常州地区含水层系统土层压缩变形特征研究

根据近十几年来分层标和含水层水位观测资料分析了常州地区土层压缩变形特征,表明承压含水砂层中的压缩变形不容忽视,且含水砂层的压缩变形与弱透水层的粘土、粉质粘土相似,均表现出明显的变形滞后现象.为此从水位与时间关系、土层变形与时间关系和水位与变形关系出发,结合室内试验方法,通过选取常州地区含水层系统中第一、二、三承压含水层以及二、三承压含水层间弱透水层和第三承压含水层下覆弱透水层的原状土样,采用单轴侧限压缩试验,分析了常州地区砂土和粉质粘土的次固结（蠕变）特性.试验结果表明常州地区不论是粉质粘土还是砂土,均存在一定的次固结变形,从而启示我们该地区地面沉降模拟中应同时考虑含水砂层的蠕变特性.     

超固结土层垂向形变机理及临界水位控沉分析——以西安南郊钻孔土样研究为例

超固结地层发生地面沉降需要一个大于超固结应力的起始附加应力来驱动。依据有效应力原则,临界水位与超固结应力之间存在线性相关关系,则超固结地层垂向形变机理亦可通过临界水位描述为：当人为开采地下水引起的起始水位降深大于临界水位时,地面沉降将明显发生。西安南郊地质技校钻孔埋深100-300m内土样试验资料分析及计算结果表明：该地层普遍呈现超固结特性;第一、二承压含水组的临界水位值分别为63.44m及73.76m;将“临界水位”作为控制地面沉降与最大限度开采地下水资源的主控指标来考虑,是地面沉降的有效防治措施。     

地下水控采条件下上海土层变形特征研究

根据上海地区分层标和水位孔的实测资料,分析了2001~2012年间地下水控采条件下地下水位变化及土层变形特征。上海地区潜水层和第一承压含水层水位基本保持不变,第二至第五承压含水层水位都呈现出明显的回升趋势。三个软土层仍在发生压缩变形,其中第三软土层随着水位的回升变形得到了控制,部分地区已出现回弹趋势。在水位全面回升情况下,第一到第四承压含水层表现为明显的塑性和蠕变变形,当水位持续回升时土层仍有沉降,且变形滞后于水位变化;而第五承压含水层主要以弹性变形为主,当水位不断回升时,含水砂层也随之持续回弹,滞后不明显。将上海地区近年来含水层与水位变化关系归纳出四种模式。砂性土单向蠕变试验的结果表明,双屈服流变模型可以较好地反映砂土蠕变变形特征。     

上海市地下水位大幅抬升条件下土层变形特征分析

过去对地下水位持续下降条件的地面沉降研究较多,但对水位大幅持续抬升过程中的地面沉降研究较少。本文根据 上海大量地面沉降、水位观测和钻孔资料,系统分析上海市90年代末以来地下水位大幅抬升条件下各土层的变形特征。自 1998年以来,上海市通过大幅压缩开采量、回灌地下水等措施使第二、三、四和五承压含水层水位分别平均抬升2.1 m, 3.6 m, 12.4 m, 12.7 m。水位的抬升使上海市地面沉降平均速率由1998年的12.2 mm/a减小到2011年的1.83 mm/a,减少85%。 通过对27组分层标数据分析发现：现阶段主要压缩层位在第一、二软土层,年沉降速率为2~4 mm/a;而第二含水层以下土 层已经有少量回弹。在水位持续大幅抬升过程中,本文总结了两种变形特征：1） 变形和水位变化基本同步,残余变形量非 常小,变形可概化为线弹性变形,这种变形主要发生在第一、二、三和五承压含水层、第五和六弱透水层;2） 压缩速率逐 渐减小,无明显持续回弹趋势,有较大残余压缩量且存在变形滞后现象,变形可概化为弹塑性变形,这种变形主要发生在 地第二、三和四弱透水层。第四承压含水层变形较复杂,两种变形特征都有。其中较大残余变形量主要由塑性贮水率比弹 性贮水率大2个数量级引起;变形滞后主要由弱透水层中超孔隙水压力消散较慢引起。本文研究成果对于掌握水位抬升过 程中土层变形方式、发生发展机理、预测未来地面沉降及地下水科学管理和资源评价具有重要意义。     

常州地区地面沉降及地层压缩性研究

系统分析了常州地区地下水开采动态和地面沉降发生发展历史,概述了研究区地面沉降的框架,在此基础上,系统研究了常州市分层标从1984年至2002年的分层沉降资料。根据常州地区地下水含水层系统及土层特性,将研究区松散土层垂向划分为四个不同层次,分别研究了它们的压缩变形历时特性及其与累计地下水开采量的关系,研究了各自的应变特性。由于土层结构及物理力学性质的不同、地下水开采层次及强度的差异、土层不同应力历史的影响等诸多因素的综合效应,导致了地面沉降及分层压缩特性的显著差别。常州地区的主要压缩层为第II承压含水层的顶板弱透水层,与含水层距离近的土层变形量及应变量均较大,其次是第II承压含水层本身及其与第III承压含水层之间的弱透水层。地面沉降及地层压缩与地下水开采之间的滞后效应在常州地区表现得并不明显,这一点至少在月或年的时间尺度上是正确的。     

常州市地面沉降以及用水化学标志研究的探讨

常州市过量开采第Ⅱ承压含水层的水使水位大幅度下降,造成含水砂层压密和粘性土层固结而导致地面沉降。试验资料表明该区粘性土层的压缩性较低,它们的压密主要是由主固结阶段完成的。视压榨液,浸提液成分和含水层多年水质的变化,以及抽水时水质与氚量资料说明粘性土层释水在造成本区地面沉降中起着相当重要的作用。这种条件下,用对含水层水化学成分的检测来监视地面沉降的发生、发展是一个经济可靠的方法。     

上海市第三、四承压含水层间存在直接水力联系地段

以往上海地区地质、水文地质有关报告和文章都以为上海地区第三、四承压含水砂层间的隔水粘性土层(顶板一般埋深为140米左右)层位稳定,分布普遍,隔水性能良好。第三、四承压含水层无垂向直接水力联系。这就在一定程度上,简化了水文地质条件和相应的地下水资源计算、水化学评价等方面的工作。     

长江三角洲南部地面沉降与地裂缝

过量开采地下水导致长江三角洲南部产生严重的地面沉降和地裂缝,造成巨大的经济损失。地面沉降和地裂缝的发生和发展在时空上与地下水开采具有密切联系,在地下水开采高峰期,地面沉降速率明显增加,在地下水位稳定期和回升期,地面沉降速率显著减小,甚至出现少量回弹。平面上,地面沉降分布形态与主采层地下水位分布形态具有很强的关联性;垂向上,地面沉降分布形态与沉降层、主采层及土层的厚度、压缩性等有关,弱透水层和含水层都可能成为主要沉降层。开采地下水条件下土层的变形与其经历的地下水位变化过程有关,不仅弱透水层存在塑性和粘塑性变形,在一定水位变化条件下含水砂层也存在塑性和粘塑性变形。地面沉降是地表下所有受影响土层的变形之和,为了控制地面沉降和地裂缝的发展,应限制地下水的开采量,尤其是避免出现地下水位低于土层历史上曾经达到的最低水位。     

北京市平原区建设用地地面沉降评估—以北京市外二环京哈高速公路—京密路段沉降区为例

北京市平原区埋藏着丰富的承压水资源，但是由于城市规模的日益扩大，人口剧增和经济快速发展，地下水长期处于超要状态，从而导致地面沉降大面积发生。目前地面沉降已经成为北京市的主要地质灾害之一。采用太沙基一维固结理论，先根据评估区的地层剖面建立预测地质模型，由已知的累计沉降量、承压水降低值等反算土层的压缩变形参数。然后按预估的水位降低值计算地面沉降量。     

地下水开采与地面沉降控制三维全耦合模型研究

针对第四纪松散沉积层中地下水开采所引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,考虑到土体的非线性特征及土体的渗透性随应力状态的动态变化,引入邓肯-张非线性模型和渗透率动态模型,将地下水渗流场和土体应力场耦合起来,并以吴江市浅层地下水开采为例,建立了浅层地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型。在对模型进行校正、识别的基础上,以微承压含水层未来10 a内地下水位埋深不低于含水层顶板、地面沉降量不超过50 mm为约束条件,预测了吴江市各镇的地下水可采资源量合计为1 203.59×10⁴m³/a。     

土体自重固结压缩对地面沉降影响研究

以南通市为例,建立了土体自重固结压缩、地下水开采与地面沉降三维全耦合模型.在对模型进行识别、验证的基础上,模拟预测了南通市在地下水停止开采,仅在土体自重固结压缩影响下,自2010年12月31日-2025年12月31日各含水层组地下水流场变化和地面沉降的发展趋势.结果表明,在此期间,南通市由土体自重固结压缩引起的最大地面沉降量为2.42 mm,最大地面沉降速率为0.16 mm/a,土体白重固结压缩对南通市地面沉降的影响极为有限.     

上海地面沉降管控分区沉降特征及地下水采灌对比研究

上海自1921年发现地面沉降,至今已经100年历史。上海采取压缩地下水开采和进行地下水人工回灌等措施,使地面沉降得到有效控制。尤其21世纪上海市进入微量沉降阶段。地面沉降速度显著减小,地面沉降防治进入分区管控的新阶段。本文从上海市防治分区角度出发,对2001～2017年间上海地面沉降变化特征及其与地下水采灌关系进行分析研究。结果表明上海地面沉降量总体呈减小趋势,地面沉降防治效果显著。地面沉降量变化趋势与深部土体变形量变化趋势大抵相同,2001～2008年间各防治区地面沉降量大幅减小,2009～2017年间减小速率较平缓。2001～2008年间,重点防治区地面沉降量相比次重点及一般防治区年均沉降量差值约10mm,2009～2017年间差值减至约3mm,重点防治区地面沉降防治效果相对更明显。重点防治区在2001～2017年间地面沉降虽然减缓但持续发展,而次重点和一般防治区则在2009年后由地面沉降转变为地面回弹。各防治区深部土体在2009年左右开始回弹,浅部土体年压缩量变化不大且几乎不回弹或微量回弹。2001～2017年间上海各防治区地面沉降量及深部土体变形量变化趋势与净抽水量变化整体响应良好,压缩开采、增大回灌能有效防治地面沉降灾害。2009年后深部含水层开始回弹,之后随着净抽水量继续减小回弹变化缓慢;除一般防治区外其它防治区回弹量在3mm内轻微波动。人工回灌对于增大深部土体回弹的效果不明显。     

全面禁采以来锡西澄南地区地面沉降动态特征分析

锡西澄南地区在苏锡常地区地面沉降研究中具有一定代表性,是地面沉降的典型地区之一。本文在已有的长期地下水水位、地面沉降监测资料的基础上,结合区域地质条件就全面禁采以来锡西澄南地区的地面沉降特征的诸多方面作进一步的探索分析。分析结果显示:目前锡西澄南地区出现南北沉降差异;差异特征与相应区域的地下水补给条件密切相关;北部Ⅱ承压层沉降为预防重点。     

江苏常州横林地裂缝成因机理分析

江苏常州横林地裂缝1989年始发,是苏锡常地区最早被发现的地裂缝,整体沿NE向走向,落差100～500mm,裂缝带宽度50～350m,局部地裂缝分布和走向受古潜山控制.地裂缝空间上主要发育于古潜山的边缘及砂层与岩溶接触带,时间上其发展与地下水主采层水位下降速度加快、岩溶水水位低于第Ⅱ承压水水位的阶段相对应.综合分析推断...     

求解地面沉降预测模型参数的逆问题

地下流体的抽取所引起的地面沉降的预测依赖于所选理论模型中参数的量化。本文所建立的逆问题模型中涉及到压缩承压含水系统中5个控制地面沉降的参数：压缩弱透水层的垂向水力传导系数K＇、塑性贮水率S＇skv和弹性贮水率S＇ske、含水层的贮水率S＇S和弱透水层的前期最大固结压力p＇max0。逆问题模型由Newton-Raphson调整算法和Helm有限差分一维固结模型构成（COMPAC）,其中固结模型可用其他模型替代。文中用一个理想压缩承压含水系统对该逆问题模型进行检验,检验结果显示该模型能求解出理想压缩承压含水系统的K＇、S＇skv、S＇ske、S＇S和p＇max0的近似值,其中p＇max0和S＇skv是控制计算沉降量的两个最主要的参数。每个监测点计算压缩量的平均相对误差为7.8%,该误差仅由调整算法产生。该逆问题模型应用于上海F9地面沉降监测点上部承压含水系统参数的求解和变形量的预测,所求解出的K＇、S＇skv、S＇ske、S＇S和p＇max0的近似值分别为8.58×10-4 m/a、3.50×10-4 1/m、6.39×10-6 1/m、1.19×10-5 1/m和-2.50m、每个观测点计算压缩量的平均相对误差为13.7%。误差的来源除了调整算法外,还包括地下水位、压缩变形的观测误差以及模型概化所产生的误差。     

苏锡常地区地下水禁采后的地质环境效应研究

1995年以来,针对严重的区域性地面沉降和地裂缝灾害,苏锡常地区地下水资源保护和管理工作逐渐加强,特别是从2000年开始,江苏省政府分阶段实施限期禁止开采工作,首先在超采区实行地下水禁采,到2005年底,在苏锡常地区全面禁止开采地下水,全区地下水环境、地面沉降状况出现明显好转,地下水水位普遍回升,地面沉降速率逐渐减缓。根据近年来苏锡常地区地面沉降基岩标、分层标的系统监测资料,对地下水禁采后地质环境的效应特别是地面沉降的变化特征进行了初步分析、研究,并对该区今后地质环境保护工作提出了对策和建议。     

南水北调前后北京平原区地下水和地面沉降演变特征

超量开采地下水引发的地面沉降已成为制约北京区域社会经济可持续发展的重要因素之一。2014年12月,南水北调中线工程正式通水,每年向北京输水超过10×108 m3,改变了北京供水格局,也为地下水压采、涵养及控制地面沉降创造了条件。本文利用多种监测数据,分析南水进京前后,北京平原区地下水和地面沉降的变化;研究不同水位变化模式下不同岩性及深度土层的变形特征;计算土层不同变形阶段的弹性和非弹性储水率;并对黏性土层产生较大残余变形和滞后变形的原因进行了探讨。结果表明：① 2015～2020年,平原区大部分地区第一至第四含水层组地下水位逐渐上升,地面沉降呈减缓的趋势。② 第二和第三压缩层组是沉降主要贡献层,除平各庄和榆垡站外,其余各站第三压缩层组沉降占比逐渐增大,沉降主控层有向深部转移的规律。③ 平原区北部和东部,第二和第三压缩层组对应的地下水位由降转升。在水位下降阶段,土层呈塑性和蠕变变形;水位上升阶段,土层以塑性变形为主,部分时间出现弹性变形,具有黏弹塑性。平原区南部,地下水位始终持续下降,土层变形始终呈塑性和蠕变变形。含水砂层则主要呈弹性变形。④ 土层变形的不同阶段,弹性和非弹性储水率并不是恒定的,随着地下水位下降,储水率呈减小的趋势。⑤ 黏性土层存在较大残余变形和变形滞后的原因,一是非弹性储水率大于弹性储水率,二是黏性土层的弱渗透性。     

江苏沿海地区地面沉降影响因素及防控对策

通过对江苏沿海地区地面沉降现状、地质背景及人类活动的分析,阐述了影响沿海地区地面沉降发生和发展的主要因素。研究表明,地下水过量开采是控制区域地面沉降发生和发展的主要因素,水文地质条件的不同导致了南北地面沉降发生和发展的差异;主采含水层和相邻弱透水的固结压缩是沉降的主要来源。以地面沉降风险评价为核心,综合地下水水位变化趋势、工后沉降、滩涂区固结沉降,划分了地面沉降控制区,并根据主要沉降诱因分类分级提出防控对策。     

黄河三角洲地下水动态变化及其与地面沉降的关系

为了分析黄河三角洲地下水动态及其与地面沉降的关系, 利用多年地下水和地面沉降监测数据, 发现黄河三角洲广饶县和东营区的地下水动态变化剧烈且地面沉降严重, 含水层多处于超采状态, 浅、深层地下水降落漏斗先后出现.深层地下水降落漏斗中心水位下降速度达2~3m/a.近年来, 东营和广饶地面沉降漏斗中心沉降量和速率分别为155.1mm、28.2mm/a和356.0mm、64.7mm/a.借助GIS技术及数理统计法, 发现深层地下水降落漏斗与沉降漏斗空间耦合良好, 深层地下水位与地面高程呈线性正相关, 相关系数为0.92, 深层地下水过度开采已成为影响沉降的最根本因素.井灌区第三粘性压缩层成为地面沉降主要贡献层, 且深层地下水降落漏斗中心的地下水位已低于第三承压含水层临界水位, 沉降趋于严重.      

北京地面沉降机理研究初探

本文对北京市平原区含水岩组和压缩层进行了划分。通过天竺地区两个不同深度土层压缩固结试验,及地面沉降站分层标和地下水位2005年具体监测数据分析,得出了相关结论。