地下水渗流与地面沉降耦合模拟

摘要 :为了准确模拟由地下水开采导致渗流场和应力场发生变化而 引 起 的 地 面 沉 降 问 题 , 根据 T 建立 e r z a h i有 效 应 力 原 理 , g 了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地 面 沉 降 耦 合 数 值 模 拟 模 型 和 以 比 奥 固 结 理 论 为 基 础 , 并结合土体非线 性流变理论 , 将土体本构关系推广到粘弹塑性 , 同时考虑土体力学参数及水力 参 数 的 动 态 变 化 关 系 的 地 下 水 渗 流 与 地 面 沉 降 水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉 降 与 地 下 水 位 呈 现 出 同 步 变 化 的 趋 势 , 并且当地下水位逐步回升至初 始水位时 , 地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态 . 而以比奥 固 结 为 基 础 建 立 的 地 下 水 渗 流 与 地 面 沉 降 三 维 全 耦 合 数 值 模 拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势 , 并且当地 下 水 位 逐 步 回 升 至 初 始 水 位 时 , 地面沉降虽也逐 步得到回升 , 但回不到初始的零沉降状态 , 存在一个永久的残余沉降量 . 在土体参数变化方面 , 土体的孔隙度 ㊁ 渗透系数及泊松 比均呈现先减小后增大的变化趋势 , 而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势 , 与地面沉降的变化相对应 . 关键词 : 比奥固结理论 ; 地下水 ; 沉降 ; 耦合 ; 参数变化 . T e r z a h i有效应力原理 ; g 中图分类号 : P 5 9 5 ( ) 文章编号 : 1 0 0 0-2 3 8 3 2 0 1 4 0 5-0 6 1 1-0 9 收稿日期 : 2 0 1 3-1 0-1 0 三维全耦合数值模拟模型 . 通过对比分析 , 结果表明 : 基于 T e r z a h i有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下 g
: / d o i 1 0. 3 7 9 9 d k x . 2 0 1 4. 0 5 8 q
2014 年 5 月
第3 9卷 第5期
地球科学
中国地质大学学报
E a r t hS c i e n c e J o u r n a l o fC h i n aU n i v e r s i t fG e o s c i e n c e s yo
V o l . 3 9 M a y
2014
N o. 5
地下水渗流与地面沉降耦合模拟
2 , 金玮泽1, 骆祖江1* , 陈兴贤1, 谈金忠3 河海大学地球科学与工程学院 , 江苏南京 2 1. 1 0 0 9 8 江苏省地质矿产勘查局 , 江苏南京 2 2. 1 0 0 1 8 江苏南京地质工程勘察院 , 江苏南京 2 3. 1 0 0 4 1
C o u l i n i m u l a t i o no fG r o u n d w a t e rS e e a ea n dL a n dS u ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ s i d e n c e p gS p g
1. S c h o o l o a r t hS c i e n c ea n dE n i n e e r i n o h a iU n i v e r s i t N a n i n 1 0 0 9 8, C h i n a fE g g,H y, j g 2 2. J i a n s uG e o l o i n e r a l, E x l o r a t i o nB u r e a u, N a n i n 1 0 0 1 8, C h i n a g g y& M p j g 2 3. J i a n s uN a n i n n s t i t u t eo e o E n i n e e r i n n v e s t i a t i o n, N a n i n 1 0 0 4, C h i n a g j gI fG g gI g j g 2
: A b s t r a c t I no r d e r t oa c c u r a t e l i m u l a t el a n ds u b s i d e n c ec a u s e db e e a ef i e l da sar e s u l to fg r o u n d w a t e re x l o i t a t i o na n d ys ys p g p , : s t r e s s f i e l d t w om o d e l s a r e e s t a b l i s h e d i n t h i s s t u d o n e i sg r o u n d w a t e r s e e a e a n d l a n ds u b s i d e n c e c o u l i n u m e r i c a l s i m u y p g p gn
1 1* 12 3 , , J i nW e i z e L u oZ u i a n C h e nX i n x i a n T a nJ i n z h o n j g , g g ,
l a t i o nm o d e l o f t h e t h r e e d i m e n s i o n a l s e e a eo f r o u n d w a t e r a n do n e d i m e n s i o n a l v e r t i c a l c o n s o l i d a t i o n i n l i h t o fT e r z a h i e f p g g g g ; f e c t i v es t r e s sp r i n c i l ea n d t h eo t h e r i s t h r e e d i m e n s i o n a l c o u l i n o d e l o f r o u n d w a t e r s e e a e a n d l a n ds u b s i d e n c eb a s e do n p p gm g p g a r a m e t e r s a n dh d r a u l i cp a r a m e t e r s . T h e c o m a r i s o na n da n a l s i s s h o wt h a t t h e c h a n i n t e n d e n c f l a n ds u b s i d e n c e c a l c u l a t p y p y g g yo