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。     

地下水流三维数值模拟中弱透水层初始水位的推求方法分析

弱透水层初始水位对地下水流三维数值模拟模型的计算结果有较大的影响,并且这种影响在模型运行的初始阶段表现最为明显。取上下相邻含水层水位平均值或以稳定流模拟结果作为弱透水层初始水位的方法可以在一定程度上减小赋值误差。     

水位下降诱发含水层–弱透水层1维黏弹性固结分析

过量开采地下水引起的地面沉降是一种严重的环境地质灾害,其具有土层变形长期发展的特点,弱透水层黏性土与含水层砂土的流变性是导致这一现象的重要原因之一。为此,采用广义开尔文模型描述弱透水层和含水层的流变性,结合太沙基1维固结理论和连续性条件,建立了水位变化诱发弱透水层–含水层双层系统流变固结的控制方程和定解条件。利用Laplace变换,给出基于传统矩阵传递法和边界转换法,分别推导了该双层系统在Laplace域内孔压和沉降的计算公式;采用Stehfest逆变换方法进行数值模拟并编写计算程序,得到真实物理空间解。通过与已有单层解析解、双层模型试验值和数值模拟结果的对比,验证了本文解法和程序的正确性。对比研究表明,相比于传统矩阵传递法,边界转换法可以将混合边界条件转换成单一边界条件,具有更高的计算精度和计算效率。最后,基于边界转换法,利用总沉降定义的固结度,研究了土体黏滞性系数、渗透系数以及水位下降速率等因素对土层长期变形的影响。结果表明:渗透系数和水位下降速率的影响主要体现在前中期,渗透性越小,水位下降速率越慢,固结发展得越慢;黏滞性系数的影响则主要体现在土层变形的后期,黏滞性越强,同等水位变化条件下变形完成所需时间越长。     

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。     

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.     

抽降水引发的弱透水层非线性固结解析解

抽降水会引发含水层下卧的弱透水层的固结沉降,同时土体非线性特性对固结变形的影响也很明显。但由抽降水引发的能反映土体非线性固结特性的弱透水层非线性固结解析解还鲜有报道。本文引入经典非线性关系,在假定弱透水层初始有效应力为恒值的条件下,采用分离变量法推导了压缩指数Cc与渗透指数Ck比值不等于1时潜水层大面积抽水引发的弱透水层一维非线性固结近似解析解。Cc/Ck→1时本文解可退化为相同条件下已有的Cc/Ck=1时一维非线性固结解。最后,以水位单级等速下降为例,利用本文解计算不同影响因素下弱透水层的固结曲线,分析其一维非线性固结性状。结果表明：Ck值不变时,Cc值越大(Cc/Ck越大),固结速率越缓慢,但相同时间因子下土层沉降量及最终沉降量均越大;Cc值不变时,Ck值越小(Cc/Ck越大),固结速率越慢,相同时间因子下土层沉降量越小,但其并不影响最终沉降量。水位下降速率越快,弱透水层固结速率越快,但最终沉降量相同。水位下降终值hc越大,沉降速率越快,此时Cc/Ck对固结速率的影响越明显。砂土层自然重度γ越大,相同时间因子下土层沉降量越大,同时超静孔压消散速率越缓慢,但不影响土层内的最终超静孔压。     

越流系统中弱透水层的一维固结解及分析

针对越流系统中弱透水层的固结问题,推导了任意基准面下以水头表示的一维固结控制方程,建立了越流系统中弱透水层的一维固结模型,给出了压缩量和平均固结度的解析解,分析了越流引发弱透水层固结变形的本质,并给出了计算实例和平均固结度的查询表格.研究结果表明：渗透力引起有效应力的增加是土层发生变形的根本原因;弱透水层在1 m越流水头差作用下,能够产生相当于弱透水层顶面施加5 kPa均布荷载所引起的总压缩量;越流系统中弱透水层的一维固结与经典的太沙基一维固结理论相比,达到了相同的固结度,但前者所需时间仅为后者的1/4.     

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.     

单孔稳定抽水试验水位恢复资料确定含水层参数

将抽水试验水位恢复过程看成是抽水和等量注水两个相反过程的叠加，并根据势函数叠加原理，从理论上导出了利用单孔稳定抽水试验水位恢复资料求解含水层参数的新公式，包括导水系数（Ｔ）、渗透系数（Ｋ）、贮水系数（Ｓ）及重力给水系数（ｕ）等。同时还导出了相对于某一稳定降深下影响半径的计算公式。该方法充分利用了单孔抽水试验的恢复资料。通过对几个实例进行验算，并与经验法计算结果作了比较，效果很好。     

基于随机场-贝叶斯的滑面抗剪强度参数反演

为了合理地表征滑面的抗剪强度参数,针对参数的空间变异性与不确定性问题,以三峡库区白水河滑坡为例,基于随机场、自适应条件抽样与可靠度贝叶斯更新方法,建立滑面抗剪强度参数的反演框架. 采用新的全局敏感性方法PAWN,研究不同位置条块滑面抗剪强度参数对稳定性的贡献度. 基于滑面抗剪强度参数随机场模型的反演结果,开展库水位下降工况下非侵入式随机有限元滑坡渗流变形的模拟,分析更新前、后滑面抗剪强度参数的变化特征及空间变异性对滑坡变形的影响. 结果表明：敏感度大的区域分布在滑坡前缘和后缘道路附近;反演后平稳随机场变为非平稳状态,滑坡前、后缘的位移变异性分别增大和减小.     

One-dimensional consolidation of visco-elastic aquitard due to withdrawal of deep-groundwater

One-dimensional consolidation of visco-elastic aquitard due to withdrawal of deep-groundwater was studied. Merchant model was used to simulate visco-elastic characteristic of aquitard. General solutions of the governing equation were obtained by applying Laplace transform with respect to time, and then the pore-pressure, strain and deformation of the aquitard could be calculated by Laplace inversion. A case was analyzed to validate the correctness of the present method. Finally, some consolidation properties of the problem were analyzed. Comparison of the average degree of consolidation defined by pore pressure with that defined by settlement shows that they are different and the maximum difference is 22.8%. The influences of parameters of Merchant model and the rate of the water level on the consolidation are great. The smaller the viscosity coefficient is, the later the rate of consolidation decreases. The rate of consolidation is decreased with the decrease of the rate of the water level fall. Therefore, the lagged effect of land subsidence should be considered in the actual project.     

GPS城市沉降监测网数据处理方法研究

GPS技术在大地测量、维护大地坐标系和进行全球板块运动或区域地壳形变监测中已得到非常广泛的应用,但在城市地面沉降监测方面,仍存在基准选取、系统参数对高程形变影响等问题。比较了平差过程中的不同基准模型,分析了各自的适用性,讨论了系统参数对平差结果的影响,得出附加系统参数和附有约束条件的网平差计算模型,最后对西安地区布设的GPS地面沉降和地裂缝监测网进行计算,比较了不同的平差方案,得出系统参数和不同基准模型对地面沉降数据处理的影响和适用性。     

综采放顶煤地表移动规律特殊性

调查分析了兖州矿区鲍店矿综采放顶煤工作面和普通综采工作面地表移动观测站实测资料．研究结果表明：综放开采时地表移动更加剧烈,地表危险移动范围增大,超前影响范围超过常规分层开采约４０％,下沉活跃期占总移动时间的７１．４％,活跃期下沉量约占总下沉量的９５％．研究还表明,采厚是控制超前影响角和最大下沉速度滞后角的重要因素之一,地表充分采动区存在的残余变形现象更加明显     

Extracting mining subsidence land from remote sensing images based on domain knowledge

Extracting mining subsidence land from RS images is one of important research contents for environment monitoring in mining area. The accuracy of traditional extracting models based on spectral features is low. In order to extract subsidence land from RS images with high accuracy, some domain knowledge should be imported and new models should be proposed. This paper, in terms of the disadvantage of traditional extracting models, imports domain knowledge from practice and experience, converts semantic knowledge into digital information, and proposes a new model for the specific task. By selecting Luan mining area as study area, this new model is tested based on GIS and related knowledge. The result shows that the proposed method is more pre- cise than traditional methods and can satisfy the demands of land subsidence monitoring in mining area.     

采动区地基、独立基础与框架结构共同作用的力学模型

根据采动区地表变形的规律和独立基础框架结构受力和变形特点，采用合理的地基模型、基础与上部结构共同作用模型和开采沉陷模型，综合应用结构力学、矿山开采沉陷学、土力学、材料力学等相关理论，建立了采动区地基-独立基础-框架结构共同作用的理论计算模型，该计算模型综合考虑了开采盆地形成过程中地表变形对建筑物的动态影响，从理论上揭示了建筑物位于下沉盆地不同位置时，地表变形与建筑物附加变形和附加内力的关系，并推导出计算采动区建筑物附加变形和附加内力的计算公式，通过计算实例进行了验证，为采动区上方框架结构建筑物的保护、加固和设计提供了理论计算依据．     

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。     

北京大兴国际机场及周边交通干道形变时序InSAR监测

北京大兴国际机场作为国际航空综合交通枢纽,开展其周边地面形变及主要交通干道的稳定性监测,对保障机场的正常运营至关重要。利用2019～2020年覆盖北京大兴国际机场的42景升轨和35景降轨Sentinel-1影像,采用StaMPS技术对机场周边地面沉降及主要交通干道稳定性进行了监测。结果表明:Sentinel-1升、降轨监测结果具有很好的一致性,90%以上的公共像元形变速率差值的绝对值小于8 mm·年^-1; 机场西部(西胡林村、十里铺村和辛安庄村附近)、机场北部(西里河村和祁各庄村附近)以及机场东北部(河北头村和西白塔村附近)地面沉降状况相对严重,局部地区年均形变速率超过-30 mm·年^-1; 形变时序结果显示在西胡林村、十里铺村和祁各庄村附近,地面累计形变分别达到了58、60和70 mm。通过提取北京大兴国际机场周围主要交通干道形变趋势分析可知,多条主要交通干道均存在不同程度的沉降趋势,存在潜在安全隐患,后续需要重点关注并持续监测。此外,对高架道路高度的反演结果显示,高架道路与周围部分地物在高度上形成鲜明对比,且与实际情况较为相符。     

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。