地面沉降讲解课件.ppt

1、地面沉降的研究*教育科学学院教育技术系开题汇报国家精品课程网上资源的可用性研究/*报告内容报告内容一一.地面沉降的概念地面沉降的概念二二.选题理由选题理由三三.国内外研究现状国内外研究现状四四.地面沉降的研究方法与形成机理地面沉降的研究方法与形成机理五五.地面沉降的模型及预报预测地面沉降的模型及预报预测六六.地面沉降研究过程中存在的问题地面沉降研究过程中存在的问题国家精品课程网上资源的可用性研究/*地面沉降的概念地面沉降的概念地面沉降地面沉降是人为或自然因素作用下，由于地壳表层土体受力压缩导致的区域性地面标高整体下降的一种环境和地质现象。广义 自然因素：地壳运动、地震、火山活动、气候变化等人为

2、因素：开采地下流体资源、地下固 体矿产、增大地表荷重狭义：不合理开采地下流体资源，较长时间内连续地使地面高程不断降低的现象国家精品课程网上资源的可用性研究/*不可恢复性缓变性预测地面沉降，提出合理建议地面沉降地面沉降成因机制复杂必要性必要性全球性地质灾害特点特点引发重大经济损失地质环境日趋恶化选题理由选题理由国家精品课程网上资源的可用性研究/*国家精品课程网上资源的可用性研究/*我国的地面沉降现状我国的地面沉降现状国家精品课程网上资源的可用性研究/*地面沉降的研究现状地面沉降的研究现状影响因素（开采地下水、天然气、石油、温泉、采煤和盐矿开采 构造环境、地裂缝、沼泽地自然沉降、泻湖区泥炭）预测预

3、报研究趋势模拟及预测（地面沉降的概化、数学模型的建立、计算机技术的进步）沉降机理（土层的压缩变形特征与规律、土体的微观结构及其物理化 学特征 ）研究方法：实现地面沉降的预测预报确定地面沉降的类型及形成机制建立数学模型国家精品课程网上资源的可用性研究/*地面沉降的类型及其形成机理地面沉降的类型及其形成机理土体的压缩变形主要是空隙收缩引起的。引起沉降的原因不同，土体的压缩变形主要是空隙收缩引起的。引起沉降的原因不同，其发生机理也就不同。其发生机理也就不同。有效应力增加：有效应力增加：1)在总应力不变的条件下，孔隙水压力在总应力不变的条件下，孔隙水压力 变小变小,有效应力增大有效应力增大;2)由于工

4、程建设，人为增大总应力。由于工程建设，人为增大总应力。地质构造运动：地震、地球板块运动地质构造运动：地震、地球板块运动下部支撑弱化：矿石开采、地下建筑，隧道下部支撑弱化：矿石开采、地下建筑，隧道 地面沉降分为抽水沉降、构造沉降和采空沉降地面沉降分为抽水沉降、构造沉降和采空沉降三种类型。三种类型。国家精品课程网上资源的可用性研究/*模型的建立模型的建立渗流模型：渗流模型要求有再现地下水系统的能力，能渗流模型要求有再现地下水系统的能力，能真实地刻画实际地下水系统中发生的物理过程，如抽水、注真实地刻画实际地下水系统中发生的物理过程，如抽水、注水引起的系统内水压力的变化情况。水引起的系统内水压力的变化

5、情况。地面沉降的数学模型主要有渗流模型和土体模型土体模型：土体模型：表征土体变形特征的模型。表征土体变形特征的模型。含水层：弹性公式含水层：弹性公式s=hwH/E 粘性土：线性弹性模型、非线弹性粘性土：线性弹性模型、非线弹性 模型、流变模型模型、流变模型国家精品课程网上资源的可用性研究/*模型的建立模型的建立划分研究区边界，确定边界条件划分研究区边界，确定边界条件(侧向边界和垂向边界侧向边界和垂向边界)基础地质数据：岩性、地层厚度等基础地质数据：岩性、地层厚度等水文地质数据：含水层厚度及划分、地下水运动状态水文地质数据：含水层厚度及划分、地下水运动状态（水平与垂直方向）、地下水补径排条件（水平

6、与垂直方向）、地下水补径排条件地面沉降监测数据地面沉降监测数据参数性质：均质或非均质，各向同性或各向异性参数性质：均质或非均质，各向同性或各向异性地下水流状态：二维流或三维流，建立数学模型地下水流状态：二维流或三维流，建立数学模型一：建立水文地质概念模型一：建立水文地质概念模型国家精品课程网上资源的可用性研究/*模型的建立模型的建立二：建立地面沉降土体模型二：建立地面沉降土体模型线性弹性模型线性弹性模型:认为土层厚度变化与有效的应力变化成正比。这一模型主要用于含水层的变形，即将含水层的变形作为弹性的、可恢复的。非线弹性模型非线弹性模型：即考虑土体变形的非弹性特性，当地下水位恢复时土体要产生回弹

7、，但不可能完全恢复，且回复的程度与土质条件、土体所处的应力状态有关。另外土体的变形与土体经历的应力历史有关。流变模型流变模型：即认为由于在土体骨架应力作用下土体表面所吸附的水的粘滞性，土体颗粒重新排列和骨架体的错动将具有明显的时间效应。国家精品课程网上资源的可用性研究/*模型的建立模型的建立根据含水层性质将研究区进行网格剖分，将研究区含水层根据含水层性质将研究区进行网格剖分，将研究区含水层性质相似的地区进行分区，并给出该区域含水层各个参数性质相似的地区进行分区，并给出该区域含水层各个参数具体值。具体值。在抽水强度大和地面沉降严重的地区进行网格加密，确保在抽水强度大和地面沉降严重的地区进行网格加

8、密，确保更准确的模拟实际地质特征。更准确的模拟实际地质特征。三：网格剖分三：网格剖分四：确定模拟期及预测期四：确定模拟期及预测期 取具有较多抽水资料及地面沉降监测数据的时期作为模拟期。取具有较多抽水资料及地面沉降监测数据的时期作为模拟期。国家精品课程网上资源的可用性研究/*模型的建立模型的建立运行模型后，不断调整水文地质参数（给水度、渗透系运行模型后，不断调整水文地质参数（给水度、渗透系数、释水系数等），直到得到的模拟水位变化曲线与实数、释水系数等），直到得到的模拟水位变化曲线与实际水位变化曲线拟合较好为止。际水位变化曲线拟合较好为止。五：模型的识别与校正五：模型的识别与校正若曲线拟合较好，说

9、明所建模型以基本符合实际情况，此若曲线拟合较好，说明所建模型以基本符合实际情况，此时可预测一定抽水量情况下的地面沉降情况。时可预测一定抽水量情况下的地面沉降情况。六：地面沉降的预测六：地面沉降的预测国家精品课程网上资源的可用性研究/*建立模型的技术路线搜集资料搜集资料构建模型构建模型拟合校正拟合校正预报预测预报预测进行进行预报预报并并提出提出建议建议水文地质水文地质概念模型概念模型地面沉地面沉降模型降模型+基础地质数据基础地质数据水文地质数据水文地质数据模型识别模型识别与校正与校正+地面沉降地面沉降监测数据监测数据+基础气象数据基础气象数据国家精品课程网上资源的可用性研究/*模拟中可能遇到的困

10、难及解决办法模拟中可能遇到的困难及解决办法困难：（1）对引发地面沉降的因素掌握的不够全面；（2）土层压缩为非线性，有塑性变形、蠕变存在；（3）水位下降与沉降变形并不同步，存在明显的滞后；（4）没有实现水流模型与沉降模型的真正耦合。解决办法：充分理解地面沉降的形成机制及影响因素，在研究垂向变形的同时还有考虑水平位移。加大监测力度，实现对地面沉降的数值模拟。国家精品课程网上资源的可用性研究/*地面沉降的预防措施地面沉降的预防措施 由于引起沉降的原因不同，在治理不同区域的地由于引起沉降的原因不同，在治理不同区域的地面沉降时，宜因地制宜，采取不同的防治措施。面沉降时，宜因地制宜，采取不同的防治措施。地下水过度开采：控制开采量、优化开采层位、地下水人工 回灌。高楼建筑：增大土体的压缩模量、采用复合地基控制沉降、优化建筑容积率及建筑群荷载平面布置方式。下部支撑弱化：封闭、充填和爆破塌陷。