本文關(guān)鍵詞：抽水地面沉降數(shù)學(xué)模型的研究現(xiàn)狀與展望，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第13卷 第2期2002年6月中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報

TheChineseJournalofGeologicalHazardandControlVol.13 No.2Jun.2002

抽水地面沉降數(shù)學(xué)模型的研究現(xiàn)狀與展望

張 云,薛禹群

(南京大學(xué) 地球科學(xué)系,江蘇南京 210093)

摘要:在綜合已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分析了最近幾十年來用于模擬抽取地下水引起地面沉降的數(shù)學(xué)模型,按照水流模型和土體變形模型的結(jié)合方法將地面沉降模型歸納為三種類型,即由水流模型獲得各土層的水頭變化、再根據(jù)水頭變化計算土層變形的兩步模型;僅考慮垂直方向變形與孔隙水壓力變化的相互作用,而水平方向只考慮滲流、不考慮變形的部分耦合模型;考慮孔隙水壓力變化和土體變形的相互影響和作用的完全耦合模型。論述了每種類型模型的主要特點、代表性模型及其不足之處,并指出三維滲流和變形的耦合分析是地面沉降模型進(jìn)一步研究的方向,同時作為檢驗?zāi)Ｐ秃侠硇院瓦m用性的手段,還應(yīng)加強地面沉降的室內(nèi)模型試驗。關(guān)鍵詞:地面沉降;抽取地下水;土體變形;數(shù)學(xué)模型文章編號:1003-8035(2002)02-0001-06

中圖分類號:P642126

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 前言

人類利用地下水已有悠久的歷史,隨著抽水時間的延長、抽水量的增加,人們逐漸覺察到過量抽水引起地面沉降的一些跡象。但直到1924年,日本為研究1923年的關(guān)東地震后地殼變動而進(jìn)行的重復(fù)精密水準(zhǔn)測量才肯定了地面沉降與抽取地下水之間的關(guān)系

[1]

設(shè)的發(fā)展,地下水的需求量激增,伴隨著過量開采地下水引發(fā)地面沉降的地區(qū)日益增多,成為制約當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展的一個重要因素,因此建立合理的數(shù)學(xué)模型,對地下水開采可能引起地面沉降的大小和分布作出預(yù)測,為制定合理的地下水開采規(guī)劃提供可信的理論依據(jù)是非常有意義的,也是迫切需要解決的一個問題。

地面沉降是土層中孔隙水承擔(dān)的孔隙水壓力和土骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力發(fā)生變化的結(jié)果。處于平衡狀態(tài)的含水系統(tǒng),當(dāng)?shù)叵滤怀槌龊?孔隙水壓力減小,原先的土、水平衡狀態(tài)被破壞,有效應(yīng)力發(fā)生變化,土體產(chǎn)生變形。由于土體的非線-彈性及其多孔性,土體的力學(xué)性質(zhì)、貯水性和透水性都將隨之變化。地面沉降是土和水相互作用、內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化的外在表現(xiàn)。它與土的變形特性和水的滲流情況密切相關(guān)。因此地面沉降的數(shù)學(xué)模型應(yīng)包括水流模型和土體變形模型兩大部分。

。此后世界許多國家的城市都陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了

這一問題,如意大利威尼斯、美國加利佛尼亞圣華金(SanJoaquin)谷地、中國上海、泰國曼谷等。

最初,由于地下水的取用量較少,地面沉降的速率和數(shù)量都不大,對過量開采地下水引起地面沉降的認(rèn)識主要局限于現(xiàn)象的描述,而對沉降的形成機理、沉降量及其沉降發(fā)展過程預(yù)測的研究基本沒有開展。隨著城市化、工業(yè)化的發(fā)展,對地下水的需求量急劇增加,在1950~1970年,地面沉降的發(fā)展達(dá)到了頂峰,如圣華金谷地的沉降量達(dá)到9m,沉降的影響范圍達(dá)到9900km

2[2]

。地面沉降給人們

的生產(chǎn)和生活造成了極大的不便,引起了各國政府和學(xué)者的重視,一方面努力控制地下水的抽水量,一方面積極開展地面沉降的研究,分別于1969、1976、1984、1991、1995、2000年召開了6屆地面沉降國際討論會,進(jìn)行了專門的交流和探討。地面沉降模型是地面沉降研究的重要內(nèi)容,從在東京舉行的第一屆地面沉降國際會議開始,地面沉降模型的研究就從未間斷過。我國的上海、天津均進(jìn)行過有2 水流模型和土體變形模型

211 水流模型

水流模型要求有再現(xiàn)地下水系統(tǒng)的能力,能真實地刻畫實際地下水系統(tǒng)中發(fā)生的物理過程,如由抽、注水引起的系統(tǒng)內(nèi)水壓力的變化情況。地面沉

收稿日期:2001-09-03;修回日期:2001-10-11

作者簡介:張云,女,副教授,博士,主要從事土力學(xué)教學(xué)

和研究.

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