沧州地面沉降区粘土压缩变形和渗透特征研究

通过沧州地面沉降重点区水文地质工程地质综合试验孔土样试验结果,以点带面地分析了土样各物理指标之间的相关性,土体的颗粒结构,土体随深度和压力变化的压缩变形规律性,以及不同深度粘性土体的渗透特征。分析显示土样的各物理指标之间存在很强的相关性,土体的压缩性随压力和深度的变化有很强的规律性。含水层和粘性土的渗透系数差了6个数量级,间接表明地面沉降具有很强的滞后作用。分析结果将对深入研究沧州地区地面沉降的成因规律及客观地评价地面沉降发展趋势提供数据参考和科学依据,进而为研究有效遏制地面沉降发展趋势的防治措施提供技术支撑。     

宁明膨胀土渗透特性试验研究

为研究宁明膨胀土渗透特性并得到渗流分析所需参数,在了解土性和土体结构特征的基础上,对广西宁明两种膨胀土的原状样和重塑样分别进行了饱和渗透试验、压力板试验和收缩试验,根据试验结果用间接方法得到非饱和膨胀土渗透系数及其随含水量变化规律。结果表明:矿物成分、土体结构对膨胀土的渗透性有一定影响,膨胀性粘土矿物含量越多,渗透系数越低、透水性越差。原状土被扰动重塑后微结构破坏,渗透性大大降低。宁明非饱和膨胀土渗透系数随着含水量减少(基质吸力增大)而急剧减小,渗透系数与含水量之间可以用指数函数拟合。     

影响盾构隧道地表沉降的多因素分析

软土中盾构施工安全一直是工程界关注的重点问题,其研究涉及水-土-结构相互作用以及由于加固引起的土体属性变化等诸多方面。基于渗流-应力耦合理论,在ABAQUS平台上通过二次开发实现盾构开挖过程中土体渗透特性的演化和注浆材料弹性模量及渗透系数的时变性,研究不同埋深、不同地下水位、不同土体特性对盾构隧道地表沉降的影响。研究结果表明:在软土地区,盾构开挖过程中注浆材料弹性模量和渗透系数的时变性对地表沉降影响较大,而土体渗透系数随应变的演化对地表沉降影响不大;隧道埋深、地下水及土体特性均影响开挖对地表的扰动,且土体弹性模量相对影响最大。     

德州市地面沉降对建筑物的影响及对策

通过对多年来德州市地下水位和地面沉降量的关系分析,得出了地下水的超采是造成地面沉降的主要原因;地面沉降造成的建筑物裂缝,分为斜裂缝、竖向裂缝和水平裂缝,严重的将对建筑物的安全构成一定程度的威胁.要降低沉降危害,应以预防为主,进行地下水开采时应制定回灌方案,将抽汲的地下水及时回灌到地下,并采取必要的结构措施对策.     

考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%～95.0%、92.0%～96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。     

考虑轴平移技术系统误差的边坡稳定性分析

为分析非饱和土边坡的稳定性,研究了渗透系数与基质吸力的关系,考虑了饱和度对渗透系数的影响,建立了非饱和土不同强度下的土-水特征曲线(soil water characteristic curve,SWCC).利用Abaqus有限元模拟软件分别模拟了轴平移技术实测的SWCC和应用修正计算方法修正的SWCC,分析了坡内孔隙水压力变化、坡体变形和坡内塑性区出现的区域.研究表明,直接应用轴平移技术测试的SWCC进行边坡稳定性分析时,得到的坡内土体变形、等效塑性区较实际情况偏小,土的真实强度将被放大,存在安全隐患;应用SWCC修正计算方法,更接近边坡内土体的实际情况,并能降低工程隐患.     

基于熵权模糊模型在人工回灌水源优化决策中的应用

为防止和控制地面沉降,增加地下水资源量,拟以典型试验场地为例开展地下水人工回灌试验。为保障区内地下水环境质量安全,节省回灌成本,本次采用基于熵权的模糊综合评价法对区内不同回灌水源进行优选。评价结果表明,备选水源B为最优回灌水源,回灌成本最低为2.269元/m3。该评价结论可为研究区全面开展地下水人工回灌工程提供一定的技术支持。     

土的粒度成分对土体可注性的影响分析

土体中粒度成分对土体的渗透性有着直接影响。在标准砂中加入不同比例的原状土来模拟不同黏粒含量的土体,通过变水头渗透实验测出了试验土样的渗透系数;利用SPSS软件回归出了土的黏粒含量与渗透系数的函数关系,进而简化了土体渗透注浆中浆液扩散半径的确定方法。对Maag公式进行了推演,为渗透注浆中选定注浆材料、确定浆液配比、注浆压力和注浆时间提供了理论依据。     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

基于流固耦合模型的隧道施工数值分析

地铁隧道施工将不可避免地扰动岩土体,破坏原有地下水渗流场与应力场的平衡状态,从而引起地表沉降和变形,影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用,这些问题都涉及地下水的问题.从地下水与岩土体耦合共同作用角度来分析和研究隧道施工引起的地面沉降问题,运用FLAC3D有限差分程序进行数值模拟,并把数值模拟的结果与工程实测曲线进行比较.     

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.     

土体压缩-回弹变形特性试验研究

针对地面沉降中土体变形问题,开展了不同土体(砂土、粉土和黏土)在不同状态下的压缩-回弹试验,结合相关土体变形机理的研究,对不同土体的压缩-回弹特性进行了研究。主要结论如下:砂土的压缩变形最为显著,其次为粉土,最后为黏土。砂土的变形呈现出初期变形小,后期变形大的特点。粉土和黏土则相反,两者的变形主要发生在前期。三种土体的变形均主要为不可逆变形,其中黏土的变形存在着明显的滞后性。砂土的变形主要来源为砂土结构的重塑,黏土则来自于结构的重塑和水分的重分布,粉土则与黏土相似。     

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。     

常州区域地面沉降变化规律研究

地面沉降作为地质灾害的一种,由于自身特点和发生区域水文地质的特异性,造成不同地区的差异性。文章对常州区域地面沉降进行研究,在水文地质和沉降史的分析基础上,通过一些监测数据,分析了该区域的土层压缩情况,并采用origin软件对清凉小学基岩标监测数据进行曲线拟合处理。分析得出,常州区域地面沉降整体得到有效控制,沉降趋于稳定,且中心城区有回弹的迹象,但周边乡镇-戚墅堰、马杭等有沉降加剧的趋势,建议对于地下水开采及地面沉降防治统筹规划,打破区域界限,进行联防。     

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。     

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。     

抽水和建筑荷载双重作用下的地面沉降模型

依据含水层质量守恒原理,推导了非固结地层在建筑荷载作用下的地面沉降机理模型,并将其与Jacob 假定下抽水引起的地面沉降弹性模型相比较,结果发现两种模型的机理表达式完全一致,仅区别于水动力原因 或实质的不同。在同一坐标系中,根据线性叠加原理,抽水沉降漏斗和荷载沉降漏斗可能都落在地下水位降落 漏斗内。假定两者为相互独立事件,给出了抽水和建筑荷载双重作用下的地面沉降模型,表明其如果以水位降 深为制约因子,则可以对水动力实质完全不同的两种沉降过程进行线性叠加计算。     

洮儿河冲洪积扇地下水库天然调控能力评价

洮儿河冲洪积扇为一相对独立的大型储水构造,含水层为砂砾石,厚度10-43m,储、导水能力强;表土层较薄,极易接受大气降水人渗补给和河流渗漏补给,具有较强的调蓄能力,可视为大型天然地下水库。在水文地质条件概化的基础上,建立了研究区地下水流二维平面非稳定流数学模型．在模型识别和验证的基础上,应用该模型模拟了地下水库以现状开采强度持续开采地下水资源的条件下,从现状年到2020年研究区内地下水位的动态变化过程,进而确定了地下水库多年平均意义上的最大天然调控能力为4．30×10^8m^3／a,并且指出地下水库的天然调控能力并不是一个单一确定数值,具有随着区域水资源开发利用条件的不同而变化的特点。     

浅层地下水中石油烃污染研究的物理模型

石油烃污染地下水已经是一个普遍的环境水文地质问题．运用砂卵石、中粗砂、细砂、粉砂与粘土等在实验室内，按照自然界沉积物层序制作了一个含水层物理模型，具有给水、排水、监测、抽提、淋滤与注入等功能，开展石油烃污染地下水的研究．模型给水与排水实验分别表明：含水层动态存储水量约1．3m^3；含水层平均孔隙度为0．1463和0．1459，其中主要含水层中粗砂层，厚度约40cm，给水度为0．20-0．22．实验初期含水介质的盐分溶滤对模型水化学成分具有显著影响，含水层中硫酸盐、硝酸盐浓度及电导率呈增高趋势，而溶解氧呈下降趋势．在向含水层注入汽油后，连续监测表明含水层中石油烃溶解组分苯、甲苯、二甲苯和乙苯总浓度呈下降趋势，同时溶解氧低值检出，硝酸盐浓度逐步降低，而硫酸盐上升到一定浓度后基本稳定．模型含水层处于兼氧状态，这为继续研究内在生物反硝化降解石油烃的机理和增强生物降解作用的技术提供了重要的研究场地．