济宁市地下水与地面沉降三维有限元模拟

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。集中过量开采垢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攻一维地面沉降模型。通过水力联系建立地下水与地面沉降耦合数值模型,动用有限元法对地下水渗流场和地面沉降量进行模拟,并对２０００年和２０１０年地面沉降进行了预测。     

太原市地面沉降概述

阐述了太原市的水文地质特征及地下水开采背景,分析了地面沉降的现状及所造成的危害,提出了太原市防治地面沉降的措施。     

地下水超采引起的地面沉降问题及解决思路

介绍了地下水过量开采与地面沉降的关系,分析了地下水开采带来的地质、环境及社会问题,探讨了控制地面沉降的思路及对策。     

基于GMS-SUB的地面沉降数值模拟研究——以太谷东站为例

大规模抽取地下水引起的地面沉降会带来诸多环境灾害和经济损失。为解决地下水开采造成的地面沉降问题,以山西省晋中市太谷东站研究区为例,在地下水渗流理论和太沙基一维固结理论的基础上,利用GMS-SUB模块建立了该研究区三维地下水流与土体垂向一维沉降的水土耦合数值模拟模型,预测研究区2025a 8月的地下水流场和地面沉降趋势,并与经验公式法预测的地面沉降量进行了对比。结果表明,太谷东站在预测期累积地面沉降量最高达到51.2mm,沉降漏斗面积可达10.64km²,数值模拟法在空间上很好地呈现了地面沉降的分布规律,可为地面沉降预测提供参考。     

北京东部区域地面沉降现状及其发展趋势预测

东部沉降区是北京地面沉降比较严重的沉降区之一.该区域是北京市未来发展的重点地区之一,包括了CBD及其东扩区,通州新城.通过对该区域内大量地面沉降历史观测数据、地下水位历史观测数据以及近几年的监测成果进行整理,分析总结了该区域内地面沉降发生、发展的特点及规律,并建立了适用于不同地层在多层地下水动态变化条件下的地面沉降计算方法,编制了计算程序.分析与计算结果表明:1)研究区的地面沉降总体上呈现自西向东,自北向南发展的趋势,由一个沉降中心逐渐出现多个沉降中心.2)近几年研究区的地面沉降呈现出沉降面积迅速扩大、沉降速率加快的发展趋势.3)未来5年内研究区西部地区地面沉降比较稳定,地面沉降继续向东部与南部移动.     

高层建筑荷载、地下水开采与地面沉降耦合研究

针对城市化进程中高层建筑不断增加,由地下水开采和高层建筑荷载叠加作用共同引发的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,结合土体非线性流变理论,将比奥固结理论中的本构关系推广到黏弹塑性,并考虑孔隙度、渗透系数、土体变形参数随有效应力的动态变化关系,建立高层建筑荷载、地下水渗流与地面沉降有限元数值模型,详细研究了地下水开采及高层建筑荷载叠加影响下的地面沉降特征.结果表明:地下水开采和高层建筑荷载叠加作用下的地面沉降存在耦合效应,由地下水开采和高层建筑荷载叠加作用引起的地面沉降值小于同一条件单独抽水和仅存在高层建筑荷载作用下地面沉降值之和.耦合效应随着地下水开采层位埋深的变大而减弱.沉降初期,线性叠加效应明显,随着时间的延长,耦合效应趋于稳定.     

地面沉降的气象干旱响应模式

地面沉降是指地面水准点和海拔高程持续下降的地质灾害现象,一般发生于平原地区工业发达的城市周围,对其成因,目前公认是由于人类社会生产生活过程中过度开采地下水引发地下水下降漏斗所致.通过对廊坊市地面沉降发展演化过程与逐年降水的相关分析,揭示了二者之间复杂微妙的相互关系,即气象干旱促使人类过度开采地下水资源,从而进一步加剧水文干旱、地下水位下降漏斗及地面沉降灾害.在时间序列上,气象干旱呈现为波浪起伏状特征,而地面沉降则表现为缓变性、积累性、不可逆性,气象干旱的阶段性终止并不能阻止地面沉降的继续发展与蔓延.当然,这一机制发挥作用的背景则是现代科技条件下,机井抽水的大规模推广应用.     

地面沉降对地下水时空响应及其非工程控沉

针对潍北平原地面沉降问题,建立地面沉降流固耦合三维数值模型,从宏观的角度探讨潍北平原在未来一段时间内区域性地面沉降的发展规律,考虑到地下水开采与地面沉降的相互关系,量化地下水开采对其的负面影响.研究结果表明:潍北平原地区沉降漏斗中心主要分布在寿光市营里镇东部和广陵乡北部;保持2019年地下水开采量,潍北平原未来10年内...     

地面沉降经济损失探讨

地面沉降是在自然和人为因素作用下,由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种环境地质现象,是一种不可补偿的永久性环境和资源损失,是地质环境系统破坏所致的结果。地面沉降具有生成缓慢,持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点,是一种对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活构成威胁的地质灾害。国内外大多数地面沉降主要是不合理开采地下水资源所造成的。但也有构造沉降、加荷沉降以及多种因素复合型沉降。目前世界上已有50多个国家和地区发生地面沉降,较严重的国家为日本、美国、墨西哥、意大利、泰国及我国。我国已有96个城市和地区发生不同危害程度的地面沉降,较严重的地区有上海、天津、台北、宁波以及华北平原。由于地面沉降造成地面高程失真,影响防洪、危害交通(铁路、公路、水运)建筑物倾斜甚至倒塌、水管断裂、地面积水、农业减产等重大不良现象,致使造成巨大经济损失。     

苏州市地面沉降过程的模拟与预测

利用数理统计模型处理苏州市地面沉降观测数据,研究苏州市地面沉降在时空上的变化特征,并预测未来发展趋势。结果表明,苏州市地面沉降在空间上具有区域性特征,沉降幅度由北向南减小;在时间上有阶段性特征,沉降幅度逐渐变小。未来苏州市地面沉降将进一步趋缓。     

廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系

通过收集廊坊城区水文地质条件、地面沉降监测等资料,分析地下水漏斗变化和地面沉降发展情况,研究廊坊城区地面沉降与地下水漏斗响应关系。首先,深层地下水是廊坊城区的主要水源,2001—2015年供水量呈整体上升趋势,其中生产用水和家庭用水占主要部分,长期开采深层地下水形成地下水漏斗,漏斗断面呈"V"字形。其次,基于合成孔径雷达干涉(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术,廊坊市城区大部沉降速率60 mm/a,局部达80 mm/a。再者,地下水漏斗变化和地面沉降响应关系显示,地下水漏斗与地面沉降中心基本吻合,地下水位开采量增加,造成深层水位下降,导致地面沉降速率不断变大,影响范围亦增大,地下水位下降成为该区地面层沉降主要影响因素,同时建筑群荷载增加对地面沉降亦产生不利影响。因此,开展地面沉降与地下水漏斗响应关系研究可为地面沉降灾害防治提供理论依据。     

基于动态灰色模型的地下工程地面沉降预测

对地下工程引起的地面沉降作实时准确的预报对指导施工有重要意义,利用动态灰色模型(MGM),可以根据适时更新的观测值建立实时的预报模型,从而使预报精度提高。文章通过工程实例,表明该模型能较好地应用于沉降预报,这对地下工程及岩土工程施工有一定的参考价值。     

超小间距隧道施工中的地表沉降研究

以地铁超小间距隧道施工中的地表沉降及其规律为研究目标,根据广州地铁三号线岗石区间超小间距隧道的施工实践,采用实测资料分析和数值计算的方法,研究了地表沉降的过程和阶段,将沉降过程划分为4个阶段,后掘隧道开挖引起先掘隧道的地表沉降约为地表沉降总量的30％～4J0％：两隧道的变形破坏区在T型土体内连为一体,T型土体成为地表沉降最人的区域;提出了控制地表沉降的设计和施工方法。     

济宁市人均耕地警戒值测算

人口增长、经济发展、城市建设使有限的耕地资源日趋紧张,为有效保护有限的耕地资源,缓解人地矛盾,协调人地关系,非常必要进行人均耕地警戒值的研究.文章阐述了人均耕地警戒值的含义、测算的意义、测算方法与步骤,并在分析济宁市耕地利用现状的基础上测算了目标年的人均耕地警戒值.结果显示:2010年人均耕地预期保有量大于人均耕地警戒值,无警,2020年人均耕地预期保有量小于人均耕地警戒值,有警.最后对今后耕地资源的利用与保护提出相关对策和建议.以期为土地利用规划、土地资源合理利用与保护提供科学依据.     

Satellite SAR interferometric observations of displacements associated with urban subsidence in Suzhou, Eastern China

SAR interferometry (InSAR) has a high potential for surface displacement mapping in the range from millimeter to meter. In this paper the potential of ERS-1/2 SAR interferometry for mapping subtle land subsidence has been investigated. A time series of ERS-1/2 SAR data from February 1993 to February 2000 is collected from measurements taken in Suzhou city, Jiangsu Province, China, eight ERS-1/2 SAR images are used to create seven interferograms, and three differential interferograms are produced using the three-pass method, which clearly show the spatial extent of land subsidence. The deformation maps are validated by leveling surveys, the correlation coefficient and standard deviation between them are 0.943 and 0.1706 respectively. Based on seven benchmarks, the subsidence rates are estimated, the overall trends are in close agreement with InSAR results. The results of study show that for the mapping of land subsidence in urban environments InSAR has a strong potential due to its cost-saving, high resolution and accuracy.     

承压含水层地下水开采流固耦合渗流数学模型

以饱和多孔介质流固耦合渗流数学模型为基础,推导建立了适合描述承压含水层地下水开采过程渗流与地面沉降耦合的二维数学模型。并给出了一承压含水层定产量开采的数值算例,计算得出了渗流场的分布特征和中心位置地面沉降量的变化规律,探讨了流固耦合效应。结果表明,考虑耦合效应与否对于计算结果影响较大,本文模型更能反映流固耦合渗流的物理实质。随着时间增长孔隙压力减小,孔隙压力消散的程度越来越快;含水层内部的流固耦合作用较强,而其边界处因受边界条件约束,耦合效应表现则不够明显。中心沉降量随时间增长而迅速增大,且很快趋于稳定,固结沉降速度之快,说明流固耦合效应影响之大。这对于进一步深入认识因地下水开采而诱发的地面沉降机理及制定相应的防治措施都有重要的理论意义和指导作用。     

基于BP网络与WPGM(1,1)组合模型的地面沉降预测

文章针对区域性地面沉降问题,从传统灰色模型出发,对其背景值进行改进,建立动态定权灰色模型,并结合BP神经网络建立组合预测模型。该组合模型克服了单一灰色模型或BP网络模型不能很好地处理原始沉降数列波动较大的问题。对某地一水准点的连续多年沉降量建立组合模型,对后期沉降进行预测,将预测结果与二等水准测量结果进行比较,主要采用后验差检验法和相对误差比较对模型模拟和预测结果进行了检验,结果表明该组合预测模型可以大大提高预测精度和鲁棒性。     

基于DFOS的通州湾地区地面沉降监测与变形分析

以江苏省通州湾地区YD002钻孔为研究对象,建立了地面沉降DFOS(distributed fiber optic sensing)系统,对该地区第四纪沉积层的变形及地面沉降进行长期监测,并依据监测数据对该地区地面沉降的现状和趋势进行分析。结果表明：该地区目前的主要变形来源为抽水层上部承压含水层组垂向释水造成的土层压缩变形,地层整体呈压缩趋势,且各压缩层变形与地下水水位变化规律密切相关;相较于传统分层标,DFOS技术能够更加精细化地测量土层垂向的压缩-回弹变形。     

上海地面沉降地下水渗流场与地层应力场分析

为有效控制上海地面沉降发展,利用地下水位与地层变形的实测资料,分析了地下水渗流场与应力场的变化特征及其制约机制。结果表明:地面沉降与地下水渗流场、第四纪地层的应力场关系密切;开发利用地下水资源以及工程建设活动,是渗流场与应力场发生变化的重要影响因素;地层空间分布的不均一也使渗流场和应力场发生突变并呈现非线性;深部含水层集中开采导致的地下水位持续下降以及浅部含水层的工程降水和建筑荷载,是上海地面沉降防治面临的新问题。该研究有助于上海地面沉降系统调控对策的制定与防治技术措施的实施。