一、开采地下水地面沉降三维数值模拟分析(论文文献综述)
张少鹏[1](2021)在《基于参数时变性的地面沉降演化及非工程控沉研究》文中研究指明近年来,地面沉降及其次生灾害给社会经济发展带来了巨大的损失。地面沉降的发生是由于土壤颗粒的不断运动和重组引起的。由于地层结构的复杂性和地面沉降过程的多变性,土体参数随压缩变形而动态变化。同时,地下水开采与地质灾害之间一直存在矛盾。如何同时保持地面沉降的速率在一定控制允许范围内的前提下,又可以满足地下水资源的可利用性和可控性,是一个非常关键的问题。基于对以上问题的考虑,本文详细分析了土体固结压缩过程中各物性参数的变化规律,构建了基于参数时变性的地面沉降数值计算模型,以山东省菏泽市牡丹区地面沉降为背景,开展了对该地区地面沉降发展趋势预测及非工程控沉措施的适宜性研究。本文的主要工作和结论如下:1.详细分析了地面沉降发展过程中土层各物性参数的变化趋势特征,构建了考虑参数动态变化规律的沉降计算模型,分析了在考虑参数动态变化前后的地面沉降发展趋势和物性参数的动态演化。可以发现,考虑物性参数动态变化时的最大沉降量大于未考虑时的情况,在停采后,后者会立即发生回弹现象,而前者则出现了短暂的沉降滞后现象。忽略物性参数动态变化产生的计算差距在沉降初期较小,中后期较大。2.收集整理了牡丹区水文地质、工程地质和钻孔资料,结合研究区地下水开采信息、地下水流场和地面沉降监测数据等资料,系统地总结分析了该地区地面沉降灾害的现状特征。可以发现,牡丹区地面沉降量正在逐年增加,有构成一个大型区域性地面沉降漏斗的趋势。3.综合运用了多学科交叉知识,考虑地层各参数的动态变化规律,基于合理的计算方法建立和验证了牡丹区地下水与地面沉降三维数值模型,并分别对保持现状地下水开采、规划分批次停采地下水及减小地下水开采量等不同开采工况下地面沉降的演化趋势做出了预测分析。如果保持地下水开采量不变,2029年时的最大地面沉降量约为2019年时的3.4倍。随着地下水开采井逐步封停,到2027年时累积地面沉降量减小到了 182.14mm,整个研究区沉降漏斗面积也有所缩小,并出现反弹的趋势。当减采量超过10%时,其沉降受灾区域面积减小的幅度明显增加。4.通过模拟预测大区域尺度下地面沉降的时空动态演化过程,量化了非工程控沉措施对地面沉降的影响程度,从累计沉降量和沉降量圈闭线面积两个角度评估控沉措施的效果,论证了较适宜的非工程控沉措施。结果表明,地面沉降并不随地下水开采量的减小而线性减缓。随着开采量的减小,沉降漏斗处累积地面沉降量均显着减小,但随着开采量的继续减小,累积地面沉降量的减小趋势逐渐减缓。考虑到牡丹区的实际用水需求,地下水减采量处于10%~30%时,地面沉降量减小量最为显着,对减缓地面沉降灾害效果也较适宜。
边超[2](2021)在《地下水开采引发地面沉降对鲁南高铁沿线的影响性分析及防治》文中研究说明超量开采地下水引发的地面沉降是一种较为常见的地质灾害类型,其特点主要表现为持续时间长、影响范围广。目前在我国由于大规模地下水资源超采导致的地面沉降主要发生在天津、北京、上海、江苏、山东和山西等中东部省份和地区,累计造成地面沉降总量超过200mm的国土面积约为8.0万km2,在此类地区修建诸如高速铁路、地下输油管线等线性工程时,工程安全势必受到地面沉降尤其是不均匀沉降的影响,为满足高速铁路安全、舒适的要求,对沉降特别是工后沉降控制非常严格。作为本文研究主体的鲁南高速铁路菏泽至曲阜段东起地处济宁市的曲阜市,西至地处菏泽市的牡丹区,位于黄河冲积平原,经过初期地质调查发现,沿线不同程度存在抽取地下水的问题,特别是靠近城市地段,地面沉降也在近20年内出现,现已发展为多个大小不一的沉降漏斗。因此,为评价沿线抽取地下水对鲁南高铁的影响,为后续安全运营提供可靠的依据,进行鲁南高铁沿线地面不均匀沉降及其演化特征的定量化分析研究具有重要意义。本文以鲁南高铁菏泽至曲阜段为例,交叉融合地下水渗流理论和土体固结理论,建立研究区地下水数值模型和地面沉降三维流固耦合数值模型,开展研究区不均匀地面沉降定量化评价及沉降演化规律研究。利用已建立的地面沉降数值模型分析计算不同地下水开采方案情景下,高铁沿线不均匀地面沉降未来发展趋势,评价确定线路区间内地面沉降相对严重区域。同时从沉降控制角度出发,提出针对性沉降防治措施。主要的研究工作及结论有:1、本文利用地下水数值模拟软件GMS创建深层地下水数值模型,对地下水开采过程中的流场进行模拟,经过对模型的识别与验证,得到可靠度较高的数值模型,最终总结出该地区深层地下水流场的动态分布规律:由于深层地下水经过大规模开发利用,出现了补采严重失衡的局面,水位持续下降,改变了研究区的天然流场,形成了较大范围的地下水水位降落漏斗,导致地下水由周边地区向漏斗区径流。2、基于地下水渗流理论和土体固结理论等,采用多物理场分析软件COMSOLMultiphysics建立了鲁南高铁沿线地面沉降三维流固耦合数值模型,经过InSAR数据及监测点数据校准,得到校准后的数值模型,并按照现有的开采方式,通过对比未来20年地下水现状开采、减少10%开采及减少30%开采三种工况沉降的发展趋势,来预测不同工况下沉降量和沉降速率的变化值,最终得出结论:减少地下水开采可以有效控制地面沉降的发生,并且减缓地面沉降的速率。3、本文运用对沿线沉降曲线的曲率计算方法,通过比较沿线各点的曲率大小来定量描述不均匀沉降。经过对三种工况下的曲率比较计算,发现减少地下水开采可以有效降低地面沉降和曲率,可以保证线路运行的安全性。
杨霄[3](2021)在《菏泽市地面沉降因子识别体系与预测评估模型研究》文中研究表明多因素诱发的地面沉降是一种重要的自然地质灾害,影响着世界上许多城市地区的发展。不均匀的地面沉降会导致地裂缝等相应灾害的发展,对城市建筑物和基础设施造成损害,给人类的生产生活造成风险。本文以山东省菏泽市为研究对象,在充分搜集地面沉降相关历史、现状资料及实际监测数据的基础上,结合实地勘察,基于地理信息系统,综合采用理论分析、机器学习、数学建模和数值计算等手段,构建了一个通用的地面沉降评估模型。该模型采用机器学习方法可高效、便捷处理诱发地面沉降的多因子识别与预测评估问题。利用建立的模型定量化确定了影响菏泽市地面沉降发展的主要因子,并对菏泽市地面沉降的发展趋势进行了分析研究。本文的主要研究工作及成果如下:(1)详细搜集并调查了菏泽市的自然地理条件、区域基础地质以及水文地质和工程地质条件,然后结合现有的相关文献分析了研究区域的地面沉降的历史与现状情况,确定了地面沉降的影响因子。综合从多源数据集(数字高程模型、卫星遥感大数据、水文局和水务局的专题数据图及水资源报告等资料)中提取了影响菏泽市地面沉降的12个静态因子和3个动态因子。同时详细介绍了各因子的提取方法,并在GIS系统中建立了菏泽市地面沉降影响因子数据库。(2)基于遥感卫星数据集和山东省“四网合一”(水准监测网、GNSS监测网、分层标和基岩标监测、地下水位监测)地面沉降监测体系,结合InSAR遥感数据处理技术提取了 2017~2020年菏泽市地面沉降原始学习样本数据。将地面沉降原始数据学习样本数据集分为两份,一份占比70%作为机器学习训练样本数据集,一份占比30%作为机器学习检验样本数据集。将所有数据集导入随机森林模型中进行不断的迭代训练,得到了准确程度较高的菏泽市地面沉降因子识别及预测评估模型。(3)根据菏泽市各县区的降雨量时间序列监测数据的特征情况,为每个区域设计并建立了不同的降雨量SARIMA时序预测模型。研究模拟分析了2008~2020年菏泽市各县区的连续性降雨量月均值监测数据,确定了不同区域范围历史降雨的行为模式。经数据准备及预处理、数据转换、参数识别和模型检验后建立的SARIMA模型拟合优度较高。其具有较低的Ljung-Box Q值和显着大于0.05的p值,并且模型的残差均为白噪声,显示了该模型具有较高的精度和良好的预测能力。(4)通过分析研究区水文地质条件、地下含水岩组结构特征以及地下水流动状态,构建了菏泽市区域地下水概念模型。根据研究区实际情况,参考概念模型的边界性质、参数条件等构建了地下水运动的微分数学模型,确定了研究区地下水为非均质性、各向异性的三维非稳定流模型。在GIS系统中,将高分辨率的遥感地质资料、钻孔资料、地下水监测资料等数字化并转换为统一的格式,构建地下水数值模型数据库。再结合MODFLOW程序包,模拟分析了 2017年~2020年的地下水运动变化。结果表明,量化的地下水流模型可科学合理的预测地下水水流场动态变化。且在现状规划条件下,浅层地下水水位缓慢降低,深层地下水水位大部分地区逐步上升,仅漏斗处地下水缓慢下降。(5)本文在GIS平台的支持下,通过构建地面沉降影响因子数据库,将SARIMA模型、MODFLOW模型与机器学习模型相结合,建立了地面沉降的动态预测分析模型。并根据该模型预测分析了 2025年的菏泽市地面沉降的的分布情况。结果表明,本文提出的沉降分析模型在菏泽市地面沉降预测及防控中呈现出较好的模拟效果,能够从灾害风险预测、分布特征以及发展趋势等多方面实现了对菏泽市地面沉降风险的整体防控。
张晓伟[4](2021)在《津潍铁路某区段地面沉降预测模拟研究》文中认为随着我国经济的稳步发展,人民群众对于交通便利的要求越来越高,高铁以快捷,高效,安全环保等优势成为长途出行的首选。津潍高速铁路是十四五规划中长期铁路网规划“八纵八横”高速铁路网沿海通道的组成部分,作为津潍高铁的一部分,东营南至寿光段南起寿光市留吕乡,北至广饶丁庄镇,全长约60公里,途径山东东北部地面沉降区,其建设和运营可能会受此影响。通过调查拟建铁路所在区域内的地面沉降发育历史与现状,查明该地区地面沉降的主要成因是地下水过量开采。为保证铁路建成后平稳高效运行,研究该工程沿线地面沉降的发展趋势是十分必要的。本文以地下水动力学和土力学理论为基础,以拟建津潍铁路东营南至寿光段为工程背景开展铁路沿线地面沉降预测与危险性评估,主要内容如下:(1)借助InSAR监测技术对研究区地面沉降发育历史与现状作出归纳分析:据2016~2018年InSAR监测数据,区内大部分线路穿越10~20mm/a沉降区,仅在DK337+150~DK338+100区段穿越20~30mm/a沉降区;据2019~2020年监测数据,DK316+900~DK324+500m区域地面沉降速率较大,为20~30mm/a,其余线路沉降速率在20mm/a以下。结合研究区地质条件和地下水开采概况对区域地面沉降成因进行分析,确定地下水超采是主要诱导因素,并采用有效应力原理对沉降机理作出阐述。(2)基于拟建铁路所在研究区的地质钻孔和地质剖面图资料,建立了三维地质可视化实体模型,实现了研究区地层结构的多角度展示,据此对研究区地层进行概化并结合自然地理和水文地质条件构建了三维地下水流和一维土体变形耦合的数值模型。在对地下水渗流模型和地面沉降模型分别进行识别检验后,采用达到准确性要求的数值模型对铁路沿线地面沉降开展数值模拟研究。模拟结果显示,在维持现状地下水开采量的方案下,沿线地面沉降峰值位于DK321与DK323之间,最大沉降速率为16mm/a,坡度峰值为0.0531‰,位于DK315附近;在线路两侧200米实施禁采方案下,沿线地面沉降和地下水位均有所回弹,但部分里程段沉降速率仍无法满足≤10mm/a设计目标,基于此预测结果,对DK295-DK309、DK315-DK325段扩大禁采范围,模拟结果显示该方案下铁路沿线沉降速率和坡度值均达到设计目标。(3)基于预测结果,结合FAHP和综合评价法,选取地面沉降严重性、地面沉降坡度和地下水位降深作为评价因子,将沿线两侧4km的范围按危险性等级由低到高划分为Ⅰ~Ⅳ四个等级,占比分别为39.66%,31.31%,17.30%和11.73%。根据分区结果,拟建铁路无里程段穿越Ⅳ级危险区,大部分位于Ⅰ区,危险性很小;DK285~DK295;DK315~DK323;DK327~DK329 段穿越 Ⅱ 区,该区地面沉累计值在70mm~130mm之间;DK302~DK309段因沉降坡度变化较大位于Ⅲ区。
贾超,边超,丁朋朋,杨霄[5](2021)在《线性工程沿线地下水超采引发不均匀地面沉降分析》文中提出超量开采地下水引发的地面沉降是一种较为常见的地质灾害类型,具有持续时间长、影响范围广的特点。在此类地区修建诸如高速铁路、地下输油管线等线性工程时,工程安全势必受到地面沉降尤其是不均匀沉降的影响。进行线性工程沿线地面不均匀沉降及其演化特征的定量化分析研究对确保工程长期安全稳定具有重要意义。以鲁南高铁菏泽至曲阜段为例,交叉融合地下水渗流理论和土体比奥固结理论,建立研究区三维流固耦合数值模型,开展研究区不均匀地面沉降定量化评价及沉降演化规律研究。利用建立的地面沉降三维流固耦合模型分析计算不同地下水开采方案情景下,高铁沿线不均匀地面沉降情况,评价确定线路区间内地面沉降相对严重区域。同时从沉降控制角度出发,进行地下水减采工况下地面沉降分析预测。结果表明,减少地下水开采量可以有效降低地面沉降量和最大沉降曲率,缓解不均匀沉降带来的危害,确保高铁运行的安全。研究结果可为类似地区进行地下水开采诱发地面沉降的工程安全评价提供借鉴,具有一定的学术及工程应用参考价值。
狄胜同[6](2020)在《地下水开采导致地面沉降全过程宏细观演化机理及趋势预测研究》文中指出水,是生命之源。改革开放以来,我国年均地下水开采量超25亿m3,全国目前有约400多个城市在开采利用地下水,占到城市使用淡水总量的30%以上,其中在西北、华北等部分地区占比高达70%以上,不合理的地下水开发利用导致在全球范围内形成地面沉降并衍生出系列生态环境问题。加强对地下水开采导致地面沉降的机理及规律研究,有利于完善和推动地面沉降领域的理论发展,掌握土体变形及地面沉降对不同地下水开采条件的响应规律,提出科学合理的地下水开采方案,对保证国民经济社会健康稳定发展具有重要现实意义。本文在山东省国土资源厅地面沉降监测与防控项目资助下,开展了地下水开采导致地面沉降的全过程分阶段理论分析,研究了地下水开采条件下土体变形及地面沉降的相似准则;设计研发了一种考虑地下水环向补给及采水井结构的开采承压水引发地面沉降物理模型试验系统和试验方法,并进行了一系列不同条件下的物理模型试验;分别开展了采水条件下含水层砂土的细观结构演化试验和固结条件下粘土的微观结构电镜扫描试验,并分别对其进行了结构参数量化及宏细观参数相关性分析;基于多孔介质流-固耦合理论研究了地下水开采条件下土体变形及地面沉降的时空演化特征及分布规律,并对土体主要参数进行了敏感性分析,基于颗粒离散元的流-固耦合理论研究了地下水开采条件下土体颗粒细观运移特性及规律,探讨分析了地面沉降发生的本质机理;在华北平原鲁北地区开展了地下水超采导致区域性地面沉降特征研究,并对其不同地下水开采条件下的地面沉降演化趋势进行了分析预测,主要研究工作及成果如下:(1)地下水开采导致地面沉降全过程分阶段理论分析。将地下水开采导致地面沉降全过程划分为地下水开采改变渗流场、采水层土体层间耦合效应及非采水层位沉降传递三个阶段,分别对其进行理论分析并建立了考虑地下水开采量、各土层物理力学性质的全过程地面沉降传递规律计算公式。同时,基于相似理论对地下水开采导致地面沉降全过程进行了相似准则分析,得到了模型试验与原型试验相似时相应物理量所应遵循的相似比尺。(2)地下水开采导致地面沉降物理模型试验系统研发及模型试验。采用模块化设计思路,设计研发了一种充分考虑采水井结构及地下水三维补给条件,适用于地下水开采导致地面沉降宏细观机理研究的物理模型试验系统。基于该试验系统开展了不同采水条件下的模型试验,得到了有无水源补给条件对地面沉降的影响规律,揭示了含水层与隔水层变形沉降的比例关系及其沉降滞后性,明确了采水条件下含水层渗透系数时变规律及土体中空气负压的产生及演化规律。(3)砂粘土体微细观结构演化试验及其宏细观参数相关性分析。开展了采水条件下砂土变形沉降模型试验,并基于PIV粒子图像测速技术对其进行了细观结构演化规律分析,揭示了采水条件下砂土变形沉降宏细观结构演变过程及规律;开展了固结条件下粘土 SEM微观电镜扫描试验及其参数量化分析,对比研究了固结荷载对粘土不同尺度下微观结构参数演变规律的影响,表明更小尺度下的微观结构具有更大的荷载影响区间和应力敏感性,粘土表观孔隙比与常规孔隙比呈现较好的线性回归关系,表观孔隙比与压缩系数呈现较好的指数型增长关系。(4)地下水开采导致地面沉降宏细观数值模拟分析。基于Biot多孔介质流-固耦合理论建立了宏观数值分析模型,研究了在不同含水层开采相同地下水量时的土体变形沉降时空演化特征及规律,并讨论了地面沉降对土体主要参数的敏感性及响应程度,结果表明在含水层内,渗透系数>弹性模量>Biot-Willis系数>泊松比;在隔水层内为:弹性模量>渗透系数>Biot-Willis系数>泊松比;基于颗粒离散元的流-固耦合理论建立了细观数值分析模型,研究了地下水开采条件下土体颗粒运移规律及颗粒结构调整过程,分析了颗粒间接触力链及流场演变规律。(5)地下水开采导致区域性地面沉降特征分析及计算预测方法研究。以华北平原鲁北地区滨州市博兴县为工程背景,详细深入研究了该地区地下水动态分布特征及地面沉降演化规律,建立了该地区地下水开采导致地面沉降的三维流-固耦合数值模型,还原了地面沉降发展演化过程,并分别对当前地下水开采量及减小地下水开采量不同方案下的地面沉降演化趋势做出预测分析,提出当减小20%地下水开采量时是较为合理有效的地下水开采方案,同时应采取因地制宜措施,针对不同区域采取不同的阶梯式递减开采方案,以实现研究区地面沉降的合理有效防控。
李海君[7](2020)在《华北平原地表形变演化特征与影响因素分析研究》文中认为平原区地表大规模形变,可引发区域性地面沉降、地裂缝以及地面塌陷等地质灾害,直接威胁影响建(构)筑物以及生命线系统工程安全稳定运营。以人口密集、经济发达及形变监测历史悠久的华北平原为研究区域,针对大区域多元因素耦合作用下地表形变演化的主控因素识别与成因机理分析问题,依托中国地震局地震行业专项《大华北地区综合地球物理场观测》项目,基于开采-形变体积等量关系、构造-渗流多场流固耦合以与灾害风险评价等基本理论,采用多源背景场信息结构化存储、地统计分析、多场耦合数值模拟与综合评价、多目标优化等研究方法,开展了华北平原地表形变演化特征与影响因素分析研究。研究成果、方法可为区域形变灾害风险识别与减缓防控提供借鉴,同时对区域性工程设施选址、防灾规划编制具有重要意义。本文以华北平原地表形变演化主控因素识别与影响分析主线,通过多源形变背景场信息结构化数据存储设计与实现,构建了华北平原地表形变多源信息影响作用分析数据库;据此结合非参数秩相关、改进主成分法定量刻画了大区域多元因素耦合作用下华北平原地表形变时空演化特征与各因素影响作用关系;在此基础上,建立构造-渗流耦合数值模型进行了多元耦合影响作用下区域及典型形变区地表形变的演化过程,明确各因素对地表形变形成过程的影响以认知形变过程机理;综合形变影响因素与作用过程研究,构建地表形变灾害风险评价模型,将TOPSIS理论与多目标优化模型分别引入形变灾害风险评价以及形变监测网络站点优化研究,获取相对安全风险评价与防控区划结果及针对性监测、管控措施。主要研究工作与成果概述如下:(1)综述了地表形变监测、演化过程与成因机理分析及形变灾害风险评价等领域研究现状,讨论并提出环境岩土工程领域存在问题与关键研究方向。主要梳理地表形变监测手段与华北平原形变监测技术发展历程与问题;通过系统分析地表形变演化与成因分析方面理论、方法研究现状,探讨形变主控因素识别研究的数据支撑有效性为地表形变指标框架梳理归纳做铺垫;结合地表形变灾害风险评价模型与方法评述,讨论指标赋权主观性等问题。(2)综合形变、构造、地层与人类活动等多源背景场构建区域性多源信息影响作用分析数据库,应用地统计分析完成形变演化特征与主控因素识别。明晰了华北平原地表形变影响背景场现状,明确地表形变影响框架筛选原则、流程,设计与实现了构造运动、地质与水文地质、人类活动、形变监测等地表形结构化数据存储,整合40个指标共计113.8万条记录构建华北平原地表形变多源信息影响作用分析数据库。据此分三阶段完成形变演化特征、地下水开采形变体积等量宏观响应研究,辅以典型形变区PS-In SAR反演结果进行成因初判。(3)梳理构造-渗流耦合数值模拟理论,构建区域与典型形变区构造-渗流多场耦合地表形变数值模型,结合4类30种模拟情景,分析多元因素耦合作用形变影响,并完成地表形变影响因素敏感程度与影响作用差异性评价。基于COMSOL构建构造-渗流耦合数值模拟模型,针对构造形式与状态、地层分层与岩性、地下水开采以及综合因素耦合作用设定模拟方案,完成区域与典型形变区地表形变过程数值模拟。结果表明,地表形变量受构造幅度、岩土水位埋深、地下水开采影响显着,另随构造深度、作用角度变小,压缩层比例与土层厚度增大而呈微量增大;耦合作用下位移场形态受地下水开采与断裂构造发育控制,且综合影响略低于各因素形变量总和。经非参数相关与改进主成分方法进行各阶段多元因素敏感程度差异性与影响作用分析,可知,区内形变早期多因继承性构造运动所致,而后期深部地下水开采成为主要影响因素,其与深层水位变差及水位响应程度分别达-0.6661与-0.8321。(4)构建华北平原地表形变灾害风险评价指标体系,应用TOPSIS理论改进AHP方法进行危险性、易损性各维度指标合成进行风险区划,并结合区域线状工程设施、重点城市规划等条件完成风险管控区划研究。据灾害风险要素构成,应用灾害风险评价模型中孕灾环境、致灾因子、暴露程度以及防灾减灾等各构成要素共计19个指标数据与AHP权数组合,基于本文构建的TOPSIS权重优化模型完成偏安全的风险评价,并验证了计算结果与优化目标的一致性;在风险评价结果基础上,结合区内区域性线状工程展布与不同级别城市区划以及区域性调水工程影响确定风险管控区划以针对制定风险管控措施。(5)结合形变对研究区内监测网络站点建设、运行稳定性与监测质量影响,针对性进行选址稳定性与适宜性评价,确定了形变监测站点优化模型与方法。基于改进主成分分析法合成地表形变敏感程度差异性评价结果量化形变易发性,根据《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》(GB_T28588-2012)等规范考虑地形、水体、植被、交通等要素进行选址、监测指标进行稳定性评价;据此综合形变灾害风险评价结果、已有站点有效利用以及重点工程运营服务效果定义适宜性并据此构建监测站点优化模型。经监测站点优化,最大插值误差减少约43.4%,其中新增站点稳定性、适宜性均值分别为0.6938与0.5379,且分布可较好兼顾高需求区形变监测需求。考虑多元因素耦合作用下区域性地表形变演化特征与成因机理分析复杂性,依托多源信息耦合数据库量化形变影响因素演化特征与影响作用方式,并借助多元因素耦合作用数值模拟进行形变演化机理分析被正式为有效途径。研究成果可进一步为特定尺度下地表形变时空演化主控因素差异分析及区域性线状工程形变灾害风险评价与防控措施研究具一定理论与现实意义,同时对形变监测网络质量评价与优化分析提供有益参考借鉴。
赵宇豪[8](2020)在《常州地铁深基坑承压水减压降水对周围环境影响及控制措施研究》文中进行了进一步梳理地下水是轨道交通、地下工程建设的重要风险源,随着国内地铁工程建设的快速发展,地铁基坑深度与规模不断扩大,地下水尤其是承压水的控制已成为地铁工程建设过程中的关键。常州地铁基坑建设所涉及到的地层大多包含潜水含水层和多个承压含水层,由地下水引发的安全风险较高。本文以常州地铁典型基坑降水工程及抽水试验为依托,对常州地区水文地质及承压水分布特征、区域应力历史、基坑减压降水的环境影响以及控制措施等进行了系统分析,主要研究成果如下:(1)对常州地区水文地质条件、地质分层特点等开展系统调研,总结分析了常州地铁车站抽水试验结果与水文参数。常州地铁车站抽水试验目标含水层第(5)层及第(8)2层渗透系数平均值分别为2.79E-03cm/s及2.75E-03cm/s,均为中等透水性。在常州两个典型基坑工程场地分别进行无止水帷幕与悬挂式止水帷幕的抽水试验,计算了第Ⅰ1层承压层的水文参数,结果表明止水帷幕对地下水的阻隔作用明显,无止水帷幕时平均出水量228m3/d,影响半径156.2m,最大地表沉降7.2mm;相似降深时采用悬挂式止水帷幕的平均出水量及影响半径为32m3/d及90.1m,最大坑外沉降1.98mm,相比前者明显减小。(2)基于抽水试验观测及数值模拟,对比分析了基坑降水诱发地面沉降的预测方法,包括分层总和法、有限单元法、考虑应力历史影响的沉降计算方法等。结果表明,常州地区地下30m以内广泛分布超固结比在1-12之间的超固结土,对基坑工程降水沉降预测影响较大;分层总和法计算沉降误差极大,超过200%,而考虑应力历史影响的沉降计算方法误差约为45%,计算准确度相对更高,可以应用这种方法对常州地区大降深基坑降水引起的周围地表沉降量进行估算;有限单元法计算结果与抽水试验沉降监测值拟合程度较高,误差为20%左右,当需要对基坑降水引发的周围环境影响精细化计算分析时,可作为一种可靠工具和预测手段。(3)基于水文地质结构类型将常州地区地铁车站基坑划分为五类,并分别选取典型车站进行数值模拟,预测分析不同设计情况下基坑降水的环境影响规律。研究结果表明:含水层结构简单、厚度较小的基坑类型,如第一类基坑降水造成坑外最大地表沉降及水位降深为3.2mm与0.62m,这些类型基坑降水对环境影响不大且易于控制;含水层结构复杂、层间相互连通、层厚较大的基坑类型,如第五类基坑降水造成坑外最大地表沉降及水位降深为16.4mm与2.38m,这些类型基坑承压水减压降水对环境影响较大,需采取保守的降水设计与严格的控制措施。(4)统计了常州地铁车站止水帷幕设计情况,并以最典型的第二类基坑——博爱路站为例,针对不同基坑降水设计因素对降水效果及环境影响进行分析,探讨了不同止水帷幕插入深度时基坑降水对周围环境的影响、不同降水井布置位置对基坑降水效果的影响。结果表明:常州地铁超过70%的车站基坑止水帷幕将Ⅰ2承压含水层完全隔断,整体设计偏保守;随着止水帷幕插入承压含水层深度增加,基坑降水的影响范围不断减小,止水帷幕插入Ⅰ2承压含水层深度为25%、50%、75%及100%时,坑外最大地表沉降分别为50.2mm、36.5mm、17.1mm及9.2mm,因此在止水帷幕设计时可不必完全将Ⅰ2承压层隔断,具体设计深度需根据基坑周边环境保护要求而定;对于降水井的位置,坑内降水时坑外最大地表沉降为8.35mm,坑外降水时最大地表沉降为28.9mm,相同条件下坑内降水抽水量要比坑外降水小,对坑外因降水引起的环境影响小,是大多数基坑降水的首选方案。(5)对常州地铁车站的五种典型类型基坑进行了止水帷幕的形式及其与承压含水层位置关系的优化设计研究,提出了每种类型基坑的止水帷幕设计建议及基坑降水的环境控制措施。
向伟[9](2019)在《宁波杭州湾新区地下水演化与数值模拟研究》文中提出杭州湾新区地处余慈滨海平原,由于区内自早更新世至全新世期间多次受到海侵海退的影响,造成了平原区内各类水体的水质以咸水为主而淡水体仅在第Ⅱ承压含水层有所分布的咸、淡水体共存的水环境特征,由此可见,区内淡水资源极度匮乏。而杭州湾新区为国家级经济技术开发区,随着区内社会经济快速发展,需水量与日俱增,于是对区内的淡水体进行大规模不合理的开采,以至于形成了区域降落漏斗,引发了地面沉降、淡水咸化等地质环境问题,这不仅严重威胁了区域淡水资源安全,也阻碍了当地经济社会的发展。因此,本文以宁波杭州湾新区为研究区,系统搜集了区内以往研究成果并补充了水文地球化学调查、野外抽水试验、潮汐效应监测等内容。基于研究区水文地质条件,在区内首次综合利用水化学原理及同位素示踪技术分析了杭州湾新区地下水循环模式与水化学特征的演变规律,推测了淡水体的形成原因并评价了其更新能力;利用研究区钻孔与水文地质剖面建立了地下水流、溶质运移及地面沉降等数值模型;结合地方政府对该区应急水源地的规划要求,根据区内人口规模和不同应急时长,本次研究制订了三个应急等级共九个应急开采方案,并利用数值模型对九个应急开采方案进行了水量、水质演化趋势及地下水开采所导致的地质环境负效应进行了预测评价。研究结果表明:(1)研究区地下水水化学类型受TDS影响,随着地下水中TDS含量的升高,本区地区地下水中的主要阴离子从HCO3-向Cl-演化,主要阳离子从Ca2+、Mg2+向Na+演化;同时结合水文地质条件、水化学演化特征和地下水2H,180,3H分布特征分析出各含水层水力联系不密切,潜水主要受大气降水与地表水补给,以蒸发排泄为主;承压水则未受到到现代水补给,以侧向径流为主;(2)根据3H及14C测年分析出研究区深层地下淡水不含现代氚且形成时期为13.0~17.9ka.B.P,而咸水形成时间在10.6~15.6ka.B.P之间(晚更新世末)。推测地下淡水系更新世被埋藏起来的陆相沉积水,在后期海侵(主要是冰后期海侵)时,由于上游直接入渗和下游切割入渗咸化,将“屏蔽”良好地段的原生沉积淡水包围“封存”起来的结果;因淡水无补给来源,即表明也无更新能力;(3)按照地下水规划要求,结合控制水位与开采时长,考虑区内人口需水量,提出不同应急等级情况下地下水开采方案。基于水文地质资料,利用GMS前处理建立了研究区三维地质结构模型,而后运用MODFLOW、MT3DMS、SUB模块分别对地下水流、溶质运移、地面沉降等数学模型进行参数赋值并求解,并预测了不同应急等级下各开采方案地下水水量、水质演化及开采后所导致的地下水降落漏斗、咸淡水界面演变、地面沉降。整体而言,随着着开采量和开采时长增大造成的影响也越大;其中等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ连续开采半年水位最大降深分别为38.5米、24米、18.5米,降落漏斗面积为53.755km2、33.026km2、25.273km2,咸水入侵宽度931米、585米、413米,地面沉降最大可达60~61mm、40~41mm、26~27mm,等级Ⅰ水位恢复时间超过三年,而等级Ⅱ、Ⅲ一年左右基本恢复了。
张明飞[10](2018)在《地下水位变动诱发地铁隧道变形机理及其与地铁隧道相互影响研究》文中进行了进一步梳理地下水抽取诱发的地下水位-沉降漏斗不仅威胁着经济社会的健康发展,也对地铁隧道等地下建(构)筑物产生重大影响。本文以典型地铁工程建设密集区域-长江三角洲南部地区为研究区,综合采用理论分析、数值模拟、模型试验和现场试验等手段,深入研究了地下水位变动诱发地铁隧道的变形机理及其与地铁隧道相互影响。主要结论如下:(1)在充分调研长江三角洲南部地区地下水抽取-地面沉降发生规律的基础上,采用正弦函数、等比函数和对数函数表示出五种典型长三角南部地区水位变动模式,并给出了正弦函数的周期ω与波幅?h、等比函数的公比q等关键拟合参数。(2)基于稳态贯入探头周围流体沿圆柱面径向渗流条件以及初始孔压负指数分布形式,提出了基于改进圆柱面径流模型。通过长江三角洲7个场地的实测数据,采用常规定性和定量分析方法以及提出的相对误差指数和误差累计曲线方法,对不同经典方法进行对比,结果表明,Elsworth和Chai方法大大低估了土体的渗透系数,本文方法是较为可靠的长三角沉积土渗透系数确定方法。考虑到经典理论分析方法曲线形态及不排水与部分排水边界线的选择均具有一定程度主观性,提出了圆弧、抛物线或椭圆三种渗透系数预测经验曲线,并通过变量个数和统计指标的对比,得到最佳经验预测曲线为椭圆线。(3)采用室内大型模型试验进行了水位持续上升或下降工况条件下的隧道变形受力分析,结果表明,相同条件下,漏斗中心的最大沉降量(Smax)/隆起量(Lmax)的值在25之间,与回弹模量(Er)/弹性模量(E)接近。采用考虑流固耦合的三维数值模拟手段,阐明了五种典型地下水位变动工况(工况1近似等幅波动、工况2持续波动下降、工况3小幅波动上升工况、工况4小幅波动下降和工况5持续波动上升)条件下的土体和隧道受力变形规律,结果表明:漏斗中心线上的土体变形,随着埋深的增加先增大后减小,在埋深15m20m时取得最大值,埋深25m的隧道变形比地面变形大9.4%左右。沿着纵向的隧道竖向变形、轴力和弯矩基本满足修正高斯曲线。沿着纵向的隧道水平变形呈三次曲线向两端先增大后减小,恰好在反弯点附近取得最大值。在五种工况中,持续波动下降的工况2对隧道的影响最大。(4)将工程性降水引起的附加应力分布形式简化为梯形,基于Mindlin解,结合两阶段分析法,提出了土体和隧道变形的解析解,结果表明:理论解析与数值模拟的得到的隧道变形相差10%左右。隧道纵向弯矩受接触系数和作用力宽度的影响较大,而受土体弹性模量、隧道埋深和作用力埋深的影响较小。隧道横向弯矩受作用力深度、接触系数和偏心率的影响较大,而受弹性模量和隧道埋深的影响较小。(5)假设地下阻隔物显着影响区的水头高度变化形态为直线或抛物线,推导了五种线性地下结构物对渗流场阻挡作用的理论解析公式,利用模型试验和数值模拟方法,对提出的五种地下结构物对渗流场阻挡作用解析公式进行对比,并分析了含水层类型、参数以及空间位置关系对阻挡作用的影响。结果表明:解析公式中,公式4和5具有更好的准确性和简洁性。含水层类型对阻挡作用影响有限,阻隔物位于潜水中产生的阻挡作用比承压水中小,并随着阻隔物插入深度的增加,差距逐渐增大。阻隔物的渗透系数kb及其下方土体的渗透系数kbs对阻挡作用影响较大,而土体渗透系数对它的影响较小。空间位置对它的影响也不大。
二、开采地下水地面沉降三维数值模拟分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、开采地下水地面沉降三维数值模拟分析(论文提纲范文)
(1)基于参数时变性的地面沉降演化及非工程控沉研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.1.1 研究背景 |
1.1.2 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内外地面沉降发生现状 |
1.2.2 国内外地面沉降机理研究现状 |
1.3 研究目标内容与技术路线 |
1.3.1 研究目标 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 技术路线 |
1.4 本文创新点 |
第二章 多孔介质压缩固结基本理论 |
2.1 地下水渗流基本理论 |
2.1.1 非稳定渗流微分方程 |
2.1.2 非稳定渗流定解条件 |
2.2 多孔介质流固耦合基本理论 |
2.2.1 多孔介质固结控制方程 |
2.2.2 多孔介质模型定解条件 |
2.3 物性参数动态变化机理 |
2.3.1 孔隙率 |
2.3.2 渗透系数 |
2.3.3 土体非线性变形 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于参数时变性的沉降数值模拟 |
3.1 数值计算模型 |
3.1.1 几何模型的建立 |
3.1.2 计算方案及过程 |
3.2 沉降对参数动态变化的时空响应 |
3.2.1 基于定参数下的沉降动态分析 |
3.2.2 物性参数的时变效应 |
3.2.3 基于变参数下的沉降动态分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 地面沉降对地下水时空响应 |
4.1 研究区背景 |
4.1.1 研究区范围及自然地理 |
4.1.2 区域地质概况 |
4.1.3 水文地质条件 |
4.1.4 工程地质条件 |
4.2 地面沉降时空演化特征 |
4.2.1 地面沉降空间分布特征 |
4.2.2 地面沉降动态演化特征 |
4.3 地下水渗流动态分布规律研究 |
4.3.1 水文地质概念模型 |
4.3.2 地下水流场动态演化趋势预测 |
4.4 地面沉降三维流固耦合数值模拟 |
4.4.1 三维流固耦合模型 |
4.4.2 模型有效性及准确性验证 |
4.4.3 现状开采工况下地面沉降发展趋势预测 |
4.5 本章小结 |
第五章 地面沉降非工程控沉研究及建议 |
5.1 基于控沉措施的地面沉降发展趋势预测 |
5.1.1 模拟方案 |
5.1.2 规划停采地下水 |
5.1.3 减小地下水开采量 |
5.2 区域性控沉措施分析研究 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 研究不足及展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间参与科研项目 |
硕士期间发表论文及专利 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(2)地下水开采引发地面沉降对鲁南高铁沿线的影响性分析及防治(论文提纲范文)
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地面沉降的原因及机理研究方向 |
1.2.2 地面沉降数值模型研究方向 |
1.2.3 重大线性工程地面沉降研究方向 |
1.2.4 目前研究中存在的问题 |
1.3 研究内容 |
1.3.1 研究区地面沉降的时空演化特性 |
1.3.2 高铁沿线地面沉降的预测及不均匀沉降的特征分析 |
1.3.3 鲁南高铁地面沉降的防治对策 |
1.3.4 研究方法及技术路线 |
1.4 论文创新点 |
第二章 抽水引发地面沉降的相关理论方法 |
2.1 地下水渗流的基本理论 |
2.1.1 达西定律 |
2.1.2 渗流的连续性方程 |
2.1.3 渗流的基本微分方程 |
2.1.4 基本微分方程的定解条件 |
2.1.5 抽水降深的影响半径计算方法 |
2.2 地面沉降的基本理论 |
2.2.1 太沙基(Terazghi)固结理论 |
2.2.2 比奥(Biot)固结理论 |
2.2.3 渗流场和应力场的耦合理论 |
2.3 曲率分析方法 |
2.4 本章小结 |
第三章 鲁南高铁沿线深层地下水的分析研究 |
3.1 研究区自然地理概况 |
3.1.1 地理位置 |
3.1.2 气象与水文 |
3.1.3 地形地貌 |
3.2 研究区水文地质条件 |
3.2.1 含水岩层(组)分布特征 |
3.2.2 地下水补给径流排泄条件 |
3.2.3 地下水水位动态 |
3.3 抽水降深影响范围分析 |
3.3.1 浅层水井抽水影响半径计算 |
3.3.2 深层水井抽水影响半径计算 |
3.3.3 抽水降深对地面沉降的影响性分析 |
3.4 地下水数值模型 |
3.4.1 模拟范围 |
3.4.2 数值模型地层概化 |
3.4.3 确定边界条件 |
3.4.4 模型网格剖分 |
3.4.5 模型条件 |
3.4.6 模型校核验证 |
3.5 地下水流场动态分布规律 |
3.6 本章小结 |
第四章 鲁南高铁沿线地面沉降的影响性分析及预测 |
4.1 研究区工程地质条件 |
4.1.1 地层岩性 |
4.1.2 地质构造 |
4.1.3 地壳稳定性 |
4.2 三维流固耦合数值模型 |
4.2.1 模型的建立 |
4.2.2 初始条件和边界条件 |
4.2.3 模拟有效性及准确性验证 |
4.2.4 地面沉降计算结果分析 |
4.3 研究区沉降预测分析 |
4.3.1 现状开采条件下沉降的发展趋势预测 |
4.3.2 减采10%条件下沉降的发展趋势预测 |
4.3.3 减采30%条件下沉降的发展趋势预测 |
4.4 不同工况下的不均匀沉降分析 |
4.4.1 现状开采条件下地面沉降曲率分析 |
4.4.2 减采10%条件下地面沉降曲率分析 |
4.4.3 减采30%条件下地面沉降曲率分析 |
4.4.4 综合分析 |
4.5 相关防治措施 |
4.5.1 合理开采地下水 |
4.5.2 禁采、限采范围建议 |
4.5.3 不均匀沉降路基注浆加固处理 |
4.5.4 强化监测预警 |
4.6 本章小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间发表的学术论文 |
硕士期间参与的科研项目 |
硕士期间所获奖励 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(3)菏泽市地面沉降因子识别体系与预测评估模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 时空监测技术在地面沉降中的研究现状 |
1.2.2 地面沉降评估模型的研究现状 |
1.2.3 目前存在问题 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究主要内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.4 主要创新点 |
第二章 研究区概况 |
2.1 自然地理概况 |
2.1.1 地理位置 |
2.1.2 地形地貌 |
2.1.3 气象条件 |
2.1.4 河流水系 |
2.2 区域基础地质 |
2.2.1 区域地层 |
2.2.2 地质构造 |
2.3 水文地质条件 |
2.3.1 地下水赋存条件与分布规律 |
2.3.2 地下水含水岩组分布 |
2.3.3 地下水补给、径流与排泄 |
2.4 地面沉降历史与现状 |
2.4.1 沉降历史 |
2.4.2 沉降现状 |
第三章 地面沉降诱发因子 |
3.1 因子的选择及来源 |
3.1.1 因子介绍 |
3.1.2 遥感卫星数据的收集 |
3.2 静态影响因子的选择与处理 |
3.2.1 高程、坡度 |
3.2.2 曲率 |
3.2.3 到河流的距离 |
3.2.4 地形湿度指数 |
3.2.5 地层岩性 |
3.2.6 距断层的距离 |
3.2.7 土地利用类型 |
3.2.8 可压缩层厚度 |
3.2.9 煤矿开采位置 |
3.3 动态影响因子的选择与处理 |
3.3.1 降雨量 |
3.3.2 地表水体 |
3.3.3 地下水水位 |
3.4 本章小结 |
第四章 地面沉降多因子识别及评估模型 |
4.1 原始学习样本数据 |
4.1.1 基础地理信息监测数据 |
4.1.2 数据处理方法 |
4.1.3 形变统计结果 |
4.2 机器学习算法原理 |
4.2.1 方法介绍 |
4.2.2 实施步骤 |
4.3 模型的实现及参数设定 |
4.3.1 数据的预处理 |
4.3.2 超参数的设置 |
4.3.3 精度的评判 |
4.3.4 特征变量重要性评估 |
4.4 实例应用分析 |
4.4.1 模型的建立 |
4.4.2 模型检验分析 |
4.4.3 结果分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 地面沉降动态模型预测 |
5.1 降雨动态预测模型 |
5.1.1 模型结构理论 |
5.1.2 基本方程及参数 |
5.1.3 具体操作方法 |
5.1.4 预测分析 |
5.2 地下水动态数值模型 |
5.2.1 水文地质概念模型 |
5.2.2 地下水流数学模型 |
5.2.3 地下水流数值模型的建立 |
5.2.4 模型参数的识别 |
5.2.5 模型校准与验证 |
5.2.6 地下水位动态预测 |
5.3 地面沉降的预测 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 不足与展望 |
参考文献 |
在读期间参与的科研项目 |
在读期间发表的论文 |
在读期间申请的专利 |
在读期间获得的奖励 |
致谢 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(4)津潍铁路某区段地面沉降预测模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地面沉降成因与机理 |
1.2.2 地面沉降监测技术与方法 |
1.2.3 地面沉降模型 |
1.2.4 地面沉降防控措施 |
1.2.5 地面沉降模型在高铁线路工程方面的应用 |
1.3 研究内容与目标 |
1.4 技术路线 |
第2章 研究区概况 |
2.1 研究区自然地理概况 |
2.1.1 地理位置 |
2.1.2 地形地貌 |
2.1.3 气象 |
2.1.4 水文 |
2.2 区域地质背景 |
2.2.1 区域地层 |
2.2.2 区域构造 |
2.3 研究区水文地质条件 |
2.3.1 水文地质分区 |
2.3.2 地下水赋存特征 |
2.3.3 地下水水位动态 |
2.3.4 地下水补径排条件 |
2.4 地下水降落漏斗现状及成因 |
2.4.1 潜水微承压含水层地下水降落漏斗现状 |
2.4.2 承压含水层地下水降落漏斗现状 |
第3章 地面沉降发育历史及成因机理分析 |
3.1 地面沉降发育概况 |
3.1.1 东营市地面沉降概况 |
3.1.2 潍坊市地面沉降概况 |
3.2 地面沉降现状 |
3.3 区域地面沉降成因与机理分析 |
3.3.1 区域地面沉降成因 |
3.3.2 地面沉降机理分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 地面沉降流固耦合数值模型建立 |
4.1 理论基础 |
4.1.1 地下水渗流运动微分方程 |
4.1.2 Terzaghi 一维固结原理 |
4.1.3 三维地下水流与一维土体变形模型耦合 |
4.2 三维地质结构模型 |
4.3 水文地质概念模型 |
4.3.1 模型范围 |
4.3.2 含水层及弱透水层的概化 |
4.3.3 边界条件 |
4.3.4 源汇项 |
4.4 地下水渗流模型 |
4.4.1 地下水流数学模型 |
4.4.2 模型时空离散 |
4.4.3 模型初始条件 |
4.4.4 水文地质参数 |
4.4.5 模型的识别验证 |
4.5 地面沉降模型 |
4.5.1 地面沉降数学模型 |
4.5.2 沉降模型参数确定 |
4.5.3 沉降模型的识别验证 |
4.6 本章小结 |
第5章 铁路沿线地面沉降预测 |
5.1 现状开采方案下地面沉降预测 |
5.2 基于考核目标下的地面沉降预测 |
5.2.1 拟建线路两侧200m范围内禁采 |
5.2.2 扩大禁采范围方案下的地面沉降量预测 |
5.3 各方案下铁路沿线坡度分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 铁路沿线地面沉降危险性评价 |
6.1 评价方法与技术路线 |
6.1.1 评价方法 |
6.1.2 技术路线 |
6.2 危险性评价 |
6.2.1 确定评价因子与权重 |
6.2.2 各评价因子分区 |
6.2.3 地面沉降危险性评价分区 |
6.2.4 结果分析 |
6.3 本章小节 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间参与的科研项目 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(5)线性工程沿线地下水超采引发不均匀地面沉降分析(论文提纲范文)
0 引言 |
1 理论与方法 |
1.1 地面沉降流固耦合数学模型 |
1.1.1 运动方程: |
1.1.2 平衡方程 |
1.1.3 本构方程 |
1.1.4 边界条件方程 |
1.2 曲率分析 |
2 应用算例 |
2.1 研究区概况 |
2.2 三维流固耦合模型 |
2.2.1 模型的建立 |
2.2.2 初始条件和边界条件 |
2.2.3 模型有效性及准确性验证 |
2.3 不均匀地面沉降分析预测 |
2.3.1 地下水现状开采 |
2.3.2 地下水减采10% |
2.3.3 综合分析 |
3 结论 |
(6)地下水开采导致地面沉降全过程宏细观演化机理及趋势预测研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地下水开采导致地面沉降发生现状 |
1.2.2 地下水开采导致地面沉降机理研究现状 |
1.2.3 地下水开采导致地面沉降计算预测方法研究现状 |
1.2.4 地下水开采导致地面沉降物理模型试验研究现状 |
1.3 目前存在的不足及主要问题 |
1.4 主要研究内容及方法 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 研究方法与技术路线 |
第二章 地下水开采导致地面沉降全过程机理及相关理论分析 |
2.1 前言 |
2.2 地下水开采条件下渗流及水压分布规律 |
2.2.1 基本物理概念 |
2.2.2 地下水渗流基本控制理论 |
2.2.3 地下水开采条件下水压分布及影响规律 |
2.3 地下水开采条件下地面沉降机理及传递规律 |
2.3.1 地下水开采条件下土层间耦合效应机理分析 |
2.3.2 地面沉降传递机理及规律研究 |
2.3.3 工程算例分析 |
2.4 地下水开采导致地面沉降过程相似理论分析 |
2.4.1 地下水渗流相似理论分析 |
2.4.2 土体固结沉降相似理论分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 地下水开采导致地面沉降物理模型试验 |
3.1 前言 |
3.2 试验目的及原理 |
3.2.1 试验目的 |
3.2.2 试验原理 |
3.3 试验装置及系统 |
3.3.1 试验装置及系统研发 |
3.3.2 试验系统操作步骤 |
3.3.3 试验系统有益效果 |
3.4 研究内容及试验方案 |
3.4.1 研究内容 |
3.4.2 试验方案 |
3.5 试验结果分析 |
3.5.1 土体分层变形特征及沉降规律分析 |
3.5.2 采水层孔隙水压力变化规律分析 |
3.5.3 采水层渗透性与开采强度关系分析 |
3.5.4 粘土层孔隙水压力变化规律分析 |
3.5.5 空气负压分布及演化规律分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 地下水开采导致地面沉降土体微细观结构演化试验 |
4.1 前言 |
4.2 含水层砂土细观结构演化试验 |
4.2.1 试验装置及分析方法 |
4.2.2 试验原理及方案 |
4.2.3 砂土宏观变形沉降分析 |
4.2.4 砂土细观结构演化特征及规律分析 |
4.2.5 砂土表面沉降宏细观对比分析 |
4.3 粘土体微观结构演化试验 |
4.3.1 试验步骤与方案 |
4.3.2 常规固结变形特性分析 |
4.3.3 粘土体微观结构特性分析 |
4.3.4 粘土体微观结构参数演化规律分析 |
4.3.5 宏细观参数相关性分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 地下水开采导致地面沉降宏细观数值模拟分析 |
5.1 前言 |
5.2 地下水开采导致地面沉降宏观数值模拟分析 |
5.2.1 多孔介质流-固耦合理论与方法 |
5.2.2 模型建立与计算模拟方案 |
5.2.3 地面沉降时空演化规律数值模拟分析 |
5.2.4 附加应力演化分析 |
5.2.5 土体参数敏感性分析 |
5.3 地下水开采导致地面沉降细观数值模拟分析 |
5.3.1 流-固耦合颗粒离散元理论与方法 |
5.3.2 模型建立与计算模拟方案 |
5.3.3 土体颗粒细观运移规律分析 |
5.3.4 土体颗粒接触力链演变规律分析 |
5.3.5 含水层流场细观变化规律分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 区域性地面沉降特征及演化趋势预测 |
6.1 前言 |
6.2 研究区概况 |
6.3 地下水动态分布特征 |
6.4 地面沉降历史与现状 |
6.5 地面沉降三维流固耦合模型建立 |
6.5.1 地面沉降模型建立 |
6.5.2 模型有效性及准确性验证 |
6.5.3 地面沉降发展过程分析 |
6.6 地面沉降防控与演化趋势预测分析 |
6.6.1 现状开采条件下地面沉降趋势预测 |
6.6.2 减小开采量对地面沉降影响趋势预测 |
6.7 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
博士期间取得的科研成果 |
发表的学术论文 |
申请的发明专利 |
博士期间参与的科研项目 |
博士期间获得荣誉及奖励 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)华北平原地表形变演化特征与影响因素分析研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 地表形变演化特征与成因机理 |
1.2.1 地表形变演化特征 |
1.2.2 地表形变成因机理 |
1.3 地表形变监测研究 |
1.4 地表形变灾害风险评价 |
1.5 研究问题与研究内容 |
第二章 华北平原地表形变背景 |
2.1 自然地理概况 |
2.2 地质构造条件 |
2.2.1 地层条件 |
2.2.2 区域构造运动演化背景 |
2.2.3 深部地质构造 |
2.2.4 构造单元划分与活动断裂 |
2.3 新构造运动特征 |
2.3.1 区域新构造活动特征 |
2.3.2 现今区域构造应力场 |
2.3.3 现今地震活动性 |
2.4 水文地质条件 |
2.4.1 地下水系统划分 |
2.4.2 水文地质特征 |
2.5 地表形变场特征 |
2.5.1 地壳运动形变 |
2.5.2 地下水开采引发的地表形变 |
2.6 本章小结 |
第三章 基于多源信息数据库的形变演化特征分析 |
3.1 地表形变影响指标体系 |
3.1.1 指标体系筛选与框架 |
3.1.2 地表形变评价指标筛选 |
3.2 地表形变影响指标的量化 |
3.2.1 构造本底条件 |
3.2.2 岩土地质条件 |
3.2.3 人类主要活动 |
3.3 华北平原地表形变数据库的建立 |
3.3.1 数据库的内容 |
3.3.2 数据库的形式 |
3.4 华北平原区地表形变场时空演化 |
3.4.1 背景构造形变演化 |
3.4.2 近期地表形变场演化特征 |
3.4.3 基于PS-In SAR的典型区形变反演 |
3.5 本章小结 |
第四章 多元因素耦合作用下地表形变数值模拟 |
4.1 地表形变数值模拟理论基础 |
4.1.1 构造-渗流耦合理论基础 |
4.1.2 地表形变影响因素与模拟情景 |
4.2 小区域、单断裂区域数值模拟与影响因素 |
4.2.1 地表形变演化过程数值模拟 |
4.2.2 不同构造运动类型与状态对形变差异影响 |
4.2.3 地下水开采条件对地表形变差异影响 |
4.2.4 综合作用对地表形变的影响 |
4.3 大区域、多断裂区域地表形变数值模拟演化分析 |
4.3.1 大区域、多断裂区域地表形变数值模型 |
4.3.2 模型模拟结果与分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 地表形变影响因素敏感程度差异分析与应用 |
5.1 地表形变指标响应敏感程度分析 |
5.1.1 敏感程度评价方法 |
5.1.2 地表形变对影响指标响应程度分析 |
5.2 多元因素影响作用综合评价 |
5.2.1 评价方法概述 |
5.2.2 影响地表形变的主要作用 |
5.2.3 地表形变差异性分布特征评价 |
5.3 基于影响作用评价结果的监测站点稳定性分析 |
5.3.1 地表形变对监测站点影响概述 |
5.3.2 地表形变监测站点稳定性评价 |
5.4 本章小结 |
第六章 华北平原地表形变灾害风险评价 |
6.1 评价研究理论与方法 |
6.1.1 灾害风险理论 |
6.1.2 研究方法 |
6.2 华北平原地表形变风险评价 |
6.2.1 地表形变风险评价指标体系 |
6.2.2 华北平原地表形变危险性评价 |
6.2.3 华北平原地表形变易损性评价 |
6.2.4 地表形变灾害风险性评价与应用 |
6.3 华北平原地表形变灾害的风险管控措施 |
6.3.1 区域形变监测站点网络优化 |
6.3.2 区域形变灾害风险防控建议 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论和展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 创新点 |
7.3 问题与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
攻读博士期间发表的文章 |
攻读博士期间参与的科研项目 |
(8)常州地铁深基坑承压水减压降水对周围环境影响及控制措施研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地下水渗流与土体相互作用研究 |
1.2.2 基坑降水对周围环境影响分析及控制技术研究现状 |
1.2.3 基坑减压降水优化研究现状 |
1.3 研究内容及意义 |
第二章 常州地区基坑降水对环境影响的抽水试验分析 |
2.1 常州地区水文地质概况 |
2.1.1 区域水文概况 |
2.1.2 水文地质条件 |
2.1.3 第四系地质分层 |
2.1.4 常州地铁车站水文参数统计 |
2.2 典型敞开式抽水试验 |
2.2.1 工程概况 |
2.2.2 抽水试验概述 |
2.2.3 单井抽水试验 |
2.2.4 群井抽水试验 |
2.3 典型悬挂式帷幕抽水试验 |
2.3.1 工程概况 |
2.3.2 抽水试验概述 |
2.3.3 群井抽水试验 |
2.4 本章小结 |
第三章 常州地区基坑降水引起的地面沉降计算方法研究 |
3.1 基坑降水引起的地面沉降计算方法 |
3.1.1 分层总和法 |
3.1.2 有限单元法 |
3.1.3 工程实例计算 |
3.2 考虑应力历史影响的常州地区抽水沉降计算方法 |
3.2.1 常州地区典型土层应力历史 |
3.2.2 考虑应力历史影响的沉降计算方法 |
3.2.3 工程实例计算 |
3.3 本章小结 |
第四章 常州地铁典型车站基坑降水对环境影响预测分析 |
4.1 常州地铁车站水文地质结构分类及特征 |
4.2 数值模型校验与分析过程 |
4.2.1 三维数值模型建模 |
4.2.2 三维数值模型校核 |
4.2.3 基坑降水三维数值模拟计算 |
4.3 常州地铁典型车站基坑降水的环境影响预测分析 |
4.3.1 工程概况 |
4.3.2 数值分析模型 |
4.3.3 数值计算结果分析 |
4.4 不同类型基坑降水的环境影响预测分析 |
4.4.1 不同含水层联通情况分析 |
4.4.2 不同类型基坑降水数值计算结果分析 |
4.5 不同基坑降水设计的环境影响预测分析 |
4.5.1 止水帷幕深度 |
4.5.2 降水井位置 |
4.6 本章小结 |
第五章 常州地铁车站基坑降水对环境影响的控制措施研究 |
5.1 第一类基坑降水环境影响控制措施 |
5.2 第二类基坑降水环境影响控制措施 |
5.2.1 地下二层车站 |
5.2.2 地下三层车站 |
5.3 第三类基坑降水环境影响控制措施 |
5.3.1 地下二层车站 |
5.3.2 地下三层车站 |
5.4 第四/五类基坑降水环境影响控制措施 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要研究结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
(9)宁波杭州湾新区地下水演化与数值模拟研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及目的 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 国内外地下水水循环研究现状 |
1.2.2 滨海地区地下水潮汐效应研究现状 |
1.2.3 研究区研究程度及存在的问题 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 主要研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
2 研究区概况 |
2.1 自然地理概况 |
2.1.1 地理位置 |
2.1.2 地形地貌 |
2.1.3 气象与水文条件 |
2.2 地质概况 |
2.2.1 地层 |
2.2.2 地质构造 |
2.3 水文地质概况 |
2.3.1 地下水赋存条件及含水层组划分 |
2.3.2 地下水补径排条件 |
2.4 地下水开发引起环境负效应 |
2.4.1 地下水开发利用历史 |
2.4.2 地下水开发利用现状 |
2.4.3 地下水超采引起的地质环境问题 |
3 杭州湾新区淡水体成因与可更新能力分析 |
3.1 研究区第四纪地质环境演化 |
3.2 水样的采集与测试 |
3.2.1 采样方案 |
3.2.2 采集与测试方法 |
3.3 杭州湾新区水体水化学特征 |
3.3.1 地表水水化学特征 |
3.3.2 潜水水化学特征 |
3.3.3 第Ⅰ承压水水化学特征 |
3.3.4 第Ⅱ承压水水化学特征 |
3.4 杭州湾新区水体氢氧稳定同位素特征 |
3.4.1 大气降水氢氧稳定同位素特征 |
3.4.2 地表水、地下水氢氧稳定同位素特征 |
3.5 杭州湾新区水体氚同位素特征 |
3.5.1 地表水氚同位素特征 |
3.5.2 潜水氚同位素特征 |
3.5.3 第Ⅰ承压水氚同位素特征 |
3.5.4 第Ⅱ承压水氚同位素特征 |
3.6 杭州湾新区各含水层间水力联系 |
3.7 地下水同位素年龄 |
3.7.1 地下水3H年龄 |
3.7.2 地下水14C年龄 |
3.8 淡水体成因 |
3.9 淡水体可更新能力 |
3.10 本章小结 |
4 杭州湾新区地下淡水体数值模拟研究 |
4.1 水文地质概念模型 |
4.1.1 模拟区范围 |
4.1.2 含水层水力特征概化 |
4.1.3 模拟区边界条件概化 |
4.1.4 源汇项概化 |
4.2 基于潮汐效应的临海等效边界确定 |
4.2.1 潮汐效应 |
4.2.2 地下水位及潮汐动态观测 |
4.2.3 海底含水层等效边界的确立方法 |
4.2.4 计算参数的确定 |
4.3 数学模型的建立与求解 |
4.4 建立三维地质模型与网格剖分 |
4.5 水文地质参数的确定 |
4.6 地下水识别与验证 |
4.7 杭州湾新区淡水体开采演化趋势预测 |
4.7.1 应急水源地地下水开采原则 |
4.7.2 淡水体应急开采方案的确定 |
4.7.3 应急开采条件下淡水体地下水位变化趋势预测 |
4.7.4 淡水体地下水位恢复能力评价 |
4.8 杭州湾新区淡水体开采地质环境影响预测评价 |
4.8.1 淡水体咸-淡水界面演化趋势预测 |
4.8.2 区域水位降落漏斗风险预测分析 |
4.8.3 地面沉降风险预测分析 |
4.9 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 不足与展望 |
参考文献 |
附录 |
A 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录 |
B 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录 |
C 学位论文数据集 |
致谢 |
(10)地下水位变动诱发地铁隧道变形机理及其与地铁隧道相互影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地下水降落诱发地面沉降机理及其分析方法研究 |
1.2.2 地下水与地下结构物相互作用研究 |
1.2.3 基于原位测试技术的水文地质参数确定方法研究 |
1.3 存在问题分析 |
1.4 论文研究内容及研究成果 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 主要研究成果 |
第二章 长三角南部地区地下水-地面沉降发生发展规律研究 |
2.1 地下水抽取-地面沉降发生发展规律分析 |
2.1.1 上海地区地下水开采及地面沉发生发展历程 |
2.1.2 苏锡常地区地下水及地面沉降发生发展历程 |
2.2 地下水位变动模式分析 |
2.2.1 地下水位变动模式的提出 |
2.2.2 地下水位变动公式 |
2.2.3 含水层变形模式 |
2.3 本章小结 |
第三章 基于CPTU的长三角典型沉积土渗透系数确定方法研究 |
3.1 基于孔穴扩张理论的渗透系数确定方法 |
3.1.1 基于孔穴扩张理论的超孔压计算方法 |
3.1.2 已有理论分析方法 |
3.1.3 基于改进圆柱面径向渗流模型的渗透系数确定方法 |
3.1.4 简化经验公式法 |
3.2 试验概况 |
3.2.1 试验场地 |
3.2.2 CPTU试验设备 |
3.2.3 室内试验及抽水试验 |
3.3 试验结果分析 |
3.3.1 分析方法 |
3.3.2 分析结果 |
3.4 本章小结 |
第四章 地下水位变动对线性地铁隧道的影响规律分析研究 |
4.1 地下水位变动对线性地铁隧道影响的模型试验研究 |
4.1.1 相似原理 |
4.1.2 模型材料 |
4.1.3 模型试验方案及过程 |
4.1.4 模型试验结果分析 |
4.2 水位变动对线性地铁隧道影响的数值分析研究 |
4.2.1 FLAC3D软件简介 |
4.2.2 工程概况 |
4.2.3 计算模型 |
4.2.4 计算结果分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 工程性降水诱发地铁隧道受力变形的理论解析方法研究 |
5.1 工程性降水特点及实例分析 |
5.1.1 工程性降水特点 |
5.1.2 实例分析 |
5.2 工程性降水诱发隧道变形的理论分析方法 |
5.2.1 工程性降水诱发附加应力的简化分析方法 |
5.2.2 土层沉降解析解 |
5.2.3 梯形作用力下的弹性地基梁解析解 |
5.3 工程性降水诱发隧道受力变形分析 |
5.3.1 模型建立 |
5.3.2 工程性降水诱发隧道纵向受力变形分析 |
5.3.3 工程性降水诱发隧道横向受力变形分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 地铁隧道结构对地下水渗流场的阻挡作用分析研究 |
6.1 地下结构物对地下水阻挡作用的危害性分析 |
6.1.1 地下结构物对环境的影响 |
6.1.2 地下结构物对南京秦淮河古河道地下水流场的影响 |
6.2 线性地下结构物对地下水阻挡作用的理论解析方法 |
6.2.1 Pujades阻挡作用分析方法 |
6.2.2 考虑水头分布形态的阻挡作用理论解析方法 |
6.3 模型试验 |
6.3.1 试验装置及过程 |
6.3.2 试验方案 |
6.4 数值分析 |
6.4.1 数值分析模型 |
6.4.2 数值分析方法的验证 |
6.5 结果分析 |
6.5.1 模型试验结果分析 |
6.5.2 数值分析结果分析 |
6.5.3 影响因素分析 |
6.6 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 本文创新点 |
7.3 展望 |
附录A 长三角南部地区典型场地的CPTU测试结果 |
附录B 梯形作用力下的土体沉降和应力解析解 |
致谢 |
参考文献 |
作者攻读博士期间发表论文 |
四、开采地下水地面沉降三维数值模拟分析(论文参考文献)
- [1]基于参数时变性的地面沉降演化及非工程控沉研究[D]. 张少鹏. 山东大学, 2021(12)
- [2]地下水开采引发地面沉降对鲁南高铁沿线的影响性分析及防治[D]. 边超. 山东大学, 2021(11)
- [3]菏泽市地面沉降因子识别体系与预测评估模型研究[D]. 杨霄. 山东大学, 2021(12)
- [4]津潍铁路某区段地面沉降预测模拟研究[D]. 张晓伟. 山东大学, 2021(12)
- [5]线性工程沿线地下水超采引发不均匀地面沉降分析[J]. 贾超,边超,丁朋朋,杨霄. 中国农村水利水电, 2021(05)
- [6]地下水开采导致地面沉降全过程宏细观演化机理及趋势预测研究[D]. 狄胜同. 山东大学, 2020(01)
- [7]华北平原地表形变演化特征与影响因素分析研究[D]. 李海君. 中国地震局工程力学研究所, 2020(02)
- [8]常州地铁深基坑承压水减压降水对周围环境影响及控制措施研究[D]. 赵宇豪. 东南大学, 2020(01)
- [9]宁波杭州湾新区地下水演化与数值模拟研究[D]. 向伟. 重庆大学, 2019(12)
- [10]地下水位变动诱发地铁隧道变形机理及其与地铁隧道相互影响研究[D]. 张明飞. 东南大学, 2018(05)