【摘要】：地下水開采引發(fā)的地面沉降嚴(yán)重影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè),自上世紀(jì)50年代以來,地面沉降問題作為一種緩變地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象越來越受到全世界的廣泛關(guān)注。地面沉降會對高速鐵路、城市環(huán)境及生態(tài)、生命線工程、建筑物及基礎(chǔ)設(shè)施等產(chǎn)生重大的不良影響。截至2011年12月,中國有90余個城市出現(xiàn)地面沉降,長三角地區(qū)、華北平原和汾渭盆地已成重災(zāi)區(qū),沉降面積達(dá)9萬平方公里,并伴生了地裂縫災(zāi)害。在山東省范圍內(nèi),地面沉降主要發(fā)生在魯北、魯西等深層地下水開采量較大、地表建筑較為集中的德州、濱州、東營、濟(jì)寧、菏澤、濟(jì)南(部分)、淄博(部分)和濰坊(部分)等平原城市的中心城區(qū)和部分縣城城區(qū)。德州所在的魯北平原地面沉降存在發(fā)展空間大、發(fā)展趨勢強(qiáng)、地下流體采源深和影響因素復(fù)雜等特點(diǎn),對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利設(shè)施、城市建設(shè)、高速公路、京滬高速鐵路建設(shè)和運(yùn)行等造成了一定的影響,已成為影響魯北區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。德州深層地下水最大開采深度已達(dá)940m,是華北平原目前地下水開采最深的層位。德州市城區(qū)由于長期超量開采深層地下水,形成了區(qū)域性的深層地下水降落漏斗,地面沉降、(地下)咸水界面下侵、南移等地質(zhì)環(huán)境問題業(yè)已出現(xiàn)。現(xiàn)在隨著德城區(qū)深層地下水位降漏斗深度與廣度的不斷加大,與周邊的滄州漏斗、衡水漏斗、文安-大成漏斗、天津漏斗、臨邑漏斗聯(lián)為一片,形成區(qū)域性復(fù)合式深層地下水位降落漏斗分布區(qū),成為華北大漏斗的一部分。德州漏斗是華北平原最為典型的深層地下水降落漏斗之一。黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)、山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)部分地段、黃河沿線、小清河以及一些重要工礦區(qū)也位于華北平原(山東部分)地面沉降區(qū)(或易發(fā)區(qū))范圍內(nèi),也是地面沉降重點(diǎn)防控區(qū)；京滬高鐵、京滬高速公路、南水北調(diào)輸水工程縱貫魯北平原區(qū),高鐵、水利、市政等建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)嚴(yán)格控制地面沉降量。德州市區(qū)(德城區(qū)為主)是魯北平原地面沉降出現(xiàn)最早、影響最大、最為嚴(yán)重的地區(qū)。本課題研究的目標(biāo)是以德城區(qū)為背景,綜合水文地質(zhì)、工程地質(zhì)學(xué)、地下水動力學(xué)和巖土力學(xué)等學(xué)科,通過現(xiàn)場監(jiān)測、室內(nèi)試驗(yàn)、理論研究、數(shù)值分析等手段,研究該區(qū)域地下水流場時空動態(tài)分布規(guī)律、地下水開采引發(fā)的地面沉降成生發(fā)展演化的宏細(xì)觀機(jī)理及規(guī)律、基于層次分析法的可拓學(xué)易發(fā)性分區(qū)研究、三維流固全耦合本構(gòu)模型等關(guān)鍵科學(xué)問題,研究具有一定創(chuàng)新性。并通過比較調(diào)整開采量、開采層位、開采井布局等方案,為區(qū)域地面沉降的防治提供理論依據(jù),提出可以經(jīng)濟(jì)、合理、高效的控制地面沉降的工程、非工程措施。 本次研究重點(diǎn)開展了地面沉降調(diào)查、水文地質(zhì)鉆探、物探測井、抽水試驗(yàn)、巖土力學(xué)測試、地面沉降監(jiān)測(GPS測量、二等水準(zhǔn)測量)、地下水動態(tài)監(jiān)測、地面沉降預(yù)警預(yù)報模型建設(shè)和數(shù)值計(jì)算等工作,主要成果如下： (1)通過現(xiàn)場鉆探進(jìn)行深部地層勘查,準(zhǔn)確確定研究區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)分布,鉆孔全孔取芯,并對各地層取樣,對試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),測定各地層的物理力學(xué)參數(shù)和水文地質(zhì)參數(shù)；同時對關(guān)鍵壓縮層巖芯進(jìn)行電鏡掃描等測試,獲得該層位巖土體的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。 (2)通過現(xiàn)場抽水試驗(yàn)及原有資料分析,建立地下水三維非穩(wěn)定流數(shù)值模型,預(yù)測地下水流場的時空動態(tài)分布規(guī)律。 (3)利用地下水開采動態(tài)資料和地面沉降監(jiān)測資料,結(jié)合研究區(qū)域的水文地質(zhì)資料,以達(dá)西定律、Biot固結(jié)理論等為基礎(chǔ),運(yùn)用COMSOL Multiphysies軟件,建立滲流場和應(yīng)力場相互耦合的三維地面沉降的預(yù)警預(yù)報數(shù)值模型。 (4)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值分析的結(jié)果,初步確定德州地區(qū)地下水開采誘發(fā)地面沉降的規(guī)律。通過數(shù)值模擬試驗(yàn),比較調(diào)整開采量、開采層位、開采井布局和回灌地下水等方案對控制德州市地面沉降作用效果,為德州市地面沉降的防治提供理論依據(jù),并提出了可以經(jīng)濟(jì)、合理、高效的控制地面沉降的工程、非工程措施。 本次研究工作對德州市的地面沉降防治工程具有重要的理論和實(shí)際意義,不僅為區(qū)內(nèi)重大基礎(chǔ)工程的結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)固性提供技術(shù)依據(jù),對于維護(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全具有重要意義,對于德州市的城市規(guī)劃及建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義,對于山東省其他地區(qū)的地面沉降防治工作具有示范效應(yīng),完善和推動了地面沉降領(lǐng)域的理論發(fā)展和工程實(shí)踐應(yīng)用。研究成果可為地質(zhì)環(huán)境保護(hù)、促進(jìn)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)文明的良性發(fā)展提供依據(jù),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會又好又快地可持續(xù)發(fā)展。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P642.26

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2299803