广州金沙洲地面沉降成因分析

广州金沙洲是地面沉降危害较严重的地区之一,目前已形成7个沉降区域,沉降总面积约71×104m2,2007年起至2009年3月,是金沙洲地面沉降地质灾害的高发期,这一时期正是某高铁隧道在金沙洲施工阶段。据广州市地质调查院地下水动态监测及地面沉降监测结果,地下水的波动变化与地面沉降具有良好的对应关系,沉降区域沿区内北东向断裂带展布,地面沉降量等值线的展布方向与断裂走向大致一致。各沉降区域沉降中心大多位于断裂带或断裂的交汇部位等特点,据调查,金沙洲地面沉降与软土、正长斑岩风化土、砂土、断裂构造及地下水等因素有关。研究结果表明:复杂的地质环境条件是金沙洲发生地面沉降的客观因素,某高铁隧道施工大量抽排地下水是诱发和加剧地面沉降的主要因素。     

广州金沙洲岩溶地面塌陷地质灾害成因分析

广州金沙洲是岩溶地面塌陷危害较严重的地区之一,至目前已发生塌陷24个,主要集中分布在某高铁隧道两侧,与隧道垂直距离小于400 m;塌陷的形成与发展与金沙洲地质环境条件脆弱、高铁隧道施工抽排地下水有很大的关系。调查表明,金沙洲北东向断裂构造发育,隐伏灰岩见洞率60 %～76.9 %,线岩溶率最大达52.58 %,部分地段灰岩上覆土体厚度小于15 m。金沙洲某高铁隧道施工期间多个时段排水强烈,排水量达2 000～3 000 m 3 /d,导致地下水位剧烈波动,并引发了20多个岩溶地面塌陷,而在隧道施工之前及在隧道施工不抽排水的个别时段,区内均无塌陷发生。上述岩溶塌陷发育特征表明,脆弱的地质环境条件是金沙洲岩溶地面塌陷的内在因素,而高铁隧道施工抽排地下水则是岩溶地面塌陷的直接诱发因素。      

弹塑性变形条件下抽水引起的地面沉降三维数值模拟

基于部分耦合原理,采用TOUGH2和FLAC3D建立抽水引起的三维地面沉降弹塑性模型,模型中综合考虑土体的弹塑性变形特征、渗流-应力的双向耦合作用以及参数的非线性,探讨了持续抽水和脉冲抽水两种抽水过程中地面沉降发展演化过程。研究结果表明:（1）集中抽水停止后地面沉降会发生回弹,抽水中心沉降量不断减小。由于水平方向存在水力梯度,地下水继续向地下水位漏斗中心渗流从而导致沉降漏斗的范围仍继续扩大;（2）脉冲抽水导致土体的孔隙水压力、渗透系数以及沉降量均呈周期性波动变化,地面沉降会局部回弹,但总体仍随着抽水的持续,沉降量不断增加;（3）在抽水量相同前提下,对比持续抽水与脉冲抽水两种方式引发的塑形沉降量可知,抽水速率小、脉冲式多次开采导致的塑性沉降量较小,持续抽水的抽水速率越小、脉冲抽水间隔越短越有利于控制地面沉降。研究成果为地面沉降数值模拟提供了一种新方法,其中算例研究能为抽水条件下地面沉降的控制提供参考。     

水位升降对粗砂地基承载力和沉降影响的试验研究

随着城市地下空间的开发和利用,地下水位埋深较浅的地区,例如沈阳市,在施工过程中需要降水,工程完毕后停止降水又使水位恢复。水位的变化可能会导致地基土抗剪强度的变化、地基的回弹或沉降、渗透破坏引起地表塌陷等岩土问题,尤其是地基承载能力和既有建筑物的沉降是工程设计中必须考虑的岩土问题。对于辽沈地区,大多数文献只给出定性的回答,但工程设计需要的是定量回答,这是本文的研究目的。本文通过模型试验模拟粗砂地基上的浅基础,通过静载荷试验、水位观测、水压力和土压力传感器测试等方法测试地下水位升降时,粗砂地基的承载力、土中应力及基础沉降等的变化规律,并对试验结果进行分析和数值仿真分析,提出了利用拟合公式的方法弥补数值仿真分析与模型试验误差的思路。研究结果表明,对于密实的粗砂土地基,其地基承载力特征值在地下水位上升前后会降低,降低幅度达26%,主要原因是地基土抗剪强度降低导致承载力减小;在基础上施加一定荷载后,无论地下水位升和降,基础都会产生附加沉降。水位升高4.3m,沉降为0.565mm,主要原因是地基土的承载能力降低。水位下降4.3m,沉降0.315mm,主要原因是地下水位下降导致土中有效应力增大;数值仿真分析结果表明FLAC3D 可以较好地模拟试验过程,可用拟合公式的方法修正饱和砂土出现的误差。     

广州金沙洲岩溶区地下水位变化与地面塌陷及地面沉降关系探讨

金沙洲可溶性灰岩分布面积广,岩溶洞隙发育,洞隙及地下水的连通性强,上覆第四系松散土体中软土广泛分布,客观存在岩溶地面塌陷及地面沉降的地质环境条件。2007年4月起,受某高铁隧道施工抽排地下水的影响,金沙洲地下水出现异常波动,引发了地面塌陷及地面沉降。文章根据监测数据,经对比分析结果表明,区内岩溶地面塌陷及地面沉降受控于地下水位的变化,地下水位波动至基岩面附近时,是地面塌陷较活跃的时期,地面沉降与地下水位变化呈正向相关。文章进一步对地面沉降与地下水位变化关系的机理进行了探讨,认为目前地下水位尚未恢复正常的区域仍存在地面塌陷及地面沉降的隐患。     

新郑市浅层地下水流数值模拟及评价

通过分析新郑市水文地质条件,建立了概念模型,运用GMS软件建立三维地下水流的数值模拟模型,对研究区浅层地下水资源进行现状评价,并对2015年和2020年地下水位进行了预测.结果表明,研究区地下水水位持续下降,到2020年水位将会下降5～10 m,部分地区可能会出现开采漏斗,为了降低地下水位的下降幅度,应该调整产业结构,加强水资源的管理,提高水资源的利用率,从而减少地下水资源的开采.     

上海地区第三硬土层间粉土夹层抽水沉降效应分析

现场对上海第三硬土层间粉土夹层即第⑩夹层承压含水层实施抽水试验,对水位、地表沉降及深层沉降进行观测,采用三维渗流及比奥固结理论模拟,分析了深层承压水抽水过程中的地层垂向变形与地下水水位变化之间的关系,为超深基坑地下水控制提供了依据。     

Visual MODFLOW在煤矿建设地下水环境影响评价中的应用 ——以甘肃省灵台县安家庄煤矿为例

结合甘肃省灵台县安家庄煤矿地下水环境影响评价实例,建立了评价区水文地质概念模型,并基于Visual MODFLOW对评价区地下水进行了数值模拟计算和验证;预报了设计开采条件下研究区不同含水层的地下水水位。预报结果表明:矿坑排水使得煤层所在含水层出现疏干现象,并且疏干范围随着开采范围的增加而不断扩大;在煤矿开采作用下,随着模拟时间的延续,煤系层上覆白垩系洛河组—宜君组含水层地下水位降落漏斗的范围及地下水位下降幅度不断增大,但降落漏斗的范围基本上不超过采空区范围;煤矿开采对白垩系环河组含水层无影响,至矿区开采期结束,未引起含水层水位下降;对上部孔隙、裂隙潜水含水层也无影响,至矿区开采期结束未引起含水层水位下降。     

沈阳中心城区水源地漏斗恢复调蓄模拟研究

在沈阳市由于长期地下水超采严重,已经形成大面积地下漏斗空间,形成引发严重地质灾害的隐患。分析了沈阳市地下水漏斗可恢复性建设的水文地质条件。并结合数值模拟方法研究了沈阳市地下水漏斗区域水量恢复时间和地下水漏斗中心水位恢复程度。结果表明:在同时增加河流补给量和压缩地下水开采量条件下,2年以后地下水漏斗中心水位可达到31.67m;压缩地下水开采量或增加河流补给量,均可在4年恢复漏斗区地下水位,且沈阳城区可有效增加地下水资源量0.88×108m3。     

Modflow在新疆博州地下水资源评价中的应用研究

地下水过量开采已经引起新疆博州平原区地下水位持续下降,降落漏斗逐年扩大,艾比湖湿地萎缩以及一系列环境问题。在分析平原区水文地质条件的基础上,建立了博州平原区水文地质概念模型和地下水流数学模型。进一步利用Processing Modflow建立了平原区地下水数值模拟模型,并利用地下水位长期监测资料对模型参数进行了识别验证,使模型具有较好的模拟仿真度。利用识别后的模型预测了在两种开采方案下,研究区地下水位变化情况,结果可知:在地下水均衡分析的基础上, 2014年博州平原区地下水补给资源量为58 775×10~4 m~3/a,若维持现状开采,地下水水位将持续下降,形成更大的降落漏斗;提出将地下水开采量减少到40 000×10~4 m~3/a,可作为博州平原区适宜的地下水开采量,有助于区域地下水位得到逐渐恢复。     

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟初探

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

地下水开发利用动态

河南省商丘市地表水资源奇缺,地下水是唯一资源。目前地下水的开采量为4000万m~3,而实际可采量仅1000万m~3左右,超采4倍,过量开采地下水已引起了严重后果。 1、地下水位急据下降。早在60年代因地下水位下降而三次更换提水工具;1971年形成地下水下降漏斗,漏斗面积26.28km~2,漏斗中心水位11.5m;1974年漏斗范     

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟研究

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

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.      

宁夏清水河平原中游地下水数值模拟

清水河平原工业和农田供水水源多位于冲洪积扇中下部,部分位于扇前缘细土平原带,距咸水蕴藏区较近.随着地下水开采量的不断增加,出现大面积地下水位降落漏斗,造成咸水倒灌使有限的淡水资源遭受和面临咸水"入侵"的危险,已影响地下水资源的永续利用.本文在对清水河中游水文地质条件进行分析与概化的基础上,运用GMS软件建立了研究区多层地下水水流数值模拟模型,以现有开采条件对地下水流场的变化趋势进行了预测.根据模拟得出区域地下水位不断下降,地下水降落漏斗面积不断扩大.据此提出了合理利用地下水资源的措施,以保证该地区地下水资源可持续发展.     

地下水系统对水资源开发利用方案的时空响应

为科学研究北方典型地下水超采城市水资源开发利用模式对地下水系统的时空影响,设计了集中开采方案、逐步减采方案和广义地表水(地表水和中水等)-地下水联合调度方案3种不同的地下水开采、限采方案;结合济宁市,利用数值模型,对不同设计方案下地下水水位的时空变化规律及区域水均衡变化规律进行了研究.与基准方案对比结果显示:集中开采方案使地下水位在局部出现了缓慢回升,而水源地附近水位下降明显,最大中心降幅达到9 m,地表水补给的增加势必提高了污染的风险;逐步减产方案使局部地下水位恢复程度较前一方案偏小,而城北水源地漏斗中心水位下降超过12 m,城南水源地亦下降达8 m,诱发的地表水体和侧向补给量变化的减少使研究区含水层存量反而减少;联合调度方案使区域地下水位普遍回升,最大地下水位恢复幅度超过4 m;而水源地地下水降落漏斗最大的仅增加4 m,区域地下水系统得到了一定程度的涵养.     

北京市城近郊区工程排水对地质环境和建筑物影响分析

近些年来, 北京市城近郊区工程排水工程日益增多, 工程排水会产生以下不良后果： （１） 浪费水资源; （２） 导致地面沉降和对周围的高大建筑物稳定性产生影响; （３） 使周围地区地下水水位局部下降,形成小范围的水位降落漏斗, 导致地下水水质下降。因此, 有必要进行这方面的调查和研究工作     

北京东部地区地面沉降发育特征分析

结合区域地质背景条件,利用水准测量、分层标地层变形、地下水位动态等监测数据,对北京东部地区地面沉降的发育特征与发展变化规律进行了分析研究。该区域的地面沉降与地下水开采具有显著相关性,深部地层仍是沉降的主要贡献层位;沉降中心地下水具有明显的分层变化规律,深层承压水明显的水位降落漏斗,直接导致深部地层沉降压缩最为显著;地面沉降的区域分布、沉降速率变化与地下水降落漏斗具有一定的时空相关性;南水北调的稳定供水,有效缓解了北京地面沉降快速发展的趋势。     

太原市地层空间异质性对地面沉降分布的影响

对比1956～2000年太原市地下水位与地面沉降资料发现,该区地面沉降漏斗与地下水位降落漏斗的空间分布基本相近,但不完全吻合,局部地区存在偏移。通过对黏性土层累计厚度分布、黏性土层与粗颗粒土层的组合特征、不同分区各深度处土的力学特征值与上述偏移的对比分析,认为太原市地层的空间异质性对地面沉降分布有如下影响：（1）与地下水位降落漏斗相比,地面沉降漏斗偏向于黏性土层较厚的一侧;（2）地层组合（黏性土的夹层数、单层厚度等）对地面沉降的空间分布影响较大,沉降多发生在黏性土夹层多、单层厚度较小的地区;（3）土的力学性质的差异是影响沉降分布的重要因素。     

京沪高速铁路沿线地面沉降与地下水位变化关系探讨

文章选择京沪高速铁路沿线的北京、廊坊、天津、沧州、德州等几个沉降中心的监测数据及研究资料,对比分析发现地面沉降发展与地下水位变化密切相关,依此建立了地面沉降与地下水位变化的经验关系,进一步分析预测了华北平原各主要沉降区地面沉降发展趋势。结果表明:北京地区地面沉降变化与水位变化线性相关明显,地面沉降对地下水位变化反应较灵敏,无明显临界水位;廊坊、天津及沧州地区显示指数相关,有较明显的临界水位,沉降过程存在初期缓慢沉降和快速沉降两个阶段;德州市在监测时段内显示二次函数相关,可能存在临界水位,但不如天津至沧州地区明显。各主要沉降区除天津市区地面沉降已经得到有效控制外,随着地下水资源的不断超采,过量消耗深层地下水储量,其它沉降区的地面沉降将持续发展,地面沉降灾害问题也必将日趋严重。