研究粘性土释水和渗透特性的多用途渗透固结试验装置

(一) 目前,国内外对由松散沉积物组成的孔隙承压含水系统进行水资源评价时,愈来愈重视承压含水系统中粘性土层释水和渗透特性的研究。达不仅是因为粘性土层的释水和渗透特性直接关系到孔隙承压含水系统中水资源的资源属性和垂直流入量的评价问题,而且还涉及到孔隙介质的供水机制、开采过程中水资源时空变化,以及由于粘性土释水压密引起的地面沉     

水位变化条件下粘性土渗流特征试验研究

开采孔隙承压含水系统,引起含水层水头下降。通常认为相邻含水层一经出现水头差,便会有通过粘性土层的越流渗透。但在粘性土两侧含水层出现水头差初期,粘性土内部水头降低缓慢,并伴随有释水压密过程。笔者采用多用途饱水粘性土固结和渗透试验装置,对不同岩性的粘性土原状样进行了释水、吸水与越流发展过程之间关系的试验。试验表明,含水层水位升、降变化,首先引起相邻粘性土吸水回弹或释水压密,而后出现粘性土吸水或与释水越流并存阶段,越流的出现,明显滞后于含水层水头变化,当吸水或释水过程结束后,越流渗透达到稳定。越流滞后时间与土的固结程度有关,笔者采用一维固结理论提出了计算越流滞后时间的方法。     

水位变化条件下粘性土渗流特征试验研究

开采孔隙承压含水系统，引起含水层水头下降。通常认为相邻含水层一经出现水头差，便会有通过粘性土层的越流渗透。但在粘性土两侧含水层出现水头差初期，粘性土内部水头降低缓慢，并伴随有释水压密过程。本文采用多用途饱水粘性土固结和渗透试验装置，对不同岩性的粘性土原状样进行了释水、吸水与越流发展过程之间关系的试验。试验表明，含水层水位升、降变化，首先引起相邻粘性土吸水回弹或释水压密，而后出现粘性土吸水或与释水越流并存阶段。越流的出现。明显滞后于含水层水头变化，当吸水或释水过程结束后，越流渗透达到稳定。越流滞后时间与土的固结程度有关，笔者采用一维固结理论提出了计算越流滞后时间的方法。     

苏锡常地区Ⅱ承压水开采与地面沉降控制研究

论文通过苏锡常地区获取了孔隙水Ⅱ承压水开采水位衰变与地面沉降同步监测资料、含水层结构特征研究,论述了Ⅱ承压水压力成为含水层中所夹粘性土层由高压转卸荷膨胀的机理;天然状态水、土应力平衡面在不同顶板压力水头高度内。地面沉降的发生、发展系开采水位超过天然状态的水、土应力平衡面所致[1,2]。尚未超采区则消耗了天然状态高压强水压力。而超采区才是水、土应力失衡互动的结果。两者水力性质不同。给尚未发生地面沉降区由禁采转入按天然状态水、土应力平衡面控制开采措施和地面沉降发生、发展区的形成条件找到了理论依据。提出了超采严重区禁采后,在远离高压强补给源地水位下降期增加在Ⅱ承压含水层上的附加应力荷载仍存在,潜在地面沉降量较大,需采取人工辅助的高压强回灌水来快速提高Ⅱ承压含水层水压强,扼制其沉降速率的治理措施。这不仅对该地区孔隙水Ⅱ承压水开采与地面沉降的关系认识有重要意义,而且对不同埋深孔隙水承压含水层水的开采利用、查明水文地质条件和评价允许开采资源方面将起导向作用。     

超固结粘性土变形特征及可持续开采水位降的室内试验确定方法

通过对海口市深层地下水开采漏斗附近区超固结粘性土大量的物理力学性质等试验研究,认为饱和超固结粘性土在附加应力作用下同样会产生释水变形并存在一定规律;根据室内压缩曲线变形规律可以确定深层地下水的可持续开采水位降。研究成果对科学开采深层地下水、预防与治理地面沉降及相关灾害具重要指导意义。     

苏州城市规划区Ⅱ承压水开采与地面沉降预防控制研究

在孔隙承压水开采与地面沉降的关系上存在2种观点。水、土应力平衡理论认为：只要开采承压水，就会引发应力失衡并导致地面沉降；而水、土动态平衡理论则认为：除非开采水压力至水、土应力平衡面以下，否则不会引发地面沉降。苏州城市规划区第Ⅱ承压水开采水位与地面沉降动态观测表明，在-33m处存在一个天然动态水、土应力平衡面。第Ⅱ承压含水层形成后，经上覆堆积物自重压力长期压缩作用，其水压力具较高的压强．这种天然状态下产生的弹性释放储存量可开采利用多少，取决于开采状态下水、土应力平衡时可消耗压力水柱高度中的水头值。因而地面沉降的根本原因是开采水位超过了-33m，突破了天然状态水、土应力平衡面水位。Ⅱ承压含水层在天然状态受上覆堆积物重力产生的高压强弹性释放储存量现象，可以帮助我们确立该地区孔隙Ⅱ承压水开采不产生地面沉降的临界水位(水、土应力平衡面)。这一点对承压水开采条件、可开采资源性质具有重大实际意义。同样可以应用于饱受地面沉降困扰的无锡、常州及周边地区，为地下水开发利用政策由单一的封井停采转为目标水位控制开采提供了科学依据。同时也为此政策在承压水动力学机制上找到了内在原因。     

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。     

上海近期地面沉降的统计特征

本文给出地面沉降的主体——粘性土的均匀度理论,运用Grubbs方法区分压缩层的自然沉降与过量开采地下水导致上复土层孔隙水消散而造成的人为沉降。同时从地面沉降值对比中,上海市区近年地面沉降的年平均值为3.71 mm±0.31,大于邻近地区同期年平均值2.62mm±0.31。     

沧州市深层水中氟离子变化与地层释水估算

沧州市地面沉降过程中地层压密释水导致水资源组成发生变化,这部分释水量是水均衡计算中必须要考虑的,但现有的调查数据并不明确。通过地下水中氟离子浓度的变化来解释地面沉降与弱透水层释水机理,并采用二元混合模型估算地下水开采资源组成中越流与释水所占份额。结果显示:沧州市承压含水层中氟离子浓度与地面沉降量存在着对应关系,在压缩释水阶段,开采量中有56%来自黏性土压密释水;在越流发生阶段,开采量中有36%来自越流补给。这表明压密黏性土释水是水资源评价的重要组成部分。     

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。     

沧州市地面沉降研究及防治对策

河北省沧州市发生了严重的地面沉降，至2001年的30年间，沧州市沉降中心的地面沉降量已超过2m，导致了城市内涝积水，河床下沉，影响南水北调等引水工程安全。经研究提出了地下水等液体资源的过量开采是诱发地面沉降的主要原因，而厚大的粘性土层为地面沉降的发生提供了物质基础。粘性土的释水压缩的永久性决定了地面沉降的不可逆性。通过不同时期沧州市地面沉降累计沉降量和地下水位降深的相关分析，建立了二者之间的相关公式，提出了警戒水位降深(临界)值(40m)和限制降深(止采)值(70m)，并进行了地面沉降发展趋势预测。文中提出以调控地下水位为主，避让和工程措施相结合的防治对策，以期对沧州市地面沉降防灾减灾工作有所促进和帮助。     

中国沿海地区地面沉降问题思考

中国沿海地区地面沉降主要发生在大河三角洲及沿海平原区。文章主要以我国两大沿海城市——上海及天津为例，分析和阐述了沿海地区发生地面沉降的机理以及影响地面沉降发生发展的诸多因素。指出，孔隙水承压含水层中抽取地下水将引起承压水位降低进而引起土颗粒承担的有效压力的增大，从而使土层压缩。影响沿海地区地面沉降的因素有新构造运动、全球海平面上升、软土地基自然沉降、过量抽取地下流体以及建筑施工造成的局部沉降等。文章认为，在诸多影响因素中，人类过量开采地下流体是导致地面沉降发生的主要原因，人类应在资源利用和环境保护方面力争双赢。     

深层水漏斗区开采量组成变化特征与机制

为阐明强烈开采条件下华北平原深层水的开采水量来源及组成问题,以德州地区深层水漏斗分布区为重点研究区,通过基于大量钻孔资料对含水层组及其粘性土夹层或透镜体的分析和野外地下水采样、动态监测及地面沉降测量资料等分析,采用分层、分区计算方法对漏斗中心至外围的各分区弹性释水量、粘性土压密释水量、侧向流入和越流补给量进行均衡计算。结果表明:在强烈开采条件下,深层水开采量中弹性释水量和压密释水量所占比率不是常量,随着深层水位下降的幅度和深度增大、超采释压持续时间愈长、开采层中粘性土夹层或透镜体愈多,则区内弹性释水和压密释水的强度及累积地面沉降量愈大;愈靠近漏斗中心,弹性和压密释水强度愈大,相同降深下平均单位降深的地面沉降量愈小。在深层水开采量中粘性土压密释水占35.5%~61.9%,与地面沉降密切相关。     

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。     

江汉平原第四系弱透水层渗透系数求算方法

弱透水层的渗透系数是区域地下水流系统划分和关键带水-土-生作用的重要参数.结合江汉平原关键带调查采集1:5万杨林尾-陆溪口图幅钻孔52组不同深度、不同岩性的原状土样,利用改进的渗透仪进行室内渗透实验,对粘性土样的渗透系数和粒度特征参数进行经验公式修正.发现研究区沉积物渗透系数与含水岩组埋深和岩性有关.浅层孔隙潜水含水岩组以粉质粘土、粘土为主,沉积环境稳定,渗透系数约10-9 m/s,变异系数为1.56;中深层承压含水岩组夹有多层粘土和粉砂,呈现多旋回分布的典型河湖交互作用的沉积环境,渗透系数为10-10~10-6 m/s,变异系数为2.04,变异性较大.利用有效孔隙比e_u与黏粒含量P的显著二项式关系,修正预测粘性土渗透系数的太沙基经验公式,预测值与室内实测数据基本吻合,二者比值均小于10,验证了太沙基修正公式在河湖相平原区的适用性.      

锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析了锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素,揭示了该地区地下水开采与地面沉降的关系,其中现状开采条件下的75%～80%的开采量来自于粘性土层的压密释水量;同时,根据地面沉降的发生机理剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模型中存在的问题,提出了地下水可开采资源合理的计算方法,并对考虑地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析。     

常州市地面沉降现状及分析

常州市位于江苏省南部,北临长江,南靠太湖,是我国经济与技术发展较快的中等城市之一。市区供水以第四系松散岩类孔隙地下水为主,开采层次主要是第Ⅱ承压含水层。１地面沉降现状自７０年代起,由于大量开采地下水,常州市开始出现地面沉降现象,如井管相对抬升,地面开...     

江苏省锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析江苏省锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素.揭示了该区地下水开采与地面沉降的关系,其中现状开采条件下的75%～80%的开采量来自于粘性土层的压密水量.根据地面沉降的发生机理剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模型中存在的问题针对存在的问题,提出了地下水可开采资源合理的计算方法,并对融有地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析.     

锡山市西部地区地下水资源计算模型研究

从地下水运动均衡原理的角度分析锡山市西部地区第Ⅱ承压含水层天然和现状开采条件下的地下水均衡要素，揭示了该地区下水开采与地面沉降的关系，其中现状开采条件下的75%-80%的开采量来自于粘性土层的压密释水量；同时，根据地面沉降的发生机理，剖析地面沉降严重发育地区忽略地面沉降影响因子建立的地下水资源计算模式中存在的问题；针对存在问题，提出了地下水可开采资源合理的计算方法，并对考虑地面沉降影响因子的地下水资源计算模型的可实现性进行了分析。     

简讯

今年十月,北京武汉隆重庆祝王大纯教授从事水文地质工作五十年及教育事业四十年。王教授对我国地下水分类、潜水水文地质分区、裂隙水分类、孔隙承压含水系统分析,地面沉降机理以及地下水资源评价等,有精辟的论述。(张人权李世忠供稿)