西安地区含水系统释水压密效应及微结构变化

西安地区诱发地面沉降地裂缝灾害最主要的因素是过量开采地下水。承压水地下水头下降引起的含水层骨架有效应力增加,粘性土释水压密一方面造成了地面沉降地裂缝灾害;另一方面引起含水层孔隙率、储水系数、渗透系数等水文地质参数的变化。笔者选取西安地裂缝最活跃的F4号地裂缝两侧钻孔岩心进行了压密CT扫描,获取了300m以浅地层粘性土在不同压力(水头下降幅度)条件下的空隙大小的微结构变化,并建立了渗透系数与微结构变化耦合关系。结果显示:在地下水开采引起的土层应力增加过程中,大孔隙度、长孔隙度会随着压力增加而明显降低,地裂缝上盘和下盘含水层大孔隙分别降低了39.05%和9.22%,不利于水分在孔隙间运移,中小孔隙度基本保持不变或略有上升;渗透系数随压力的增加呈现出减小趋势,最大下降幅度为71.08%,且随深度增加含水层渗透系数减小幅度逐渐降低。研究结果对于科学评价和预测西安地区地面沉降地裂缝地质灾害具有指导意义。     

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。     

浅层地下水人工回灌应用于上海市工程性地面沉降防治的试验研究

上海地面沉降主要由过量开采地下水资源和大规模工程建设等因素共同影响,工程性地面沉降引起的地面沉降漏斗严重影响了周边地区生命线工程的建设及运营安全。通过开展试验研究,将深部承压含水层中应用成熟的地下水人工回灌技术引入浅部含水层中,但由于浅部含水层砂层结构及水动力条件与深部含水层差异较大,回灌工艺及方法也存在差异。本次试验工作中,改进了地下水人工回灌工艺流程,并通过同步地面形变监测分析了浅层地下水人工回灌对控制地面沉降的作用效果。结合上海地区实际地层特征以及各种回灌工艺的实际效果,评价了浅层地下水人工回灌技术在防治工程型地面沉降中推广应用的可行性及适用性。     

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。     

山东省地面沉降及其防治对策

山东省产生地面沉降的原因主要是由于集中过量开采地下水所致。由于深层地下水迳流补给缓慢,被开采后,含水层组系统在上覆地层巨大压力下,造成含水系统压密,体积收缩,从而导致了地面沉降地发生。造成了部分建筑物地基不均匀沉降,排水系统频繁淤积,井管上拔现象。地面沉降如不加以控制,必将对当地的市政建设、交通和人民的生活造成很大的影响。为了防止和预防地面沉降的进一步加深和发生,应根据当地水资源情况,合理规划并点     

上海地下水流场变化及其对地面沉降发展的影响

地下水开采导致的水位下降是含水层系统流场变化的关键,也是地面沉降形成与发展的重要因素。上海目前深部含水层开采日趋集中水位持续降低,浅部含水层大规模工程降：水以及邻省地下水开采等,使地下水渗流场出现新的变化,并对地面沉降控制造成不利影响。切实加强地下水管理,严格控制地下水位,是深化地面沉降有效防治的重要环节。     

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。     

开采条件下山东德州深层水资源组成及其与地面沉降的关系

针对德州长期过量开采深层水导致地下水位不断下降、地面沉降等环境地质问题,以深层地下水动态、地面沉降监测及其对应的粘性地层为主要研究对象,应用水文地球化学、地下水动力学和同位素技术方法,初步查明深层水主要形成于末次冰期盛期的大气降水补给;考虑地面沉降条件下,开采资源中20.6%的侧向径流补给和越流补给来自区域径流系统,反映深层地下水具有一定的更新能力;含水层弹性释水占17.5%,其中61.9%来自粘性土的压密释水,这是产生地面沉降的直接原因。     

天津市地面沉降数值模拟研究

地面沉降是天津市的主要环境地质问题。造成天津市地面沉降的原因很多,但主要原因是大量开采地下水。本文重点研究开采地下水条件下的地面沉降数学模型及模拟,为控制地面沉降提供科学依据。通过对第四系的水文地质条件分析,建立第四系的水文地质概念模型和地层压缩概念模型,并建立相应的准三维水流数学模型和一维地层压缩数学模型,两者通过含水层水头和弱透水层粘性土中孔隙水头的内在联系耦合在一起。利用以往系列水位数据和沉降数据对模型进行标定,模型基本上反映了天津市地面沉降的实际情况。     

人为因素导致的地面沉降

天然气、石油、地下水、地热热水和卤水等流体运移出地下储存地层时,地层耗尽了流体而产生压缩变形,这些变形传递到地表表面就形成了人为的地面沉降。在本文中:(1)列举了世界上主要的地面沉降区域;(2)论述了引发地面沉降的力学机制,这些可以量测的地面沉降发生在地下含水层体系、天然气气田和石油油田之上;(3)描述了目前可以用于地面沉降测量和岩石变形原位测试的技术手段;(4)简要介绍了几个地面沉降预测的数值模型;(5)说明了用于控制地面沉降发展和减轻相关环境影响的几种防治措施。     

德州市地面沉降成因及防治对策浅析

通过对德州市地面沉降现状及成因综合分析,得出德州市地面沉降的主要原因是长期超采深层地下水,造成承压水位降低,含水层本身及其上、下相对隔水层中孔隙水压力减小,地层压缩导致地面发生沉降;构造因素、工程地质因素是地面沉降的次要原因。德州市已经制定规划,控制深层地下水的开采,还应利用封停的深水井进行深层地下水人工回灌工作,才能控制地面沉降的进一步发展。     

连云港徐圩地面沉降BOTDR监测与评价

连云港市位于苏北沿海地区,地面沉降灾害面积较大,多地沉降速率超过20 mm/a,徐圩的沉降现状尤为严重。为了能够对徐圩地区的地面沉降进行精细化观测,文章采用BOTDR分布式光纤感测技术,对徐圩镇127 m深的钻孔地层进行了两年多的全断面精细化监测。结果表明:徐圩镇共有四个承压含水层组,I-1隔水层和I-2隔水层土体沉降量分别占总沉降量的70.29 %、24.59 %,抽水层的土体最大沉降量仅占比1.38 %。I-1隔水层和I-2隔水层的地层岩性包括淤泥质黏土（L2）、亚黏土（L3）、亚砂土夹粉砂（L4）,总厚度为44 m,由于抽水过程中隔水层向含水层失水,导致该隔水层土体固结压缩。同时,工程建设附加荷载对地面沉降的影响也不可忽视。徐圩地区现阶段的沉降仍在继续发生,但沉降速率有减小的趋势。BOTDR技术可有效获取地面沉降钻孔全断面的土层变形分布信息,为地面沉降评价提供了一种精细化的分布式监测手段。     

基于Cosserat力学理论的地面沉降研究

近年来上海及苏锡常地区的地面沉降出现了含水层砂土持续变形的新特征,现有的地面沉降理论无法完全解释与预测此现象。地下水长期开采会在含水层中形成水力漏斗,如果抽水井在一定范围内密集分布,就将在含水层中较长距离内形成水力梯度,从而产生无法忽视的剪应力,剪应力不断累积将导致含水层变形及地面沉降。含水层水位下降引起的土层中剪应力累积是造成含水层变形问题的重要原因,传统的Cauchy力学理论因为模拟单元较小,存在剪应力互等的假设而无法计算此部分剪应力;而Cosserat力学理论考虑了介质尺度的影响,可以计算连续体中的非对称剪应力分布,因而能够考虑由水位变化产生的剪应力引起的含水层变形。     

太原市地面沉降的计算与预测

为分析太原市地面沉降,对太原市区进行了地质模型概化,建立了太原市区大规模开采地下水引起地面沉降的数值计算模型,同时对研究区内的地面沉降进行了预测。分析结果表明,太原市地面沉降主要是由于集中开采深层承压含水层引起的。      

江都地区第四纪含水层水文地质结构对比及地下水开采现状分析

江都地区位于长江三角洲平原和里下河平原的交汇处,第四纪松散层厚度大,含水层发育,受长江和淮河两大流域沉积影响,不同地区含水层厚度、颗粒、结构和富水性差异较大。通过对比分析江都地区第四纪含水层水文地质结构可以看出,第四纪含水层具厚度大、砂层层次少、颗粒粗、水量丰富等特点,含水层岩性较细,以中细砂、粉细砂为主,砂层厚度薄且呈多层状,含水层之间发育厚度较大的稳定隔水层,水量一般。同时通过对江都地区地下水开采现状分析发现,由于江都区开采井及开采量逐年增加,水位逐年下降,并引发了江都地区的地面沉降,应采取严格地下水开采管理、科学合理开采地下水合理控制水位、加强浅层地下水资源合理利用和地下水应急水源地建设等措施,量化研究开采地下水与地面沉降的关系,合理确定开采井的分布、开采量和控制水位,为江都区水资源合理开采提供基础支撑,为地面沉降机理研究和防治提供了基础。     

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。     

上海市承压含水层系统应力-应变特征及地面沉降防治对策

1990年以来，上海市地下水开采与人工回灌格局发生了较大的变化。承压含水层地下水位变化与压缩变形均表现为新的特点与发展趋势。通过对上海中心城区含水层系统的应力一应变特点分析，总结了承压含水层随地下水位下降所表现出的弹性一弹塑性一塑性变形的演化规律。上海中心城区第Ⅱ、Ⅲ承压含水层总体上处于地下水开采与人工回灌的平衡状态，表现为弹性变形；而第Ⅳ、Ⅴ承压含水层由于地下水位目前已严重低于其“临界水位”，表现为持续压缩的塑性变形。目前，第Ⅳ承压含水层对中心城区地面沉降贡献率已达到了49．3％，西部华漕地区第Ⅴ承压含水层变形的贡献率为46．7％。针对各承压含水层不同的变形特点，提出了地下水资源管理与地面沉降防治对策。     

关于钻探孔内漏水的研究

当鑽进中如遇到地下含水层、透水层或岩层中有裂縫、空洞、断层时,就会发生孔內出水或漏水現象。这是因为当鑽孔由不透水层鑽通到透水岩层,如透水岩层中含水且水位高于孔口标高时,由于水平性的关系,促使地下水由孔口向外喷流,以致发生孔內出水現象。反之,如透水岩层中不含水或水位低于孔口标高时,由于水头压力差的緣故(如图1),促使注入孔內的液体漏进地层中去,从而发生孔內漏水現象。     

海河平原东部地区地面沉降机理与趋势

海河平原东部地区是中国水资源最紧缺的地区之一。地下水开采量占该地区供水总水量的60％以上。深、浅层地下水超采量均超过500亿m^3。该区也是山前拦蓄地表径流最高的地区,大小水库达1820多座,拦蓄能力320亿m^3,控制山区流域面积近90％。在地下水补给源减少与大规模超采地下水的综合作用下,造成平原区河流干涸、地下水水位持续下降、含水层疏干及地面沉降等环境地质问题。同时诱发了含水层之间强越流渗透以求动力场平衡问题,第四系松散地层出现垂向压密而导致地层塑性变形。在滨海平原区,区域性地层垂向压密变形存在缓慢发展趋势。研究表明,地面沉降致灾过程至少存在3个阶段,即自然沉降机制阶段、缓变劣变质变阶段以及快速衰变破坏阶段。缓变劣变质变阶段是采取措施减灾最佳时期。     

北京地面沉降分层监测动态变化特征

北京地面沉降目前正处于一个快速发展阶段。本文利用天竺站、望京站和王四营站2005~2012年分层标监测数据分析了年沉降量、不同深度土层变形量及其在总沉降量中百分比构成的多年变化特征,并结合分层地下水位动态变化,对三个站地面沉降多年变化所表现出来的异同点进行了阐述。结果显示:60m以浅地层年沉降量小且波动也小,100m以深地层是主要的压缩层位;不同深度土层变形量及其在总沉降量中比重构成的变化与相应的含水层水位变化幅度密切相关。在无法禁采的情况下,采取一定的限采控采措施使地下水位小幅回升或约束地下水位的下降幅度,将有利于地面沉降的减缓。