基坑抽水引起周围地面沉降机理及防治措施

抽水引起周围地面沉降和构筑物地基沉降已成为工程建设中的一个环境灾害问题。根据抽水引起周围地面沉降的机理分析,提出了由抽水引起地下水水头压力变化、含水层颗粒迁移、含水层压缩和水体的膨胀的更具普遍意义的地下水运动方程,该方程可以简化成Biot和Helm的地下水运动方程。在此基础上,通过实例分析和方案对比,提出了抽水引起周围地面沉降的防治措施,并分析了各种措施的适用范围及优缺点。     

基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型

针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2 %。该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。     

控制地面沉降条件下天津深层地下水资源持续利用

天津平原大强度开采深层地下水引发严重的地面沉降.根据地下水位和地面沉降监测结果分析,第四系中更新统和下更新统是深层地下水持续利用的最佳层位.当水位埋深控制在35～40m,引发的地面沉降量小于10mrrda,深层地下水开采资源为26 755×104m3/a,平均资源模数为2.90×104m3/(a·km2).与1991-2000年平均开采量相比,资源量减少了43.1%,而地面沉降量可以减少68.3%.长期大强度开采深层地下水提高了粘性土的固结程度.保持历史开采层位,稳定开采量,使水位稳定在地面沉降临界水位附近,是深层地下水资源持续利用,控制地面沉降的有效措施.     

天津平原地面沉降条件下的深层地下水资源组成

根据天津平原地面沉降监测结果,采用水量均衡法,计算出深层地下水开采量中,浅层地下水越流补给量占38.2%,粘土性压密释水量占41.3%,弹性释水量占 5.6%,侧向流入量占14.9%.在控制地面沉降的条件下,深层地下水持续利用的对策是调整开采三维布局,适度开发利用浅层地下水对深层地下水的越流补给.     

对"用调整地下水开采层次方法控制地面沉降"的质疑

据不完全统计,至今我国已有90余个城市和地区相继发生不同程度的地面沉降,长江、黄河、珠江三角洲、华北平原、松辽平原及沿海许多地区,地面沉降正在发生和发展之中,尤其以上海为中心的长江三角洲及以天津为中心的华北平原,成为我国两片最大的沉降地区。地面沉降对这些地区社会和经济的可持续发展带来严重影响。几十年来,这些地区一直将“调整地下水开采层次”作为控制地面沉降措施之一。该文章认为“调整地下水开采层次”并非一种理想的控沉措施,不仅值得商榷,甚至为应该被否定的控沉措施。依据：①一般情况下,随深度增加,地层的压缩性会渐下;但是开采同量的地下水,其水位下降的速率及幅度深部含水组比浅部含水组要大的多,两者引起的沉降量不会有明显的差别;②从地下水开采资源组成与地面沉降关系分析,含水层深度越深,其中的压密释水量所占的比例也越大,造成的地面沉降也越严重;③地层的物理力学性质及固结状态,随深度的增加,也不完全是越来越好。     

地面沉降对高速铁路的影响分析

北京平原区快速发展的地面沉降对高速铁路的发展构成了威胁,地面沉降与过量开采地下水造成的水位下降关系密切,为此有针对性地开展基于高速铁路的地下水动态与地面沉降相关关系研究对于高铁安全运行意义重大,特别是对于制定高铁沿线地下水开采方案、地面沉降减缓措施和工程措施至关重要。基于其对高速铁路的影响模式,本文将地面沉降分为区域沉降和局部沉降两种类型。针对区域沉降,利用Logistic方程,使用天竺、望京及王四营分层地面沉降和地下水位数据,构建了不同层位地下水水位变化与地面沉降之间的相关关系模型,通过ABAQUS计算局部地区,对于6m高路堤和15m CFG桩处理深度的地基而言,当渗透系数k=2m／d,距离线路边缘25m处浅层地下水下降10m将产生约61—85mm的沉降。     

开采浅层地下水对高速铁路工程的影响分析

本文根据浅层地下水的性质,阐述了抽水引起的地面沉降机理和计算方法,结合实例计算了由于抽取浅层地下水引起的小范围地面沉降和影响范围,分析了这种小范围地面沉降对客运专线路基、桥梁、轨道工程的影响.     

开采地下水地面沉降三维数值模拟分析

根据汉口新业大厦水文地质与工程地质条件,建立开采地下水非稳定流定解问题三维数学模型,利用现有承压含水层非稳定流定解问题数值方案求解,重点讨论了源汇项的具体数学表达式。又简介根据达西定律和水均衡原理,建立了三维有限差分数值方程及其解法。根据土的有效应力原理和压密原理推导出了抽水沉降非线性压密方程,并研制了相应的三维有限元和有限差分计算程序。最后,对该环境岩土工程问题进行了分析和评价,计算结果与实测结果符合较好。     

福州温泉区地面沉降特点及影响因素分析

在掌握福州市地面沉降状况及其分布规律的基础上,分析得出引起地面沉降的主要原因是过量开采地下温泉;影响某点地面沉降年变化情况的主要因素有城市降雨量、温泉开采量等。     

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。     

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。     

Biot固结理论在地面沉降计算中的应用

在回顾地面沉降研究现状的基础上,提出采用Biot固结理论进行由降水形成的渗流场与应力场的耦合分析,并运用二维Biot固结平面有限元程序计算因开采地下水而引起的地面沉降问题,最后通过工程实例验证了该方法的可行性。     

潜蚀作用导致岩溶塌陷地质灾害的实例分析

淳安县某村于2005年2月初发生民房墙体开裂、地面裂缝、砼路面层与路基脱开、施工缝拉裂等地质灾害现象。从破坏特征看,该灾害应属于地面沉降,但却不具备发育通常概念“地面沉降”的地质环境条件。文章根据灾害区附近灰岩溶洞较发育、表部松散层厚度较大等条件,认为灾害由地下水潜蚀作用引起,并试图恢复其作用机制。指出如不加以治理,可能造成灾难。     

全面禁采以来锡西澄南地区地面沉降动态特征分析

锡西澄南地区在苏锡常地区地面沉降研究中具有一定代表性,是地面沉降的典型地区之一。本文在已有的长期地下水水位、地面沉降监测资料的基础上,结合区域地质条件就全面禁采以来锡西澄南地区的地面沉降特征的诸多方面作进一步的探索分析。分析结果显示:目前锡西澄南地区出现南北沉降差异;差异特征与相应区域的地下水补给条件密切相关;北部Ⅱ承压层沉降为预防重点。     

台湾浊水溪冲积扇地下水位变化及地面沉降对高铁之影响

浊水溪冲积扇是台湾水资源最为丰富但也是地面沉降最严重地区。近年来该区域的地面沉降因有可能威胁高铁行车安全而备受关注。本文整合历年累积的地下水位及地面沉降等相关监测数据,验证了地下水位变化与含水层补给之机制,探讨了地下水周期性波降条件下土层压缩特性以及高铁路堤与桩基础工程结构的沉降行为。认为对于设置桩基础的线型高架结构而言,区域性地下水位波降不致增加桥墩间的差异沉降,但桩基础若承受邻近局部的额外载重,则可能伴随地下水位波降产生持续性的差异沉降,其长期效应将对线型交通结构物的平整度及安全性造成负面影响。     

开采浅层地下水对地面沉降影响的探讨

苏锡常地区由于长期过量开采深层地下水，已诱发了严重的地面沉降灾害。为此，江苏省政府下达了在2005年全面禁采深层地下水的文件。为解决用水问题，许多专家、学者建议开采利用浅层地下水。在苏锡常地区开采浅层地下水是否会同样诱发严重的地面沉降问题，是目前争议的焦点。文章详述了苏锡常地区水文地质条件及地面沉降现状，确定了地面沉降的各种影响因素，分析对比了浅层地下水与深层地下水在开采条件下所能引起的地面沉降量，说明采用合理的开采工艺开发利用浅层地下水不会诱发严重的地面沉降。     

The state of land subsidence and prediction approaches due to groundwater withdrawal in China

This article gives a general introduction to land subsidence with the prediction approaches due to withdrawal of groundwater in three subsided/subsiding regions in China: the deltaic plain of Yangtse River (YRDP), North China Plain (NCP), and Fenwei Plain (FP). On YRDP, Shanghai is the typical subsided/subsiding city; on NCP Tianjin is the typical subsided/subsiding city, and on FP Taiyuan is the typical subsided/subsiding city. The subsided area with subsidence over 200 mm on YRDP is about 10,000 km² and the maximum subsided value reached 2.9 m at Shanghai; on NCP the subsided area reached 60,000 km² with the maximum subsidence of 3.9 m at Tianjing; on FP the subsided area is relatively smaller than that on the other two plains and is about 1,135 km² with maximum subsidence of 3.7 m at Taiyuan city. In order to protect the civil and industrial facilities, it is necessary to predict the future development of land subsidence based on present state. Many researchers proposed several approaches to predict the land subsidence due to groundwater withdrawal according to different geological conditions and groundwater withdrawal practice. This article classifies these approaches into five categories: (i) statistical methods; (ii) 1D numerical method; (iii) quasi-3D seepage model; (iv) 3D seepage model; (v) fully coupled 3D model. In China, the former four categories are presently employed in the prediction practice and their merits and demerits are discussed. According to the prediction practice, 3D seepage model is the best method presently.     

北京亦庄轻轨工程场地水位下降引起地面沉降量的评估方法探讨

地下水大量抽取所引起的地面沉降,是工程建设场地地质灾害危险性评估中最重要的地面变形灾种之一.由于场地情况各异,目前的定量评估尚无通用模式.一种基于区域水位下降量和相应地面沉降量拟合反演区域骨架成分弹性储水因子和非弹性储水因子的最小二乘方法已经提出.利用该方法反演出北京亦庄轻轨工程建设场地的代表性骨架成分弹性储水因子和非弹性储水因子.在此基础上,采用有效应力法对该场地的地面沉降趋势进行了预测评估.结果表明:如果未来地下水抽取状况不能得到实质性的控制,该场地东南部区域2006-2015年可能新增高达70～126 mm的地面沉降.     

利用差分GPS进行地面沉降监测的研究

为了更好地利用GPS对地面沉降进行监测,详细介绍了差分GPS静态相对定位的工作原理,探讨了差分GPS测量应用于地面沉降监测时的实现方法,介绍了影响差分GPS定位精度的因素。结果表明,利用差分GPS静态测量大范围地面沉降的方法精度高,工作效率高。     

基于分层监测的北京天竺地面沉降、地下水位与孔隙水压力变化规律

为揭示天竺地面沉降监测站102 m以浅地层分层沉降规律,对天竺分层监测数据进行了分析。研究发现：①地面沉降主要发生在粘性土层,地面沉降发育情况与粘性土含量成正比,粘性土层在有效应力持续增大的作用下被压缩。②季节性变化特征方面,在一个水文年内,地面沉降所表现出的季节性形变特征与地下水位动态变化趋势有较高的相关性,丰水期地面沉降速率减缓,枯水期地面沉降速率明显增大。③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,现阶段北京地面沉降区浅部土体压缩减缓,中深部土体多以较快的速度持续压缩。不同埋深的粘性土体存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形,具有显著的粘弹塑性; 天竺站浅部水流从第Ⅰ粉土层向第Ⅰ中砂层越流,中部水流从第Ⅱ细砂层向第Ⅱ粘土层越流,深部水流从第Ⅲ粉质粘性土层向第Ⅱ细砂层越流。