地下水开采导致地面沉降全过程宏细观演化机理及趋势预测研究
发布时间：2021-07-10 01:26
水,是生命之源。改革开放以来,我国年均地下水开采量超25亿m3,全国目前有约400多个城市在开采利用地下水,占到城市使用淡水总量的30%以上,其中在西北、华北等部分地区占比高达70%以上,不合理的地下水开发利用导致在全球范围内形成地面沉降并衍生出系列生态环境问题。加强对地下水开采导致地面沉降的机理及规律研究,有利于完善和推动地面沉降领域的理论发展,掌握土体变形及地面沉降对不同地下水开采条件的响应规律,提出科学合理的地下水开采方案,对保证国民经济社会健康稳定发展具有重要现实意义。本文在山东省国土资源厅地面沉降监测与防控项目资助下,开展了地下水开采导致地面沉降的全过程分阶段理论分析,研究了地下水开采条件下土体变形及地面沉降的相似准则;设计研发了一种考虑地下水环向补给及采水井结构的开采承压水引发地面沉降物理模型试验系统和试验方法,并进行了一系列不同条件下的物理模型试验;分别开展了采水条件下含水层砂土的细观结构演化试验和固结条件下粘土的微观结构电镜扫描试验,并分别对其进行了结构参数量化及宏细观参数相关性分析;基于多孔介质流-固耦合理论研究了地下水开采条件下土体变形及地面沉降的时空演化特征及分布...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：209 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１地下水开采导致地面沉降示意图ｔ３］??Ｆｉｇ．１．１?Ｌａｎｄ?ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ??
超过８０％的地面沉降是地下水超采导致。另外??在意大利的拉文纳、日本的东京、大阪和新泻等地区、泰国的曼谷地区、印度尼??西亚的雅加达等地区也都相继发现了地面沉降现象。分析可以发现，全球范围内??的地面沉降现象主要集中于经济发达且人口密集、对地下水资源需求程度较高的??新近沉积平原或较大河流流域地区，从而形成了地下水资源需求程度与地面沉降??防控之间的矛盾愈发突出。??ｉｓ??ｔ?．－ｉ．?＇？?＾??决北平欲??—洗臟?，ｌ??Ｕ，…讀?．．．??＊?－ｙｍｓ??图１．２全国主要地面沉降区分布图??Ｆｉｇ．１．２?Ｍａｉｎ?ｌａｎｄ?ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??２０１２年，国务院在《全国地面沉降防治规划（２０Ｕ－２０２０年）》中将长江三角??洲地区、华北平原地区和汾渭盆地作为主要目标区，实施地面沉降调查、监测、??地下水监测控采、地面沉降防治技术创新的四大工程，以期通过全面推进重点地??区的地面沉降防治工作，尽可能降低地面沉降灾害带来的经济损失。２０１６年１２??月，国土资源部颁布了《全国地质灾害防治“十三五”规划》，其中明确指出将来??一段时间，地质灾害仍将高发频发，相应防治工作依然严峻，并将华北平原地区??列为全国地面沉降重点防治区，范围包括以北京、天津、沧州、德州等城市和农??业区为代表的重点区域。??因此，要平衡地下水资源需求与地面沉降防控之间的矛盾，探寻地下水开采??与地面沉降防控的最优解决方案，应统筹考虑地下水开采条件与地层结构性质两??者间的耦合作用关系，需要研究不同地下水开采条件下地面沉降发生机理及发展??演化规律，掌握地面沉降演化趋势与地下水
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究[J]. 刘先珊,许明. 岩土力学. 2013(08)
[2]线性回归模型在北京平原地面沉降预测中的应用[J]. 范珊珊,郭海朋,朱菊艳,李文鹏. 中国地质灾害与防治学报. 2013(01)
[3]基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法[J]. 王培涛,杨天鸿,朱立凯,刘洪磊. 东北大学学报(自然科学版). 2013(01)
[4]基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟[J]. 周剑,张路青,戴福初,闵弘. 岩石力学与工程学报. 2013(S1)
[5]基于灰色理论的时间序列分析在地面沉降预测中的应用[J]. 周志广,姚文生,谢轶,李忠水. 地质灾害与环境保护. 2012(04)
[6]论地下水超采与地面沉降[J]. 薛禹群. 地下水. 2012(06)
[7]土的基本特性、本构关系及数值模拟研究综述[J]. 姚仰平,张丙印,朱俊高. 土木工程学报. 2012(03)
[8]地面沉降的GM（2,1）模型预测研究[J]. 郑良飞,折学森. 中国地质灾害与防治学报. 2007(04)
[9]基于数字图像技术的砂土模型试验细观结构参数测量[J]. 周健,余荣传,贾敏才. 岩土工程学报. 2006(12)
[10]苏锡常地区地面沉降特征及其防治建议[J]. 于军,王晓梅,武健强,谢建宝. 高校地质学报. 2006(02)
博士论文
[1]考虑初始水力坡度和层间补给的降水引起地面沉降研究[D]. 刘丰敏.中国建筑科学研究院 2016
[2]华北平原德州地面沉降成生机理、监测预警与可控性研究[D]. 张永伟.山东大学 2014
[3]沧州地区地面沉降成因机理及沉降量预测研究[D]. 朱菊艳.中国地质大学（北京） 2014
[4]水位变化引发的土层耦合固结变形理论研究[D]. 黄大中.浙江大学 2014
[5]黄河三角洲地区地面沉降时空演化特征及机理研究[D]. 刘勇.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[6]珠江三角洲软土显微结构与渗流固结机理研究[D]. 周晖.华南理工大学 2013
[7]地下水渗流环境改变引起含水层变形的机理及计算方法研究[D]. 马磊.上海交通大学 2012
[8]考虑地下构筑物对地下水渗流阻挡效应的地面沉降性状研究[D]. 许烨霜.上海交通大学 2010
[9]结构性软土蠕变特性及扰动状态模型[D]. 张先伟.吉林大学 2010
[10]西安市地下水开采—地面沉降数值模拟及防治方案研究[D]. 万伟锋.长安大学 2008
本文编号：3274900
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：209 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１地下水开采导致地面沉降示意图ｔ３］??Ｆｉｇ．１．１?Ｌａｎｄ?ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ?ｃａｕｓｅｄ?ｂｙ?ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ?ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ??
超过８０％的地面沉降是地下水超采导致。另外??在意大利的拉文纳、日本的东京、大阪和新泻等地区、泰国的曼谷地区、印度尼??西亚的雅加达等地区也都相继发现了地面沉降现象。分析可以发现，全球范围内??的地面沉降现象主要集中于经济发达且人口密集、对地下水资源需求程度较高的??新近沉积平原或较大河流流域地区，从而形成了地下水资源需求程度与地面沉降??防控之间的矛盾愈发突出。??ｉｓ??ｔ?．－ｉ．?＇？?＾??决北平欲??—洗臟?，ｌ??Ｕ，…讀?．．．??＊?－ｙｍｓ??图１．２全国主要地面沉降区分布图??Ｆｉｇ．１．２?Ｍａｉｎ?ｌａｎｄ?ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??２０１２年，国务院在《全国地面沉降防治规划（２０Ｕ－２０２０年）》中将长江三角??洲地区、华北平原地区和汾渭盆地作为主要目标区，实施地面沉降调查、监测、??地下水监测控采、地面沉降防治技术创新的四大工程，以期通过全面推进重点地??区的地面沉降防治工作，尽可能降低地面沉降灾害带来的经济损失。２０１６年１２??月，国土资源部颁布了《全国地质灾害防治“十三五”规划》，其中明确指出将来??一段时间，地质灾害仍将高发频发，相应防治工作依然严峻，并将华北平原地区??列为全国地面沉降重点防治区，范围包括以北京、天津、沧州、德州等城市和农??业区为代表的重点区域。??因此，要平衡地下水资源需求与地面沉降防控之间的矛盾，探寻地下水开采??与地面沉降防控的最优解决方案，应统筹考虑地下水开采条件与地层结构性质两??者间的耦合作用关系，需要研究不同地下水开采条件下地面沉降发生机理及发展??演化规律，掌握地面沉降演化趋势与地下水
及演化规律?ｕ值各似々折?防控方案ｉ?ｉ??Ｉ?＾?ｔｌ！?似准则?＾＿＿＿Ｊ?｜??Ｉ?：．．：：ｅ：：：＂＾???Ｉ??研?「一???？?—?—?—?一?Ｗ一二一．一?４??——??二?一?ｊ??％?揭示地Ｆ水歼采导致地面沉降全过程宏细观机理、层间耦合响应及传递规律，Ｉ??＾?？ｎ?提出针对性地下水开采方案及地面沉降防控措施?Ｉ??果?Ｌ?Ｉ?Ｊ??Ｋ?成?４－－???丨雲…＇—…地ＨＥｆ致地？沉啊￥￥的？：防控—―，??图１．４技术路线图??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??２１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究[J]. 刘先珊,许明. 岩土力学. 2013(08)
[2]线性回归模型在北京平原地面沉降预测中的应用[J]. 范珊珊,郭海朋,朱菊艳,李文鹏. 中国地质灾害与防治学报. 2013(01)
[3]基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法[J]. 王培涛,杨天鸿,朱立凯,刘洪磊. 东北大学学报(自然科学版). 2013(01)
[4]基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟[J]. 周剑,张路青,戴福初,闵弘. 岩石力学与工程学报. 2013(S1)
[5]基于灰色理论的时间序列分析在地面沉降预测中的应用[J]. 周志广,姚文生,谢轶,李忠水. 地质灾害与环境保护. 2012(04)
[6]论地下水超采与地面沉降[J]. 薛禹群. 地下水. 2012(06)
[7]土的基本特性、本构关系及数值模拟研究综述[J]. 姚仰平,张丙印,朱俊高. 土木工程学报. 2012(03)
[8]地面沉降的GM（2,1）模型预测研究[J]. 郑良飞,折学森. 中国地质灾害与防治学报. 2007(04)
[9]基于数字图像技术的砂土模型试验细观结构参数测量[J]. 周健,余荣传,贾敏才. 岩土工程学报. 2006(12)
[10]苏锡常地区地面沉降特征及其防治建议[J]. 于军,王晓梅,武健强,谢建宝. 高校地质学报. 2006(02)
博士论文
[1]考虑初始水力坡度和层间补给的降水引起地面沉降研究[D]. 刘丰敏.中国建筑科学研究院 2016
[2]华北平原德州地面沉降成生机理、监测预警与可控性研究[D]. 张永伟.山东大学 2014
[3]沧州地区地面沉降成因机理及沉降量预测研究[D]. 朱菊艳.中国地质大学（北京） 2014
[4]水位变化引发的土层耦合固结变形理论研究[D]. 黄大中.浙江大学 2014
[5]黄河三角洲地区地面沉降时空演化特征及机理研究[D]. 刘勇.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[6]珠江三角洲软土显微结构与渗流固结机理研究[D]. 周晖.华南理工大学 2013
[7]地下水渗流环境改变引起含水层变形的机理及计算方法研究[D]. 马磊.上海交通大学 2012
[8]考虑地下构筑物对地下水渗流阻挡效应的地面沉降性状研究[D]. 许烨霜.上海交通大学 2010
[9]结构性软土蠕变特性及扰动状态模型[D]. 张先伟.吉林大学 2010
[10]西安市地下水开采—地面沉降数值模拟及防治方案研究[D]. 万伟锋.长安大学 2008
本文编号：3274900
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