抽水引起地面沉降机理研究.doc

东南大学 硕士学位论文抽水引起地面沉降机理研究 姓名：吕伟华 申请学位级别：硕士 专业：岩土工程 指导教师：缪林昌摘要 摘要 本文以国家自然基金项目“软土地区城市工程建设引起的地面沉降与灾害评价研究”（Ｎｏ为依托，进行抽水地面沉降的室内模型试验。以含水层的变形特性为主要研究内容，得出含水层水位降深及其引起的压缩变形在时间和空间上的分布规律，探讨水位变化与变形之间的相互关系，分析抽取地下水引起地面沉降的机理。推导抽水引起含水层压密变形过程中考虑含水层孔隙缩小、渗透性减弱的一维竖向变形的耦合计算方法，提出“预测直线法”控制抽水量控制地面沉降的办法。主要工作内容包括： １．模拟含水层弱透水层交替的含水层系统的地下水存在形式，进行室内抽水地面沉降模型试验研究，模型试验中对第二承压含水层进行抽水与注水回灌补给试验，通过对试验结果的分析并与常州清凉小学实测数据的比较，理论计算含水层的储水系数，验证了模型试验的有效性。 ２．研究抽水含水层的水位降深及其引起含水层压密变形之间的相关关系，验证了含水层存在塑性变形和与随时间有关的蠕变变形。推导了抽水水位降深Ｊａｃｏｂ方程解中的ｋ随含水层ｅ变化而变化的渗流与变形耦合的计算方法。通过室内模犁试验数据及清凉小学实测数据对耦合计算方法进行了验证，得到考虑耦合的计算结果比不考虑耦合的计算结果与实测结果更吻合。 ３．根据含水层水位降深—变形的（双）线性关系，提出一种预测控制地面沉降方法一直线法控制抽水量控制地面沉降。该方法的实质是抽水含水层的渗透系数由于水位降深而发生线性减小。通过考虑在孔隙比、渗透系数变化的耦合计算方法的拟合预测直线上设定控制的沉降量，反推该沉降量对应的实际抽水量，从而达到控制地面沉降的目的。关键词：抽水地面沉降；模型试验；含水层变形；流固耦合；地面沉降预测方法 ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｏｎｅ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ‘‘Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｎ ｕｒｂａｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ａｒｅａ’’（Ｎｏｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄｍｉｏｎ ｏｆＣｈｉｎａ（ＮＳＦＣ）．Ｂｙ ｐｕｍｐｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ａｑｕｉｆｅｒ，ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｑｕｉｆｅｒｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｓｐａｃｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ，ｔｈｅ ｖｏｉｄ ｒａｔｉｏ（ｅ）ａｎｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ（ｋ）ｏｆｔｈｅ ａｑｕｉｆｅｒ ａｒｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｓｍａｌｌｅｒ ａｎｄ ｓｍａｌｌｅｒ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｅａｄ ｄｒａｗｄｏｗｎｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ａｑｕｉｆｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｉｄ ｒａｔｉｏ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｒｏｍ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｂｉｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｄｅｃｌｉｎｅ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｔｗｏ－ａｂｏｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ，ａｓｉｍｐｌｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｓｅｅｐａｇｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｄｕｃｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄｔｈａｔ ｕｎｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｖｏｉｄ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｍａｙ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅｙ ａｌｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｓｔｅｐ ｂｙｓｔｅｐ ｄｕｒｉｎｇ ｐｕｍｐｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｉｎｃｌｕｄｅｓ罄ｆｏｌｌｏｗｓ： １．Ｕｓｉｎｇ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ａｑｕｉｆｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍＷａＳ ｐｕｍｐｅｄ ａｎｄ ｒｅｃｈａｒｇ