【摘要】：地面沉降是因地下水過度開采引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題之一,而地面沉降現(xiàn)象的發(fā)生不可避免地增大了承壓含水層頂?shù)装宄惺艿挠行?yīng)力,致使粘性土層壓密固結(jié)排水,釋出的部分弱結(jié)合水參與滲流并補給相鄰承壓含水層,成為開采條件下承壓含水層的補給來源,同時也伴隨著粘性土層滲透能力的變化,這些因素的變化直接影響到數(shù)值模擬模型模擬及預(yù)測結(jié)果的可靠度。因此,有必要通過定量分析刻畫固結(jié)排水引起的壓密釋水量和滲透系數(shù)的變化幅度,開展頂?shù)装骞探Y(jié)排水條件下的地下水?dāng)?shù)值模擬研究,以提高地面沉降地區(qū)地下水?dāng)?shù)值模擬模型的精度,保護地下水開采環(huán)境。為此,本文以安徽省阜陽市為例,重點研究了頂?shù)装骞探Y(jié)排水條件下的地下水?dāng)?shù)值模擬的相關(guān)內(nèi)容。本文首先在詳細分析研究區(qū)地質(zhì)水文地質(zhì)條件、地下水開采狀況及地面沉降發(fā)生演變的基礎(chǔ)上,闡述了地下水超采引起地面沉降的形成機理,明確了壓縮層位。分析結(jié)果表明研究區(qū)地面變形的主要層位在84.5~200m深度范圍內(nèi),地面沉降量表現(xiàn)出隨承壓含水層開采量增加而增大的現(xiàn)象。受含水層頂?shù)装迦跬杆畬油馏w固結(jié)沉降蠕變性的影響,第一承壓含水層地下水水位變化略滯后于地面沉降變化速率,并呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)關(guān)系。基于該分析結(jié)論,為進一步揭示飽和粘性土體壓縮體積與排水體積、土體固結(jié)排水體積膨脹系數(shù)與外力之間的關(guān)系,以及固結(jié)過程中土體滲透性的變化規(guī)律,開展了承壓含水層頂板原狀巖芯土樣,不同壓力條件下的多組固結(jié)排水試驗,試驗結(jié)果表明當(dāng)外力大于該土體內(nèi)弱結(jié)合水的抗剪強度時,部分弱結(jié)合水參與孔隙滲流并轉(zhuǎn)化為自由水排出,即產(chǎn)生體積膨脹效應(yīng),其膨脹系數(shù)與外力呈冪函數(shù)關(guān)系,土體滲透系數(shù)K隨外力的增大呈指數(shù)函數(shù)遞減,但土體滲透的穩(wěn)定性因弱結(jié)合水的排出在時間上存在滯后現(xiàn)象。借助Visual MODFLOW軟件,通過考慮土體在沉降過程中(空間和時間上)土體固結(jié)排水量、固結(jié)排水膨脹系數(shù)、滲透系數(shù)等參數(shù)的變化,建立了頂?shù)装骞探Y(jié)條件下地下水?dāng)?shù)值模型,結(jié)合土體變形方程,利用二者部分相耦合方程模擬研究區(qū)地下水流場、地面沉降在空間和時間上的變化過程。模擬期內(nèi)研究區(qū)土體固結(jié)排水量占承壓含水層總開采量的6.11%~8.85%;其次,因考慮了承壓含水層頂?shù)装逋馏w滲透系數(shù)的變化以及土體固結(jié)排水量對地下水流場的補給,使得觀測孔水位計算水值與實測值、土體累計地面沉降量計算值與實測值擬合精度較高。借助該數(shù)值模型,提出了基于地面沉降約束的地下水“水位—水量”雙控方案。當(dāng)承壓水開采量壓采25%后的水位上升較顯著,中心點累計沉降量基本穩(wěn)定在1846mm,且2020年以后沉降量基本趨于平穩(wěn),不再增加。
【圖文】：

圖 1.1 主要技術(shù)路線圖Fig 1.1 Main technical roadmap文創(chuàng)新點1）開展了承壓含水層頂板固結(jié)排水規(guī)律試驗研究。通過對阜陽地區(qū)

研究區(qū)地理位置圖
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P641.8;P642.26

【參考文獻】

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本文編號：2608684