Analysis of subsidence caused by underground mining

Summary Some aspects of subsidence caused by longwall coal mining are analysed using the finite element method. Results of the analysis are compared with a true mine panel, where measurements on subsidence were available. Rock deformations in the overburden were modelled by using an elasto-plastic constitutive model. The study indicates that the shape of the subsidence profile can be predicted reasonably well by using nonlinear finite element analysis.     

Detection,characterization, and analysis of land subsidence in Nairobi using InSAR

Natural Hazards - Himalayan mountains are one of the most seismo-tectonically active zones on the surface of the earth. Recurring moderate and high magnitude earthquakes are not uncommon in this...     

叠加于弧后前陆盆地挠曲沉降之上的另一类沉降——动力沉降

弧后前陆盆地挠曲沉降包括逆冲负载沉降和盆地沉积物负载沉降。叠加于挠曲沉降之上还存在另一类沉降,即动力沉降。动力沉降是动力地形的一种,即动力地形低。动力地形一般认为具有两种成因,一种为与超大陆集聚和分散有关的动力地形,另一种为与大洋板片俯冲有关的动力地形。由大洋板块俯冲产生的动力沉降往往分布于弧后前陆盆地区,其幅度、波长与板块俯冲角度、俯冲速率、俯冲板块在地幔中通过的位置和俯冲岩石圈的热年代密切相关。将通过弧后前陆盆地沉积地层的去压实得到的总沉降减去盆地模拟获得的逆冲带负载和盆地沉积物负载沉降可以得到剩余沉降,即动力沉降。从地层资料中定量分离出动力沉降为改进和限制长期以来悬而未决的由洋壳俯冲导致的地幔-粘性流动构造模型提供理论基础和实际资料。     

唐山黄庄岩溶塌陷形成条件和机理分析

为查明唐山黄庄岩溶塌陷形成地质条件与机理,文章从该区岩溶塌陷的地质、地层岩性、水文地质特征对岩溶塌陷的影响等方面入手,研究岩溶地面塌陷的成因诱发条件,利用综合物探方法、钻探及地下水长期观测等技术手段,采用二维高密度测网数据,进行三维高密度数据处理和三维结果多角度分析,研究岩溶塌陷区地下三维空间分布形态、水流运移通道和基岩分布等。研究区岩溶地面塌陷应属于渗透潜蚀作用,塌陷坑分布于地下水的降落漏斗范围内和流水通道区域,特别集中于地下水主要径流方向和水交替强烈的地下水联系密切地段,雨季水气压力变化极为频繁、剧烈,加剧了土洞形成。      

基坑施工引发的工程性地面沉降研究

通过对基坑施工引发的工程性地面沉降进行影响因素分析,结合地质结构条件,划分了上海地区典型基坑模型,采用数值方法分析了不同基坑模型在不同围护结构变形模式和降水条件下引发地面沉降的基本规律,提出了不同类型基坑工程引发的地面沉降影响范围,并在基坑工程实例中得到了有效验证.     

地铁隧道开挖引起地表塌陷分析

深圳富水软弱地层地铁隧道开挖中出现的工作面失稳及由此引起的地表塌陷是地铁安全施工中极其重要的方面，对施工安全、进度都有较大影响，同时也对整个工程造成巨大的经济损失。通过对深圳地铁Ⅰ期工程土建施工中全线部分暗挖标段出现的工作面失稳、地表塌陷工程实践和现场监测结果分析，特别着重对连续2次出现地表塌陷的3A标暗挖隧道研究，从隧道上覆地层物理力学性质参数、地层变形监测分析及施工工艺原因3方面阐述了地表塌陷的原因。明确提出剪切破坏线和失水空洞区的概念，确定出引发地表塌陷的主导因素为施工工艺原因。建议针对该类地层条件，应做好超前地质预报．适当调整预加固参数．加强隧道结构和地表的动态变形监测，施工技术人员做到准确了解施工现场动态，及时调整施工工艺参数，以保证隧道的安全施工。分析结果对深圳地铁Ⅱ期工程施工及类似地层条件地下工程施工提供科学预测、预防地表塌陷的方法和技术措施，达到地铁隧道施工中经济效益与安全施工的统一。     

石油开采引起的油藏压实与地面沉陷预测

石油开采过程中的油藏压实和地面沉陷是海上油田开发不容忽视的问题。通过对油藏压实与沉陷的机理及影响因素分析,给出了油藏压实与沉陷量的预测模型及计算方法,并以某海上油藏实例进行了计算。对于油藏开发整体规划、海上作业平台优化设计有一定的指导意义。     

天津地区构造沉降及控沉远景问题

使用第四纪地质、统计地貌学和历史水准点调查等手段,研究了天津地区的构造沉降背景,讨论了控制地面沉降远景目标问题.研究工作使用天津地区第一海相层底板埋深、全新统地层钻孔、深层基岩标和历史水准点等一系列资料,获得天津市和邻近地区构造沉降的平均速率为1.7mm/a左右.研究还发现了基底构造沉降背景具有这样一些规律:(1)从西部到东部沿海,区内沉降有逐渐增加的趋势.(2)沿海河发育了一条北西方向的构造沉降异常带.(3)以海河为界,沉降分布的方向不同,北部为北西西向,南部为北东方向,整体活动规律反映了活动断裂和基底构造的控制作用.     

抽水引致的地面沉降的参数敏感性分析

目前对地面沉降的研究和计算中,由于地质情况复杂、土体的变异性不容易掌握,对于土体参数的选取多数是根据经验值,具有不确定性。特别是在大面积的地面沉降计算中,这种不确定性更为严重。采用数值分析法,以Biot固结理论为基础,应用有限元软件Adina,建立了单井抽水的地面沉降模型,分析各参数在抽水过程中对地面沉降的影响,从而确定敏感参数,以期对地面沉降研究中的参数选取提供有价值的指导。     

Mining subsidence engineering

If large, continuous cavities are created underground, as for example in coal mining, the layers of rock over the deposit generally break and subside. The subsidence can be reduced in amount and severity by filling in, or “stowing,” the mine cavity with waste material. In the course of subsiding, the land surface deforms into a generally flat, plate-shaped trough, the edge of which travels ahead of the mine working. The effects of mining may simultaneously cause a structure to subside, tilt, bend, and be extended or compressed, with extension and compression sometimes alternating. Areas turned into swamp or placed permanently under groundwater have to be kept drained.     

An integrated analytical model of subsidence induced by level seam extractions

Summary The principle of the influence function method based on the stochastic theory in combination with variable functional parameters is introduced. The discretization technique used in the finite element method is adopted to form the extraction elements, based on which an integrated analysis of subsidence, horizontal displacement, strain, slope and curvature is performed. The results from the analytical model and those from Subsidence Engineers' Handbook (SEH) are compared. The application of the model for predicting level seam extraction subsidence is demonstrated for some UK coal field cases.Lecturer, Huainan Mining Institute, P.R. China, doing research work at the Department of Mining Engineering, University of Nottingham, UK, from October 1989 to October 1990.     

管幕预筑隧道地表沉降分析

沈阳地铁2号线某暗挖车站是国内首个采用管幕预筑法施工的地下工程,对该工法施工引起的地面沉降进行了监测,并建立了修正的Peck模型对沉降进行预测,结果表明：(1)管幕预筑隧道施工引起的地表沉降预测值与实测值基本吻合;(2)管幕预筑浅埋大断面隧道施工地表沉降表现为整体下沉特点,沉降值与地下结构基础的沉降值基本相等,控制管幕预筑隧道结构的墙脚下沉可以有效控制地表的沉降;(3)管幕预筑法隧道施工预先施作的地下永久结构对隧道围岩的约束作用明显,砂土地层中地层损失率为0.000 5%～0.002 0%,沉降槽宽度系数为0.5;(4)管幕预筑法建造地下空间,引起的地表沉降较常规施工方法小得多,环境效益和社会效益明显,该施工方法适用于修筑中心城区软土地层中地下交通枢纽工程及下穿交通干线的隧道工程,值得进一步研究和推广     

抽降地下水引起地面沉降的计算与预测

通过理论分析,提出抽降地下水引起地面沉降的计算方法,并根据抽降承压水引起地面沉降的估算公式对沉降及差异沉降进行预测.     

神狐海域水合物储层地质沉降数值模拟研究

我国南海神狐海域赋存大量天然气水合物资源,能够有效解决我国未来的能源紧缺问题。但由于其储层地质特征复杂,储层物性条件差,开采难度大,开发成本高,商业化开采之前仍需要进行大量的基础研究工作。本研究通过数值模拟手段研究南海神狐海域水合物,根据实际地质参数建立数值模拟模型,采用单一垂直井开采手段,研究不同生产参数对开采的影响,并对地质沉降进行评估,结果表明,井底压力越低,储层打开程度越高,产气速度越快,但是地层沉降越明显,为避免地质灾害,应合理控制生产压力。     

采水地面沉降时空预测模型研究

地下水开采引起的地面沉降对地面建（构）筑物的正常使用和结构安全构成了严重威胁,深入研究采水地面沉降预测理论对于沉降灾害防治具有重要意义。针对本构模型和土体参数确定上的困难,采用力学推理和数学统计相结合的方法,建立了新的采水地面沉降时空预测模型。首先,利用太沙基固结微分方程,建立了反映地面沉降时间效应的半经验计算模型;其次,在分析采水地面沉降空间分布规律的基础上,利用随机介质理论研究了采水地面沉降空间分布特征;再次,综合考虑采水地面沉降的时间效应和空间分布形态,建立了采水地面沉降的时空预测模型。利用该模型计算地面沉降共需4个计算参数,介绍了参数求解方法。最后,利用时空计算模型预测了某地单井采水引起地面沉降的时空规律。研究表明,所建立的采水地面沉降预测模型能准确地反映采水地面沉降的时空规律,能方便、快捷地预测地下水开采引起的地面沉降。     

Land subsidence caused by ground water withdrawal in urban areas

At least eight urban areas in the world have encountered significant economic impact from land subsidence caused by pumping of ground water from unconsolidated sediment. The areas, most of which are coastal, include Bangkok, Houston, Mexico City, Osaka, San Jose, Shanghai, Tokyo, and Venice. Flooding related to decreased ground elevation is the principal adverse effect of the subsidence. Lesser effects include regional tilting, well-casing failures, rising buildings, and ground failure or rupture. Subsidence of most of these urban areas began before the phenomenon was discovered and understood. Thus, the subsidence problems were unanticipated. Methods to arrest subsidence typically have included control of ground water pumping and development of surface water to offset the reductions of ground water pumping. Ground water recharge has also been practiced. Areas threatened by flooding have been protected by extensive networks of dikes and sea walls, locks, and pumping stations to remove storm runoff.     

基坑降水引起地面沉降的实时预测

由于基坑降水引起周围土体应力的重新调整,造成基坑相邻建筑物地基不均匀沉降,情况严重则造成相邻建筑物破坏,因此对不均匀沉降量的预测具有现实意义。利用地下水动力学的非稳定流原理及土力学基本理论,介绍了基坑降水设计中引起周围地面沉降的实时预测方法,探讨了不同土层在降水过程中孔隙水压力消散对土层固结的影响,通过实例分析了公式中不同参数的取值合理性,编制了相关程序。该方法对分析、预测由于基坑降水所引起的周围地面沉降有一定参考价值。     

Land subsidence in China

Land subsidence in China occurs in different regions. It is primarily caused by excessive groundwater withdrawal. Other reasons for the subsidence include the oil, warm groundwater withdrawal and the neotectonic movement. The common characteristics of land subsidence in China are slow, accumulative, irreversible, and other unique properties. The range of subsidence still keeps extending and the accumulative subsidence increasing though some measures taken. Adjustment of the aquifer exploitation practice is a subsidiary way to control land subsidence, but it cannot solve this problem completely. In a specfic way of groundwater changing, the contribution of a certain soil layer to the total subsidence depends on its compressibility and thickness. Besides the elasticity, both cohesive soil layers (aquitards) and sand layers (aquifers) are observed to be plastic and creep when the groundwater level fluctuates in a specific way, which often leads to subsidence delay.     

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。