循環(huán)荷載作用下含水層水動力過程的物理機制解釋是當前地震地下流體研究和巖土工程穩(wěn)定性研究的熱點問題之一,其核心問題在于含水層孔壓積累和消散的定量計算模型的完善和影響因素的分析。然而由于缺少場地條件下含水層內(nèi)部觀測數(shù)據(jù),含水層孔壓變化很難直接觀測。封閉良好的承壓水井能靈敏地反映含水層內(nèi)應力應變狀態(tài)的變化,因此利用承壓井水位波動反映含水層孔壓積累和消散過程具有理論價值和實際意義。這一研究工作既能一定程度上解釋地震波引起井水位變化的物理機制,又能為巖土工程穩(wěn)定性研究提供理論參考。本文以承壓井水位對地震波響應現(xiàn)象為研究背景,系統(tǒng)分析了承壓井水位對循環(huán)荷載響應的水動力過程,結(jié)合Biot固結(jié)理論、流體力學理論和滲流動力學理論,建立了反映承壓含水層井水位對循環(huán)荷載響應的含水介質(zhì)應力應變-滲流-井流耦合的水動力過程理論模型。該模型體現(xiàn)了含水介質(zhì)動應力與地下水滲流動力過程的耦合過程以及地下水滲流與井流耦合過程,以場地震例和室內(nèi)振動臺實驗為背景,對水動力過程進行了系統(tǒng)研究。論文取得成果如下:(1)以承壓井水位對地震波響應為背景,提出了含水層孔壓及承壓井水位對地震動應力響應概念體系。通過全面分析承壓井水位對循...

【文章頁數(shù)】：163 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第一章 緒論
    1.1 選題背景及研究意義
        1.1.1 選題背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 循環(huán)荷載的概念
        1.2.2 井水位對地震波響應
        1.2.3 循環(huán)荷載實驗研究
        1.2.4 地下水動力過程研究
    1.3 研究現(xiàn)狀評述
    1.4 論文研究基本思路
        1.4.1 研究目標與內(nèi)容
        1.4.2 研究方法及技術(shù)路線
        1.4.3 創(chuàng)新點
第二章 水動力過程耦合理論
    2.1 基于流體力學理論的水動力方程
        2.1.1 基本流態(tài)
        2.1.2 連續(xù)性方程
        2.1.3 能量方程
        2.1.4 動量方程
    2.2 基于水均衡理論的水動力過程耦合理論
        2.2.1 基本物理假設(shè)
        2.2.2 狀態(tài)方程
        2.2.3 達西公式
        2.2.4 連續(xù)性方程
        2.2.5 滲流基本方程
    2.3 BIOT固結(jié)耦合理論
        2.3.1 基本物理假設(shè)
        2.3.2 應力平衡方程
        2.3.3 本構(gòu)方程
        2.3.4 幾何方程
        2.3.5 固結(jié)微分方程
        2.3.6 連續(xù)性方程
    2.4 循環(huán)荷載-滲流-井流水動力過程耦合理論框架
    2.5 本章小結(jié)
第三章 循環(huán)荷載下孔壓動態(tài)響應規(guī)律研究
    3.1 引言
    3.2 問題提出與基本假設(shè)
    3.3 循環(huán)荷載下含水層孔壓響應基本方程
        3.3.1 介質(zhì)變形和超靜水孔壓變化機理探討
        3.3.2 基本方程具體描述
    3.4 兩種模型的探討
        3.4.1 循環(huán)荷載下承壓含水層水動力條件討論
        3.4.2 無滲流條件下含水層無滲流時孔壓響應模型
        3.4.3 滲流條件下含水層孔壓響應解析解
    3.5 拓展模型的意義
    3.6 本章小結(jié)
第四章 循環(huán)荷載下承壓井水位響應規(guī)律研究
    4.1 引言
    4.2 問題描述與基本假設(shè)
    4.3 井流模型具體描述
        4.3.1 井流連續(xù)性方程
        4.3.2 井流動量方程
    4.4 井流-滲流耦合模型
        4.4.1 井-含水層系統(tǒng)物理模型與基本假設(shè)
        4.4.2 耦合模型
        4.4.3 結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 承壓井水位同震響應實例分析與驗證
    5.1 引言
    5.2 研究區(qū)井-含水層系統(tǒng)背景概況
    5.3 井水位同震響應特征
        5.3.1 地震目錄
        5.3.2 同震水位變化特征
        5.3.3 井水位響應與地震波的關(guān)系
        5.3.4 含水層滲透參數(shù)變化
    5.4 理論計算
        5.4.1 井水位響應頻率-振幅譜
        5.4.2 概念模型與參數(shù)獲取
        5.4.3 理論與實測放大因子對比
    5.5 本章小結(jié)
第六章 承壓井水位對循環(huán)荷載響應實驗分析與驗證
    6.1 引言
    6.2 實驗設(shè)計基本思路
    6.3 實驗裝置及工況設(shè)計
        6.3.1 實驗裝置及傳感器布置
        6.3.2 實驗工況
    6.4 實驗結(jié)果分析
        6.4.1 加速度響應特征
        6.4.2 孔隙水壓力響應特征
        6.4.3 井水位響應特征
    6.5 水動力過程
    6.6 數(shù)據(jù)驗證
    6.7 本章小結(jié)
第七章 循環(huán)荷載下水動力過程影響因素分析
    7.1 引言
    7.2 振動特征
    7.3 介質(zhì)彈性參數(shù)
    7.4 滲流參數(shù)
    7.5 本章小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡介
攻讀博士期間發(fā)表的文章
攻讀博士期間參與的科研項目



本文編號：3759718