地面沉降论文.doc

地面沉降是孔隙水承担的孔隙水压力和土骨架承担的有效应力发生变化的结果。产生地面沉降的原因包含两个部分自然因素和人为因素。开采地下水是产生地面沉降的人为因素, 松散未固结土层的存在是地面沉降产生的自然因素。因为地面沉降机理的复杂性, 目前学术界尚未有一个完整的定论。但是鉴于地面沉降范围广, 含水层因开采地下水引起的压缩量相对于含水层厚度相比太小,可假定土颗粒间无胶结,即土颗粒间作用力忽略不计汇, ,运用一维太沙基固结理论中的有效应力原理近似地解释开采地下水所引起的地面沉降演变过程, 这是目前学术界普遍应用的一种理论。土体的有效应力原理根据有效应力原理,饱和土体中任何一点的法向总应力不随着时间变化。开采地下水之前, 含水层上覆荷载由含水层骨架及水体共同承担达到平衡, 随着地下水开采的增加, 孔隙水压力不断减小, 而上覆荷载总应力没有改变, 含水层中有效应力必然会增加, 即原先由孔隙水体承担的一部分荷载转而由土体骨架承担, 引起土体骨架所受附加应力增大导致颗粒间孔隙缩小, 含水层在宏观上表现为压缩土颗粒压缩忽略不计。当抽取承压含水层地下水引起水位下降时, 含水层的相邻弱透水层中孔隙水压力也随之减小, 弱透水层也因有效应力增大而压缩,所以地面沉降总量包括含水层压缩量与弱透水层压缩量之和, 。下面对含水层组开采地下水后的应力变化进行分析。含水层应力变化的基本规律假定含水层因开采地下水孔隙水压力下降了△H, 根据有效应力原理, 含水层有效应力就增加了△σ研究区域的土层概化在进行地面沉降计算之前, 需要对地下各土层运用水文地质中有关含水层分类的概念进行简化。含水层一般是指位于地下水面之下的透水层, 且经常为地下水所饱和的土层。土层按其透水性的强弱和受压情况可分为潜水含水层、弱透水层、承压含水层三种。潜水含水层: 直接与包气带相接具有自由表面的含水层。弱透水层: 在自然条件下几乎不能透水或只能透过数量很少水的土层称为弱透水层。在某些假定理想条件下也可称为隔水层, 但这种情形在自然界中是不存在的, 所以此类土层称为弱透水层较为合适。承压含水层: 含水层上面存在稳定弱透水层, 含水层中的水具有承压性。开采后承压水水头出露于其上的弱透水层标高之上。地面沉降的数学模型本文研究对象为大面积区域的地面沉降,暂不考虑开采地下水所引起的土体水平运动, 所以采用三维土体渗流基本微分方程与一维固结方程相结合的完全耦合模型模拟开采地下水引起的地面沉降运动基本上是可行的。(1 )土体渗流基本微分方程( ) ( ) ( ) x y z s h h h h k k k W S x x y y z z t ? ??????? ???? ??????式中:x,y,z ——为笛卡尔坐标系中的三个方向并与渗透系数主方向相一致, 单位(L) k x ky kz ——分别为与坐标轴方向一致的主渗透张量,单位( LT -1) H ——含水层某计算单元的总水头,单位( L) W ——为计算单元的源汇项。定义为单位体积含水层中, 单位时间内产生或消耗的水量, W 为正值时表示为源; W 为负值时表示为汇,单位( L -1) S s ——含水层的单位释水(储存)系数,单位( L -1) t ——时间计算长度