地面沉降论文

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1、地面沉降是孔隙水承担的孔隙水压力和土骨架承担的冇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白然因素和人为因素。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血沉降产牛•的自然因素。因为地血沉降机理的复杂性，目前学术界尚耒有一个完整的定论。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，可假定十•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

2、体的有效应力原理根据有效应力原理，饱和土体屮任何-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冇改变，含水层中冇效应力必然会增加，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I二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卜降时，含水层的相邻弱透水层屮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，所以地而沉降总

3、量包括含水层压缩量与弱透水层压缩量之和，。下而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木规律假定含水层因开采地下水孔隙水压力下降了AH,根据有效应力原理，含水层有效应力就增加了小研究区域的土层概化在进行地面沉降计算Z前，盂要对地下各土层运用水文地质中冇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Z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口由表而的含水层。弱透水层：在自然条件下几

4、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H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。地而沉降的数学模型木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2&理）+2%型）+

5、@&理）VS型dxdxdydydzdzdt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）kxkykz——分别为与坐标轴方向一致的主渗透张量，单位（LT"）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（I?）Ss—含水层的单位释水（储存）系数，单位（「）t—时间计算长度，单位（T）（2）土体一维固结方程一维固结方程基于Terzaghi—Jacob理论形式，在弹

6、性变形阶段一般假设含水层（弱透水层和含水层）固结的压缩变形与有效应力增量成正比：Sskeboyw△b—含水层的压缩量，正值代表压缩;负值代表膨胀，单位（L）AH—有效应力增量，正值代表增大，负值代表减小，单位（FL-2）介一水的容重（KN/L3）bo—含水层的初始厚度（L）Sske-含水层的弹性释水系数，单位（L"）应用冇效应力原理对于沉降变形的饱和含水层其总应力是常数，冇效应力增量，等于水的容重与水头降深的乘积Act=AH所以式nJ以表示为含水层固结变形的压缩量为含水层水头降深成止比：A/?=—MiSskeb

7、o适用于计算含水层纟R的一维垂向弹性变形。人量固结实验数据和观测数据表明，当含水层压缩变形所受到的有效应力大于前期固结应力，含水层变形为非弹性变形且是不可恢复的。在非弹性阶段，有效应力的增量幅度大于弹性阶段，当有效应力减小时，含水层变形又会出现弹性性质。如果冇效应力再次大于新的前期固结应力，含水层变形又再次表现为非弹性变形。因此，Helm（1975）在发展一维非弹性固结模型时认为含水层组变形量仍然与有效应力增量成正比关系，其方程式与一维弹性固结方程相类似：△宀也SMoyw其中AM—含水层在非弹性阶段屮的压缩量，

8、单位（L）Ssk_含水层非弹性释水系数，单位（L-1）运用有效应力原理相应地可以得到含水层的非弹性固结压缩量•含水层水头降深成正比：A/?'=—AHSskbo以上各式表达的是弹性和非弹性沉降，可统-为如下-•个表达式來表示：b（t）=（p（t）Ssbo其中b（t）一单位时间内，含水层的压缩量①（t）—单位时间内，含水层的有效应力增量与水的容重Z间的比值将地下水运动与土体变形方程的耦合