地下水位变化模式下含水砂层变形特征及上海地面沉降特征分析

土体变形特征与其经历的应力状态有关。由于抽灌水位置和水量的变化,同一土层中不同时期的地下水位可以呈现不同的变化模式,土层表现出不同的变形特征。论文根据上海1400多个水位孔近40a的水位观测资料和各土层的变形资料,从土层变形角度将地下水位的变化方式划分为5种模式。分析了每种地下水位变化模式下土层的变形特征,并进一步分析了上海地面沉降在时间和空间上的特征。分析结果表明:地下水位的变化模式对上海土层的变形有显著影响。同一土层在不同的水位变化模式下可表现为弹性、弹塑性或粘弹塑性的变形特征;地面沉降与地下水开采量、地下水开采层次与主要沉降层具有密切的关系,开采地下水是上海地面沉降的主要原因;与现阶段含水层的水位变化模式相联系,第四承压含水层是上海最近几年来地面沉降的主要沉降层。     

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。     

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。     

基于DFOS的苏州第四纪沉积层变形及地面沉降监测分析

苏州地区广泛分布松散第四纪沉积物,大量抽取地下水导致了苏州大范围的地面沉降,严重影响了该区经济发展。本文在苏州盛泽200m钻孔内安装了分布式感测光纤,采用BOTDR及FBG等分布式光纤感测技术(DFOS),对第四纪沉积层压缩及地面沉降进行了长期的监测分析。分析结果表明:苏州盛泽地区第四纪土层可分为3个含水层(Af)及4个弱透水层(Ad),现阶段含水层压缩已不明显,主要压缩层为与抽水含水层相邻的两个隔水层,且与抽水含水层距离越近的部位压缩越明显; 第四纪沉积层的变形与抽水含水层孔隙水压变化基本一致,呈现出夏季压缩,冬季略回弹的趋势,并且存在滞后现象; 定义压缩度为各层累计压缩量与其自身厚度的比值,即每米压缩量。各土层沉降趋势可用压缩度判断,对于黏土隔水层沉降程度Ad2 Ad3 Ad4 Ad1,对于含水砂层,Af2为主要变形层,Af1及Af3变形基本稳定。DFOS技术为研究地面沉降机理,评价土层压缩变形潜力提供了十分先进的监测手段。     

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。     

软土地区地铁道床沉降特征及其诱发因素分析

以上海4条地铁线路道床长期沉降监测资料为基础,分析了地铁隧道的纵向沉降特征;结合该地区地质环境调查资料,深入分析地铁隧道沉降与下卧层地层结构、浅部地下水位变化以及区域地面沉降三个地质环境因素之间的相互作用关系。结果表明,地铁隧道下卧地层结构差异是地铁隧道沉降差异性的重要地质环境因素,深基坑降排水引起降水目的含水层地下水位下降,使得降水目的层以及相邻软黏性土层发生较大的压缩变形,导致以降水目的层上覆软黏性土层为承载体的地铁隧道也随之发生沉降,区域地面沉降也是地铁隧道沉降的重要影响因素。     

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.     

上海四平大楼加层的工程地质分析

结合上海四平大楼加层工作，根据该建筑物初建时与加层时的两次勘探资料，从工程地质角度，对加层中的砂土液化以及加层引起的建筑物附加变形问题进行了分析探讨。分析结果表明，软土地区建筑物本身荷载的长期作用，对于改善与提高地基土强度以及砂性土层的抗液化性能是非常有益的。     

奉化江、姚江流域工程地质分区和工程地质问题

根据钻孔原位测试和岩土样品试验室分析结果,对奉化江、姚江面积约600km。流域的工程地质结构进行了研究,并对流域地表以下60m范围内进行了工程地质分区和工程地质问题探讨。结果表明：（1）全新统镇海组有3个工程地质层和5个亚层,上更新统宁波组有3个工程地质层和20个亚层,下伏基岩归入1个基岩工程地质层;（2）可选用的持力层为④1、④3-2、④3-3、⑤1、⑤3-1、⑤3-2、⑥1、⑥3-1、⑥3-2、⑥4工程地质亚层和基岩工程地质层,持力层地基承载力特征值fak≥160kPa;（3）流域内有两个硬土层,即岩性为粉质粘土的第一硬土层④1和第二硬土层⑤1;（4）根据各持力层的厚度和组合分布特征,研究区被划为6个工程地质分区,并提供了每一个工程地质分区的持力层、基础类型;（5）主要工程地质问题是地面沉降和软土震陷。     

上海地面沉降与土层变形机理

本文论述了抽、灌水作用下上海各土层的变形基本特征,着重指出了上海一、二压缩层的流变性质,它是造成目前上海地面仍存在微量沉降的一个因素。文中阐明了抽、灌水作用下土层的变形机理和力学效应。从理论上与实测资料证实了土层中孔隙水压力的变化是造成土层变形的主要原因。文中进而论述了抽、灌水作用下土层变形的基本力学效应,将其归结为浮托力的降低与渗透压力的作用,并结合上海实际抽、灌条件,给出了不同抽、灌水形式下各土层的有效应力增加图形。     

长江三角洲北岸土体工程地质层组划分及其应用

鉴于研究区工程地质层划分标准尚不统一,不利于工程地质资料的交流和资料的社会化利用。为提高研究区工程地质资料的通用性,结合研究区11个1∶50000标准图幅工程地质调查工作,以100m以浅的土体为工程地质层组划分对象,考虑沉积时代、沉积环境、土体结构特征和物理力学参数,建立研究区基本地层结构层序和编码,将研究区土体划分为7个工程地质层组和21个工程地质层。通过工程地质层组的建立,找出了大区域工程钻孔土层的对应关系,使区域地层资料对比分析成为可能,有助于地质模型的概化和抓住工程地质问题。采用物理力学参数离散性、绘制的地质剖面和三维型分析了工程地质层组划分的合理性,证实了层组划分结果合理正确。通过工程地质层组划分,找出了2个软弱敏感层和4个优势持力层。本文的成果对长江北岸三角洲地区的工程勘察、城市规划和建设项目选址论证具有一定的指导意义。     

上海现阶段主要沉降层及其变形特征分析

以上海地质条件为基础，根据最近十几年分层标和含水层水位观测资料分析了上海地面沉降的主要沉降层，分析结果表明目前上海的主要沉降层是第五砂层。从第五砂层水位与时间的关系、变形与时间的关系和水位与变形的关系出发，结合室内实验的结果，指出第五砂层的变形特征是地下水位在一定范围内反复上升-下降时，变形以弹性为主、一般情况下则以塑性变形为主、应力应变关系为非线性以及存在蠕变变形。在建立地面沉降模型时必须考虑含水砂层的这些变形特点。     

基于层间位移协调的承压水降压引起土层变形分析

承压水降压引起的地面沉降由含水层、弱透水层和潜水层的变形组成。当承压层降压时间短、弱透水层固结变形较小时,可以假设弱透水层为严格的隔水层。采用层状弹性体系理论,基于位移协调条件分别建立了单井抽水以及第三类基坑工程降水（隔水帷幕插入降水含水层）引起的土层变形分析模型,与数值模拟和现场抽水试验结果的对比,验证了文中方法的正确性。研究结果表明,上覆土层弹性参数变化对地表变形的影响可以忽略;抽水井附近的土层变形呈现“上小下大”特点,一定距离以外含水层与地面沉降大致相等,根据承压含水层降深要求,可估算出基坑外的水位降深。     

上海市第四承压含水层应力-应变分析

上海市区完善的监测网络系统地记录了在第四承压含水层地下水资源开发过程中，其地下水位变化、土层压缩变形的历史。随着第四承压含水层开采量的增加，总体上地下水位呈不断下降、土层压缩变形逐年增大的趋势，并具有明显的非线性特征。第四承压含水层随地下水位降低、有效应力的增加，经历了弹性→弹塑性→塑性的变形历程，反映出地下水位（应力）状态对含水层的变形速率及相态具明显的制约作用。不同的地下水位（应力）状态下，第四含水层表现出不同的变形相态和应力-应变形迹，由弹塑性进入塑性变形时所对应的年度最低水位是含水层变形的“临界水位”。上海地区第四承压含水层的临界水位约的在-28～-32m。     

关于由抽水或灌水引起的隔水层的一维固结问题

在总结以往大量的野外实测资料和室内试验资料的基础上,〈抽、灌水作用下上海土层变形特征的探讨〉一文,已阐明了地下水位的升降变化是导致上海地面沉降或回弹的主要原因,并已分析了上海市区各土层的变形的基本特征,本文将从理论上进一步研究因抽、灌水而引起的地面沉降或回弹的机理及其过程,本文分析了由抽、灌水而引起的地面沉降或回弹的一维固结问题,指出了因抽、灌水而引起的地面沉降回弹的机理及其发展过程,给出了沉降量的计算公式,所得结果与实测的结果基本相符。     

关于长江三角洲地区浅部硬土层

长江三角洲平原松散地层中,广泛分布有多层低压缩性高强度的硬粘性土层,向为该区工程地质界所重视。其实,硬土层的意义远不限于此。笔者汇集近年所接触的部份资料,就其地质特征及实践意义一谈。资料引自苏、浙、沪二省一市众多的单位,文中看法多是与各单位同志们共同工作或研讨的成果。尤其是江苏省水文队、浙江省水文队和上海地质处等,在此一并致谢。限于本人水平,不当之处,望请批评指正。     

上海市第四承压含水层变形特征研究

上海市自1968年调整开采层次以后,第四承压含水层逐渐成为地下水主要开采层次,历史上曾因过度开采利用地下水而成为主要的压缩土层。本文依据上海市长期的地下水位和地面沉降监测资料,总结了第四承压含水层在不同水位变化条件下的变形特征,同时根据压缩试验资料,对第四承压含水层变形机理探讨,为合理开发利用地下水资源提供理论依据。     

上海地面沉降中土层变形特征与变形机理的研究

一、前言由于抽汲地下水引起区域性地面沉降现象遍及世界各地。近几十年来随着工农业生产的发展,抽用地下水数量的日益增多,地面沉降现象也日趋严重。美国、日本、意大利、墨西哥、泰国等国家都受到地面沉降的威胁。其中最著名的为长滩市(Long Beach)和墨西哥城(Mexico City),其最大沉降量已达9米之多。上海地区因抽用地下水自20年代至今其最大累计沉降量也达2.63米,十多年来有关方面积极采取措施,现已基本控制上海地面沉降。本文在分析以往大量现场实测资料的基础上,运用土力学的基本观点和方法,对抽、灌水条件下上海各土层的变形特征与机理进行了分析,通过对土层的单位变形量与“胀缩比”     

上海浦东地面沉降分析中土层变形面沉降参数分析

第四系厚度大的地区，在抽取地下水所引起的地面沉降分析中正确地确定粘性土层的压缩系数、回弹系数及砂土层的变形模量是准确预测地面沉降量的重要参数，但由于土层取样条件、试验方法、试验设备及地层岩性岩相多变等因素的限制，往往不能给出综合反映各层特征及环境条件的变形参数。为解决这种试验手段的不足，在对上海浦东地区地面沉降变形参数的分析中采用沉降标实测值与实测水位，利用所给动水位条件下沉降变形的分析技术，采用反分析以确定土层的变形参数。     

一种长期观测资料确定弱透水层参数的方法

弱透水层是含水层系统的重要组成部分,要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型,在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下,推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解,分析了弱透水层中滞后降深消散规律。根据水量均衡方程得到了弱透水层累计压缩变形量随时间变化的标准曲线,并提出了一种配线法用以确定弱透水层的渗透系数和贮水率,该配线法能够反映弱透水层释水变形过程的滞后性。以上海含水层系统为例,运用配线法确定了f_(10-7)分层标处第2弱透水层的渗透系数为4.26×10~(-10)m/s,贮水率为2.22×10~(-4)m~(-1)。对于具有长序列变形和水位观测资料的含水层系统,该方法具有一定的适用性。