应用灰色关联分析法识别导致地面沉降的抽水层位

沿海大中城市普遍出现了严重的地面沉降问题,而过量开采地下水是造成地面沉降的主要原因,沿海地区的地下水一般赋存于由多个含水层和弱透水层相间构成的含水层系统中,各层地下水均有不同程度的开采,识别地面沉降究竟是由于抽取何层地下水所引起的。是防治地面沉降实践中迫切需要解决的技术问题之一,以天津市西青区的地面沉降为例。采用灰色系统中的关联度分析方法对地面沉降量分别与各含水层开采量、水位降深的关系进行了研究,并用相关分析法进行了检验．研究表明,地面沉降与第Ⅱ含水组地下水的开采关联度最小,而与第Ⅲ及以下各含水组地下水的开采关联度最大,停止或减少开采第Ⅲ及以下含水组地下水能够更有效地控制地面沉降。     

深层地下水^18O与D组成特征与水流场

为了分析不同含水层系统中水流场分布,利用淮北任楼井田及所在的临涣矿区地表水体、地面长期观测孔、井下出水点从上而下分别采集了地表、第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩裂隙含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层30个水样,测试了δD,δ18O与咸化指标总溶解固体TDS.结果表明:临涣矿区四含和太灰地下水表现18O漂移,煤系地下水表现D漂移,奥灰地下水漂移特征不明显;临涣矿区四含与太灰地下水δ18O与TDS呈负相关关系,煤系地下水δD与TDS呈正相关关系.任楼井田煤炭的开采对四含与煤系水的影响较大,四含水由井田西北与东南方向向采区径流,煤系水由井田四周向采区径流;煤炭开采对太灰水影响不大,太灰水在井田范围内由东向西径流.     

江苏沿江开发带地下水开采与 地面沉降三维数值模拟

根据江苏沿江开发带地下水系统的水文地质机制以及地面沉降机理,在概化出江苏沿江开发带的地下水 系统水文地质概念模型和地面沉降模型的基础上,建立了江苏沿江开发带地下水开采与地面沉降三维数值模 型。并针对各种开采方案下地面累积沉降量最少的原则,给出了各含水层的最优开采方案。     

基于混沌优化BP神经网络的地面沉降模型

为了合理指导地下水资源开采,有效控制区域性地面沉降,结合混沌优化算法和BP算法设计了一种混沌BP混合算法,并基于混沌优化BP神经网络建立了地面沉降模型．该模型克服了传统BP神经网络模型存在的收敛速度慢、收敛精度低、易陷入局部极小点等缺点,具有较高的拟合精度．为探求各含水组的地下水位值对地面沉降的影响,以华北某沿海城市连续14a的各含水组的年均地下水位值作为输入变量,以4个水准监测点年地面沉降值作为输出变量,训练混沌优化BP神经网络模型,应用训练好的模型对地下水位影响强度进行了分析．结果表明：地面沉降与地下水位存在较一致的响应趋势,各含水组对地面沉降的影响强度依含水组Ⅳ,Ⅲ,Ⅴ,Ⅱ的顺序逐渐减弱．     

天然-采动状态下顶板含水层疏降水量预测与评价

以鄂尔多斯市台格庙矿区为例,研究多层含水系统水文地质参数和边界条件特征,运用Visual Modflow软件建立研究区三维地下水数值模型,采用钻孔抽水实验资料及矿区初始流场分布数据完成了模型识别和校正。针对以往疏降水量预测未考虑采动后水文地质条件变化的问题,基于导水裂隙带发育高度与顶板隔水层的侵入关系确定了疏降含水层层位和区域,对矿区7个井田2、3煤层顶板含水层在天然状态和采动状态下的疏降水量进行了预测,结果表明:采动状态下顶板含水层疏降水量明显增大,开采前需要对顶板含水层水位进行疏降,且水位疏降会对当地居民饮用水含水层造成一定的影响。     

郑州经济技术开发区地下水开采利用探讨

通过对郑州经济技术开发区各含水层的水文地质条件的分析,初步确定了郑州经济技术开发区的地下水的可开采资源量,并与近期需水量进行比较,提出了郑州经济技术开发区地下水开采利用意见及措施.     

利用电法对湖塘桥I含水层分布的研究

利用电法对湖塘区第Ｉ承压含水层分布情况进行了分析研究。研究结果表明在该区西部存在因Ⅱ含水井过量开采，引起地面沉降等问题。建议在这些地段减少深水井的开采量，适当增加潜水井的开采。     

地下水开采诱发地面沉降研究及其工程应用:以山东德州地区为例

地下水开采诱发的不良环境及地质问题日益凸显,其中地面沉降致灾问题已广受关注。华北平原山东区是若干地面沉降显著区之一,地下水开采是其主要诱发因素。针对地面沉降问题,以华北平原德州区为典型工程背景,采用水文地质工程地质与岩土力学相结合的方法,通过现场及室内试验,在获得研究区岩土力学参数的基础上,建立流固耦合数值模型,对研究区地面沉降的历史进行重演,对地面沉降的发展趋势进行预测。在获得研究区流场及地面沉降基本规律的基础上,提出减少地下水开采量,定期回灌地下水,调整开采井开采层位及开采井平面布局等工程措施进行地面沉降控制,并采用建立的数值模型从定量分析角度评价这些措施的效果。     

地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应

针对地下构筑物改变了地下水渗流条件这一问题,建立三维有限元模型.该模型是地下水渗流与地面沉降计算的一体化模型,采用该模型分析地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应.该方法在地下水渗流计算中考虑三维地下水渗流,在土体固结计算中采用基于Terzaghi固结理论的一维固结方法.结果表明,地下构筑物对地下水及地面沉降的影响程度与构筑物在含水层中的埋置深度及挡水宽度有关.地下构筑物的埋置深度越深,抽水侧水位降深及沉降量越大.构筑物对水流的阻挡宽度越大,对地表沉降的影响越大.     

深基坑降水与地面沉降控制研究

目的探讨复杂巨厚松散沉积层以控制地面沉降为目标的最优化深基坑降水设计理论.方法以上海地铁四号线董家渡段隧道修复基坑降水为例,根据基坑降水过程中有效应力和孔隙水压力的转化关系,建立了深基坑降水三维渗流与地面沉降的耦合模型,并采用有限差分数值模拟方法,模拟了在多层含水层复合存在、含水层最深底板埋深达145 m、基坑周围挡水连续墙埋深达65 m,基坑中心下伏第Ⅰ承压含水层上部降压段水位降至埋深40 m时的地下水复杂流动状态及其地面沉降特征.结果得出了抽水井埋深达59 m、抽水井过滤器埋深为44至59 m,30口抽水井联合抽水的坑内优化降水方案.结论深基坑降水三维渗流与地面沉降耦合数值模拟用于复杂巨厚松散沉积层深基坑降水优化设计具有较高的可信度,此类地区采用坑内降水可有效控制基坑周围地面沉降的发生.     

考虑气相堵塞的土样渗透试验分析

地面沉降是一种严重的地质灾害现象,对区域经济和社会生产都会造成严重影响。目前很多地区采取了回灌地下水等措施,以达到抑制区域地面沉降的目的。但是,由于回灌水水质与原有地下水存在差异,回灌水的含气量往往比原有地下水高许多,不可避免的会在土体孔隙中发生更明显的气相堵塞现象,从而削弱回灌效果。结合了常州代表性土样,通过曝气装置,采用含氧量作为分析指标,进行了渗透系数试验研究,分析气相堵塞现象对不同土体渗透系数的影响规律。研究表明气相堵塞随土粒粒径减小更加显著,细粒土样渗透系数均呈一阶负指数衰减规律变化,经历一定时间其渗透将趋于稳定。研究结果对于选择回灌水参数、深化理解地面沉降机理具有明显的现实性意义。     

地裂缝分类及地面沉降区构造地裂缝防治对策

地裂缝类型多样,灾害严重。根据主导因素及动力类型,将地裂缝分为构造地裂缝和非构造地裂缝两大类和16个类别; 基于地裂缝的工程地质特征、水文地质特征和活动特征,认为地面沉降区构造地裂缝发生超常活动的本质原因是地裂缝错断了含水层,在过量抽取地下水时地裂缝两侧形成明显的水头差,产生不均匀压缩,从而导致地表发生较大的差异沉降; 提出了采用定向钻井打通被错断含水层以实现地裂缝两侧水位自然平衡的地面沉降区构造地裂缝防控方法——通水调压控裂法(CABHP),该方法可以有效控制地面沉降区的构造地裂缝活动,避免大量土地资源浪费和灾害损失。     

地面沉降模型的参数全局敏感性

为了提高地面沉降模型（COMPAC模型）参数自动校正（或反演）的效率,降低不确定性,使用Sobol'全局敏感性分析方法,以静态和动态的方式分别计算上海市地面沉降模型中5个参数（弱透水层渗透系数、塑性贮水率、弹性贮水率、前期最低水位和含水层贮水率）的一阶、交互和总敏感度,讨论不同变形阶段和参数区间对敏感度计算结果的影响,得出以下结论.1）含水层贮水率的敏感度较小,说明该参数对模拟结果的影响有限,该模型不能准确地反演该参数.2）各参数敏感度在不同变形阶段存在明显的差异,在弹性变形阶段,土层变形量主要受弱透水层弹性贮水率的影响;塑性变形阶段变形量主要受弱透水层塑性贮水率、渗透系数和前期最低水位的影响,说明模型可在弹性变形和塑性变形2个阶段分别校正参数.3）模型参数的交互敏感度较大,但通过分析观测数据,确定参数的合理区间,可以减小交互敏感度,即减小了“异参同效”性,降低了参数校正或反演的不确定性.     

北京地区多层含水层中施工降水诱发地面沉降的实时预测

施工降水诱发地面沉降是当前主要岩土工程风险之一,对于以多层含水层为典型水文地质特征的北京地区,这类问题尤为突出.为准确而便捷地进行该类问题预测,首先基于渗流理论和有效应力原理,分析了多层含水层区降水过程中不同层位的压缩量变化规律及主要影响因素,并建立了相应的渗流-压缩耦合数学模型;根据地下水赋存与运动原理,结合北京地区水文地质特征,提出了采用主控含水层来确定耦合模型下边界的新方法,实现了渗流和地层压缩2个物理力学过程在特定地质条件下的耦合,在保证模型科学性和工程精度的同时,降低了实际分析工作的难度,提高了分析模型的实用性;在弱透水层释水率这一重要模型参数取值方面,根据地下水动力学和相关实测资料,研究了既有计算公式存在的误差及其主要原因,并结合北京地方经验,提出了相应的修正方法,进一步提高了模型分析精度.最后,以北京地区某实际工程为例,进行了多层含水层中降水诱发地面沉降的精细模拟,并对数值结果合理性进行了分析.     

水位下降诱发含水层–弱透水层1维黏弹性固结分析

弱透水层黏性土与含水层砂土的蠕变性是造成地面沉降长期发展的重要原因之一。基于广义开尔文黏弹性模型,结合一维固结理论和连续性条件,得到了水位变化下弱透水层-含水层长期变形控制方程和定解条件。利用Laplace变换,基于矩阵传递法和边界转换法,分别推导了双层土体各位置的水头时间关系式,给出了水位变化引起的土体孔压、沉降和固结度发展的计算公式。采用了Stehfest方法实现数值逆变换,编写计算程序,验证了两种求解方法的正确性,并进一步分析了矩阵传递法和边界转换法在计算精度和效率方面的差别。最后,通过数值算例,探讨了土体的黏滞性、渗透性、土层性质的差异以及水头下降速率对水位变化引起土层变形的影响。     

Land subsidence induced by groundwater extraction and building damage level assessment - a case study of Datun, China

As in many parts of the world, long-term excessive extraction of groundwater has caused significant land-surface subsidence in the residential areas of Datun coal mining district in East China. The recorded maximum level of subsidence in the area since 1976 to 2006 is 863 mm, and the area with an accumulative subsidence more than 200 mm has reached 33.1 km2 by the end of 2006. Over ten cases of building crack due to ground subsidence have already been observed. Spatial variation in ground subsidence often leads to a corresponding pattern of ground deformation. Buildings and underground infrastructures have been under a higher risk of damage in locations with greater differential ground deformation. Governmental guideline in China classifies building damages into four different levels, based on the observable measures such as the width of wall crack, the degree of door and window deformation, the degree of wall inclination and the degree of structural destruction. Building damage level (BDL) is estimated by means of ground deformation analysis in terms of variations in slope gradient and curvature. Ground deformation analysis in terms of variations in slope gradient has shown that the areas of BDL Ⅲ and BDL Ⅱ sites account for about 0.013 km2 and 0.284km2 respectively in 2006, and the predicted areas of BDL (define this first) Ⅲ and Ⅱ sites will be about 0.029 km2 and 0.423 km2respectively by 2010. The situation is getting worse as subsidence continues. That calls for effective strategies for subsidence mitigation and damage reduction, in terms of sustainable groundwater extraction, enhanced monitoring and the establishment of early warning systems.     

Geological Environment Problems Caused by Controlling Groundwater Exploitation in Jiangyin City

Geological environment effects caused by the control of groundwater exploitation in Jiangyin city are discussed thoroughly, including the dynamic variation of groundwater levels and quality and the development of land subsidence and ground fissures. According to the dynamic characteristics of groundwater levels, some advice about groundwater exploitation is offered. Our research will provide a basis for using groundwater resources and the prevention of geological disasters in Jiangyin city and the Suzhou-Wuxi-Changzhou area. The following results are deduced from our research. First, groundwater levels vary with the exploitation of groundwater in Jiangyin city and are affected by hydrogeological conditions. The groundwater levels remained rather stable before and after the implementation of control of groundwater exploitation in the northwest of Jiangyin city along the Yangtze River. A suitable level of exploitation should be allowed. In the southeast, the speed of recovery of the groundwater level has been rather rapid after the control of exploitation. We conclude that groundwater might be exploited locally after the groundwater level has recovered. In the southwest, the speed of recovery of the groundwater level is rather slow and exploitation of groundwater should be prohibited. Second, groundwater quality is stable in Jiangyin city and the contents of the main chemical indices of groundwater varied only slightly before and after the control of exploitation. Third, after controlling the exploitation, the speed of land subsidence has clearly slowed down and the development of ground fissures has been controlled effectively.