水文地质条件、岩土体物理力学特征的基础上,利用地下水开采情况、地下水位动态、沉降观测及各种地层的有关参数等资料,分析了地面沉降产生的原因、发展现状和发展阶段,并通过对地面沉降和地下水开采的相关分析,认为目前地面沉降正处于较明显沉降的发展阶段,其产生的原因主要在于对深层承压水的超采,与地壳新构造运动无关.地面沉降的分布和发展具有如下规律:(1)地面沉降的速率和分布范围与地下水位的下降一致;(2)地面沉降与地下水位变幅呈正相关;(3)地面沉降速率受岩土体类型的影响,沉降漏斗与粘性土地层厚度的分布基本是一致的;(4)地面沉降中粘性土层的塑性变形和砂性土层的弹性压密并存.图2,表1,参8.