考慮地下構筑物對地下水滲流阻擋效應的地面沉降性狀研究.pdf

1、本研究應用室內試驗與數(shù)值分析相結合的方法研究地下構筑物對多層含水層的滲流阻擋效應及其對城市地面沉降的影響機理；室內試驗還用于驗證數(shù)值分析中的計算參數(shù)。將上述構筑物的擋水作用機理的分析方法與試驗確定的參數(shù),用于分析上海市近年來的地面沉降加速現(xiàn)象。本研究的主要內容與成果如下:
　　 1)上海市自20世紀90年代以來出現(xiàn)的沉降加劇現(xiàn)象的主要因為仍然是地下水位的持續(xù)下降作用。通過對上海市地面沉降量、地下水開采量以及地下水位三者實測數(shù)據(jù)的

2、相關性分析發(fā)現(xiàn),目前的沉降量與地下水開采量之間相關性較差；但沉降量與地下水位之間仍具有密切的相關性。
　　 2)上海市中心區(qū)近年的地面沉降與工程建設密切相關。引起沉降的與工程建設相關的因素包括建筑物的附加荷載、工程施工以及地下水位下降。本研究的目的是分析工程建設中引起地下水位下降的因素--地下構筑物的長期擋水作用對上海市中心區(qū)地面沉降的影響。
　　 3)應用室內試驗確定單層含水層中地下構筑物在含水層中的插入深度與寬度對地

3、下水滲流的阻擋作用機理。試驗結果表明,構筑物下游側的地下水位變化隨構筑物埋深的增加而增大,構筑物最優(yōu)插入深度比(構筑物對水位下降作用最大的插入深度與所插入土層的厚度之比)約為70％；隨著構筑物寬度的增加,下游側測點水位變化呈增長趨勢,上游側水位變化呈減小趨勢。
　　 4)應用數(shù)值模擬確定多層含水層中地下構筑物對多層含水層地下水的阻擋作用以及含水層之間的越流變化規(guī)律。數(shù)值模擬結果表明,地下構筑物的存在對地下水位、地下水滲流方向、含

4、水層之間的越流變化以及地面沉降量等有較大的影響；相關因素包括構筑物的埋深范圍、擋水寬(長)度、以及構筑物與開采井之間的相對位置等。構筑物插入第Ⅱ含水層的最優(yōu)插入深度比約為56％。
　　 5)應用數(shù)值模擬的方法分析上海市多層含水層一隔水層交互堆積地層中地下構筑物的存在對上海市特別是中心區(qū)的含水層地下水滲流與地面沉降的作用規(guī)律。以上海市含水層與隔水層交互堆積的地層為對象,建立三維地下水滲流及一維土體固結相結合的地面沉降計算模型分析構

5、筑物的擋水效應。為了簡化問題,計算中考慮了兩種極端的情況:①構筑物分布式配置,②構筑物集中式配置；真實情況可能介于兩者之間。計算成果如下:
　　 ①構筑物分布式配置,即材質等效法:將中心城區(qū)內含水層內大量的地下構筑物的作用簡化為滲透系數(shù)和壓縮系數(shù)降低了的新材料,即等效滲透系數(shù)與等效壓縮系數(shù)。該方法用來模擬大范圍地下構筑物對地面沉降的影響。模擬結果表明,第Ⅱ含水層中的構筑物對上海中心城區(qū)的沉降量影響最大,外環(huán)內第Ⅱ含水層中構筑物含

6、量每增加10％,中心城區(qū)年均沉降量大約增長32％；而第Ⅰ含水層及微承壓中的構筑物對沉降的影響程度較小,各含水層構筑物含量每增加10％時,中心城區(qū)年均沉降量大約增長3％左右。
　　 ②構筑物集中式配置,即含水層局部擋水法:將局部含水層單元的材質直接替換為構筑物材質,而其它地方仍使用天然地層的材質,即考慮含水層局部擋水效應。該方法用來考慮局部環(huán)形構筑物對中心城區(qū)的地面沉降作用效應。計算結果表明,如果集中配置區(qū)域內構筑物的含量超出某臨