首页> 正文

地下水停采后地面沉降与地裂缝活动滞后效应模型研究

2020-12-02阅读(230)

地下水停采后地面沉降与地裂缝活动滞后效应模型研究

论文摘要

地下水水位、地面沉降及地裂缝活动在时间发展上存在着密切的联系,同时也存在着差异。以西安地区为例,地下水过度开采引发地面沉降和地裂缝活动,地下水停采后,开采层位孔隙水压力回升,但地面沉降和地裂缝活动没有停止,而是持续了相当长一段时间。本文通过数值模拟的研究方法,基于弱透水层释水及形变的滞后性,对地面沉降和地裂缝活动的滞后效应展开研究。本文首先根据Terzaghi一维固结方程,采用解析法对多层含水层系统中弱透水层释水及形变的滞后性展开研究;然后构建多层含水层系统沉降模型,模拟地下水开采及停采过程中,各含水层内部孔隙水压力与土体形变特征,对地面沉降滞后效应机理进行研究;接下来根据弱面滑移理论,采用解析法对地裂缝两侧土体相对滑移特征进行求解,并分别采用接触面法和弱化薄层法对地裂缝进行模拟,确定合理的地裂缝模拟方法;最后将沉降模型和地裂缝模型相结合,依据Biot固结理论,构建地裂缝发育的多层含水层系统流固耦合模型,对地裂缝的滞后效应机理展开研究,并对影响地裂缝活动的诸多因素进行分析。主要结论如下:弱透水层靠近开采层位的部分最先压缩释水,远离开采层位的部分压缩释水存在滞后性。不同的边界条件对弱透水层释水与压缩的滞后性影响较大。地下水停采后,开采层位孔隙水压力开始回升。由于弱透水层释水的滞后性,导致与开采层位相邻的弱透水层被分为两部分。弱透水层中靠近开采层位的部分孔隙水压力逐渐回升,土体发生回弹;远离开采层位的部分孔隙水压力下降,土体持续压缩。在该阶段,土体的总压缩量大于总回弹量,引发地面沉降的滞后效应。地下水停采后,弱透水层释水的滞后性,导致地裂缝两侧土体差异沉降没有停止;渗流力在地裂缝和开采层位交界处造成的拉张区逐渐增大,导致断裂面旋转的趋势增强。因此在该阶段,地裂缝两侧的垂向错动距离和水平拉张距离持续增加,引发地裂缝活动的滞后效应。

论文目录

  • 中文摘要
  • abstract
  • 1 引言
  •   1.1 研究背景与选题意义
  •   1.2 地下水开采引发地面沉降研究现状
  •     1.2.1 国内外地面沉降概况
  •     1.2.2 地面沉降计算理论
  •     1.2.3 地面沉降滞后效应研究概况
  •     1.2.4 地面沉降计算模型研究概况
  •   1.3 地下水开采引发地裂缝活动研究现状
  •     1.3.1 差异沉降机制
  •     1.3.2 拉张应变机制
  •     1.3.3 西安地区地裂缝成因
  •   1.4 研究目的、内容和技术路线
  •     1.4.1 研究目的
  •     1.4.2 研究内容
  •     1.4.3 技术路线
  •   1.5 创新点
  • 2 弱透水层释水与形变的滞后性分析
  •   2.1 引言
  •   2.2 一维固结方程
  •     2.2.1 模型简图
  •     2.2.2 假设条件
  •     2.2.3 固结方程
  •   2.3 水位下降引发的一维固结解析解
  •     2.3.1 模型简图
  •     2.3.2 定水头边界条件下弱透水层的一维固结方程解析解
  •     2.3.3 隔水边界条件下弱透水层的一维固结方程解析解
  •   2.4 弱透水层释水滞后性分析
  •     2.4.1 弱透水层在定水头边界条件下的释水滞后性分析
  •     2.4.2 弱透水层在隔水边界条件下的释水滞后性分析
  •     2.4.3 弱透水层在不同边界条件下的滞后释水量对比
  •   2.5 弱透水层形变滞后性分析
  •     2.5.1 弱透水层在定水头边界条件下的形变方程解析解
  •     2.5.2 弱透水层在隔水边界条件下的形变方程解析解
  •     2.5.3 弱透水层在不同边界条件下的滞后形变量对比
  •   2.6 本章小结
  • 3 地面沉降滞后效应机理与影响因素研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 计算软件及流固耦合原理
  •     3.2.1 FLAC3D简介
  •     3.2.2 流固耦合基本原理
  •   3.3 地面沉降模型建立及参数确定
  •   3.4 地面沉降滞后效应机理研究
  •     3.4.1 地面沉降与开采层位孔隙水压力特征
  •     3.4.2 各含水层孔隙水压力分布特征
  •     3.4.3 各含水层土体相对位移分布特征
  •     3.4.4 各含水层压缩量变化特征
  •   3.5 地面沉降滞后效应的影响因素
  •     3.5.1 弱透水层渗透系数的影响
  •     3.5.2 弱透水层厚度的影响
  •     3.5.3 弱透水层压缩模量的影响
  •     3.5.4 地下水开采量的影响
  •     3.5.5 地下水开采层位的影响
  •   3.6 本章小结
  • 4 孔隙水压力扰动下地裂缝两侧土体滑移机理与模型比较
  •   4.1 引言
  •   4.2 存在弱面土体的屈服及破坏机制
  •   4.3 孔隙水压力扰动下地裂缝两侧土体滑移机理
  •   4.4 孔隙水压力扰动下地裂缝模型比较
  •     4.4.1 接触面法与弱化薄层法地裂缝建模原理
  •     4.4.2 地裂缝模型建立及参数确定
  •     4.4.3 比较方案设计
  •   4.5 模型比较与结果分析
  •   4.6 本章小结
  • 5 地裂缝活动滞后效应机理与影响因素研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 西安地下水开采及地裂缝活动历史
  •     5.2.1 地下水开采历史概述
  •     5.2.2 地裂缝活动历史概述
  •   5.3 地裂缝活动模型建立与参数确定
  •     5.3.1 计算剖面的选取与概化
  •     5.3.2 模型边界条件及参数确定
  •   5.4 地裂缝活动滞后机理研究
  •     5.4.1 地下水开采作用下地裂缝生成机理
  •     5.4.2 地裂缝活动不同阶段的划分
  •     5.4.3 地裂缝活动加剧阶段（阶段Ⅰ）
  •     5.4.4 地裂缝活动滞后阶段（阶段Ⅱ）
  •     5.4.5 地裂缝活动停止阶段（阶段Ⅲ）
  •   5.5 地裂缝活动强度与滞后性影响因素
  •     5.5.1 弱透水层厚度与渗透系数的影响
  •     5.5.2 地下水开采量与开采层位的影响
  •     5.5.3 地裂缝力学参数的影响
  •     5.5.4 地裂缝倾角与倾向的影响
  •   5.6 本章小结
  • 6 结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 王冶

    导师: 万力,胡伏生

    关键词: 地面沉降,地裂缝活动,滞后效应,数值模型

    来源: 中国地质大学(北京)

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,地质学,地质学,工业通用技术及设备

    单位: 中国地质大学(北京)

    基金: 中国地质调查局地质矿产调查评价专项专题项目《西咸新区地面沉降,地裂缝与地下水耦合模型》

    分类号: P641.8;P642.2

    DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000008

    总页数: 148

    文件大小: 10177K

    下载量: 125

    相关论文文献

    • [1].地裂缝及其灾害防治简要介绍[J]. 中国建材资讯 2008(02)
    • [2].广西侧岭地区地裂缝成因研究[J]. 西部交通科技 2019(04)
    • [3].矿区采空塌陷与地裂缝灾害探析[J]. 山西焦煤科技 2011(07)
    • [4].渭河盆地地裂缝同生机制研究[J]. 南京大学学报(自然科学) 2019(03)
    • [5].运城盆地尉郭地裂缝基本特征与成因分析[J]. 自然灾害学报 2017(06)
    • [6].山西清徐地裂缝调查与灾害损失评估研究[J]. 地震工程学报 2016(S2)
    • [7].不同活动速率下隐伏地裂缝的模型试验研究[J]. 中国地质灾害与防治学报 2019(02)
    • [8].地裂缝对西安火车站改扩建东配楼结构性能的影响[J]. 工业建筑 2019(05)
    • [9].非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究[J]. 振动与冲击 2018(04)
    • [10].北京宋庄地裂缝灾害特征及影响因素分析[J]. 工程地质学报 2018(06)
    • [11].河北隆尧跨地裂缝建筑物破坏特征分析[J]. 中国地质灾害与防治学报 2019(01)
    • [12].运城盆地和峨眉台地地裂缝基本特征[J]. 中国地质灾害与防治学报 2018(06)
    • [13].山东省地裂缝灾害的现状及防治对策建议[J]. 山东国土资源 2014(05)
    • [14].地裂缝活动影响因素分析及防治对策[J]. 陕西建筑 2018(07)
    • [15].跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究[J]. 工程力学 2018(05)
    • [16].大同市地裂缝灾害分析及防治[J]. 山西建筑 2013(34)
    • [17].运城市地震地质条件分析[J]. 华北自然资源 2020(04)
    • [18].地裂缝-隧道-围岩动力相互作用模型试验研究[J]. 地震工程学报 2019(03)
    • [19].地裂缝:大地皮肤的伤痕[J]. 地球 2018(11)
    • [20].基于灰色关联度理论的苏锡常地裂缝危险性评价[J]. 煤田地质与勘探 2018(02)
    • [21].基于层次分析和信息量法的地裂缝危险性评价[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程) 2018(10)
    • [22].隆尧地裂缝活动破坏特征及影响宽度分析[J]. 河北工程大学学报(自然科学版) 2018(04)
    • [23].苏锡常地区地裂缝成因及预警[J]. 江苏科技信息 2019(06)
    • [24].地裂缝场地加速度响应振动台试验研究[J]. 岩土工程学报 2018(03)
    • [25].基于离散元法的基岩潜山型地裂缝易发区预测（英文）[J]. Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2019(10)
    • [26].地裂缝活动作用下地层应力和位移传递规律研究[J]. 水文地质工程地质 2018(01)
    • [27].基于AHP与模糊数学的地裂缝灾害等级评价研究[J]. 河北地质大学学报 2019(05)
    • [28].采水型地裂缝发育演化模型试验研究[J]. 工程地质学报 2018(04)
    • [29].基于光纤传感技术的地裂缝物理模型试验[J]. 水文地质工程地质 2018(03)
    • [30].灰色关联度分析法在北京通州区地裂缝灾害危险性评价中的应用[J]. 中国地质灾害与防治学报 2010(03)

    标签：;  ;  ;  ;  

    地下水停采后地面沉降与地裂缝活动滞后效应模型研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6