地下水开采引起的地面沉降.pdf
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1、地下水开采引起的地面沉降周载阳建设综合勘察研究设计院有限公司目 录n0.引言n1.潜水水位下降引起的地面沉降n2.承压水水头降低引起的地面沉降n3.其他情况下的地面沉降n4.结论目 录n0.引言n1.潜水水位下降引起的地面沉降n2.承压水水头降低引起的地面沉降n3.其他情况下的地面沉降n4.结论0引言n我国地面沉降最早发生于上世纪20年代的上海和天津地区,目前全国已有70多个城市发生了不同程度的地面沉降,沉降面积已达6.4万平方公里,沉降中心最大沉降量超过2米的有上海、天津、太原、西安等城市。过量抽取地下水是当前产生地面沉降最主要的原因之一,关于地下水位降低引起地面沉降的机理,目前学术界公认的
2、是由于地下水位降低,引起土中孔隙水压力降低,从而使土层的有效应力增加,进而产生固结变形。对于承压水容易理解,因为在承压含水层水头降低的过程中,土层中总应力保持不变,孔隙水压力减小,故而土层中有效应力增加。但对于潜水或层间无压水来说,问题就复杂得多,地下水位降低一方面引起土中孔隙水压力减小,另一方面也造成总应力减少,土层中有效应力是增是减则不能一概而论。n自然条件下,地下水往往是分层存在的,多层地下水的水头分布受地质条件及边界条件的影响和控制。稳定渗流条件下,在含水层中,孔隙水压力即压力水头呈静水压力分布,在两个含水层之间的弱透水层即相对隔水层中,孔隙水压力由其上下两个含水层的压力水头决定。根据
3、达西定律及水流连续原理,均质土层中孔隙水压力分布为线性。典型的孔隙水压力分布见图1。图1潜 水层 间 无 压 水承 压 水 头含 水 层相 对 隔 水 层含 水 层相 对 隔 水 层相 对 隔 水 层含 水 层0 很显然,随着地下水位或水头的变动,土层中的孔隙水压力会发生变化,当总应力不变时,其有效应力也会随之改变。地下水开采引起地下水位或水头下降,相关土层中孔隙水压力减小,当产生有效应力增加时,就会发生土层的固结变形,从而造成地面沉降。由于潜水水位和承压水水头变化影响的范围和内在机理不同,产生的后果亦有很大的差异,以下分别讨论。目 录n0.引言n1.潜水水位下降引起的地面沉降n2.承压水水头
4、降低引起的地面沉降n3.其他情况下的地面沉降n4.结论1 潜水水位下降引起的地面沉降潜水水位下降引起的地面沉降 图图2 n多含水层条件下,假定只开采潜水含水层,其它含水层水位或水头不变,潜水水位大面积下降前后,各土层均达到稳定渗流状态。潜水水位下降前,土中各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有效应力如下:初始状态各点应力状态潜 水 初 始 水 位承 压 水 水 头潜 水 含 水 层相 对 隔 水 层承 压 含 水 层潜 水 下 降 后 水 位OFABD、初 始 孔 隙 水 压 力 分 布水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力 分 布O点:总应力 ;孔隙水压力 有效应力为 F点:总应力 孔隙水压
5、力 有效应力 A点:总应力 孔隙水压力 有效应力 初始状态各点应力状态潜 水 初 始 水 位承 压 水 水 头潜 水 含 水 层相 对 隔 水 层承 压 含 水 层潜 水 下 降 后 水 位OFABD、初 始 孔 隙 水 压 力 分 布水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力 分 布 有效应力 D点:总应力 孔隙水压力 有效应力 B点:总应力 孔隙水压力 潜水水位由O点下降到F点后各点应力状态潜 水 初 始 水 位承 压 水 水 头潜 水 含 水 层相 对 隔 水 层承 压 含 水 层潜 水 下 降 后 水 位OFABD、初 始 孔 隙 水 压 力 分 布水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力
6、分 布O点:总应力 孔隙水压力 有效应力为 F点:总应力 孔隙水压力 有效应力 A点:总应力 孔隙水压力 有效应力 潜水水位由O点下降到F点后各点应力状态潜 水 初 始 水 位承 压 水 水 头潜 水 含 水 层相 对 隔 水 层承 压 含 水 层潜 水 下 降 后 水 位OFABD、初 始 孔 隙 水 压 力 分 布水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力 分 布 有效应力 D点:总应力 孔隙水压力 有效应力 B点:总应力 孔隙水压力 潜水水位由O点下降到F点后各点应力变化量潜 水 初 始 水 位承 压 水 水 头潜 水 含 水 层相 对 隔 水 层承 压 含 水 层潜 水 下 降 后 水 位
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