东光地面沉降分析及数值模拟研究

论文摘要

华北平原地区由于无节制的开采地下水以及无限增长的工农业开采井,导致深层承压水长期持续超采,地下水位持续降低,引发了地面沉降等一系列次生灾害。东光县则是其中最为典型的地区,为了满足国家综合治理要求,对该地区地面沉降进行分析及模拟该地区的地下水流变化规律已成为目前的首要任务。本论文通过分层标监测数据分析得出研究区的深层含水层对该区域地面沉降的贡献率大,且沉降速率受季节影响较大并与地下水位明显相关。针对不同类型土壤,采用高压固结试验数据分析不同压力条件下的压缩性与回弹性,发现埋藏深度与颗粒级配对土壤的压缩性与回弹性具有重要影响。因此,从土体埋深、土的颗粒级配以及地下水位三个方面总体分析研究区地面沉降。利用超固结比数据对土体释水后状态变化进行分析,发现深度越大,土体释水导致增加的有效应力越大,有效应力增速越快,且当含水层完全疏干后,绝大部分土体会转化为欠固结状态。通过分析土工试验测定的各项指标,得出各物理力学指标与深度的关系,利用相关分析得出各物理力学指标之间的线性关系式。通过回归分析方法得出压缩性指标与各项物理力学指标之间的回归方程,并利用之前得到的各指标线性关系式进行简化。对研究区土壤进行颗粒级配分析得到不同类型土壤的级配特征,并参考东光地区其他钻孔资料总结得出研究区地层沉积规律及含水层粒径特征。结合国际制土壤分类方法,总结得到研究区不同类型土壤的颗粒级配曲线分区。使用GMS对东光地区地下水流进行模拟,经过一系列参数设定及参数调整,得出适用于东光地区的地下水流模型,并利用该模型对东光地区未来地下水位变化趋势进行了预测。并按照国家超采治理实际情况,对限采后的地下水位进行了模拟。为研究区超采治理及水位恢复提供思路,对未来控制地面沉降现象提供指导依据,也为下一步进行更精确地模型模拟提供参考。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 选题背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•     1.2.3 研究不足
•   1.3 研究内容与创新点
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 技术路线
•     1.3.3 创新点
• 2 研究区概况
•   2.1 工作区位置与交通
•   2.2 自然地理概况
•     2.2.1 气象条件
•     2.2.2 水文条件
•   2.3 地质概况
•     2.3.1 地形地貌
•     2.3.2 地质构造及第四系特征
•   2.4 水文地质概况
•     2.4.1 包气带岩性及特征
•     2.4.2 含水层组的划分
•     2.4.3 地下水埋藏特征
•     2.4.4 地下水补、径、排特征
• 3 研究区地面沉降影响条件
•   3.1 太沙基一维固结理论
•   3.2 地面沉降量与地下水位的关系
•   3.3 土体压缩变形特征
•     3.3.1 土样深度对土体压密变形的影响
•     3.3.2 颗粒级配对土体压密的影响
•   3.4 土体回弹变形特征
•     3.4.1 颗粒级配与回弹比关系
•     3.4.2 土样深度与回弹比的关系
•   3.5 小结
• 4 研究区地面沉降相关参数特征分析及颗粒级配分析
•   4.1 理想状态下含水层的压缩固结
•   4.2 水位变化对土体固结状态的影响
•   4.3 压缩性指标分析
•     4.3.1 初始压缩系数
•     4.3.2 压缩指数
•   4.4 土体物理力学指标分析
•   4.5 颗粒级配特征分析
•     4.5.1 粘土层
•     4.5.2 粉质粘土层
•     4.5.3 砂质粉土层
•     4.5.4 粉砂层
•     4.5.5 细砂层
•     4.5.6 土壤质地划分及级配曲线分区
•     4.5.7 小结
• 5 研究区粘性土压缩性指标与物理力学指标多元回归分析
•   5.1 参数差异性分析
•   5.2 压缩性指标与其他物理力学指标相关分析
•   5.3 粘性土压缩性指标与各相关因素的回归关系方程
•   5.4 其他物理力学指标线性回归分析
•   5.5 回归方程简化
• 6 东光三维地下水流模型
•   6.1 水文地质概念模型
•   6.2 模型离散化
•   6.3 边界条件设置
•   6.4 模型参数设置
•     6.4.1 应力期
•     6.4.2 初始流场设定
•     6.4.3 渗透系数设置
•     6.4.4 补给量与排泄量设置
•   6.5 开采井设置
•   6.6 模型拟合校正
•   6.7 模型预测
• 7 结论与建议
•   7.1 结论
•   7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 附图1、2
• 附图3
• 附图4
• 附图5
• 附表1
• 附表2
• 附表3
• 附表4

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何宏宇

导师: 胡伏生

关键词: 地面沉降,分层标分析,回归方程,颗粒级配分析,数值模拟

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

单位: 中国地质大学(北京)

基金: 中国地质环境监测院项目“京津冀地区地面沉降地裂缝调查及地质环境监测”

分类号: P642.26

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000822

总页数: 102

文件大小: 7357K

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