基于KP迟滞模型的地面沉降预测分析

针对由地下水位变化引起的地面沉降的滞后性,利用控制理论中KP模型的迟滞非线性特点,建立了地面沉降的KP滞后模型。实例分析表明,KP滞后模型模拟预测精度高,可以应用到抽取地下水引起的地面沉降的的模拟和预测中。     

含水组地下水位变化对地面沉降影响的多元回归分析与预测

城市地面沉降是对城市规划建设、经济发展和人民生活构成威胁的地质灾害。为了探究地下水位与地面沉降的关系,本文对沧州市沧县各个地下含水组的地下水位变化、最大沉降量进行数据统计分析,建立了该地区基于含水组地下水位的多元回归模型。由模型计算结果可知,该模型适用于预测该城市区域的地面沉降趋势,并且分析各个地下含水组对地面沉降影响的相关程度。结果表明,第Ⅲ含水组地层是沧州市沧县形成地面沉降的最主要因素,为控制该区地面沉降提供了依据。     

海洋沉积环境中地下天然气开采引起地面沉降的计算分析

在日本中部的千叶县房总半岛由于在地下深处开采水溶性天然气与医药用碘的资源而大量抽取地下水，从而引起大面积的地面沉降。1969年开始进行地面沉降的水准测量，至2002年，在过去33a中观测到的最大累积沉降为0．85m。为了减少沉降量，需预测可开采量。针对日本关东地下水盆建立了三维有限元模型。该模型可以同时计算三维地下水渗流及土层的固结，利用该模型分析了房总半岛的深层地下水开采引起地下水渗流场的变化。模型中的计算参数由露头岩样的高压固结试验确定。计算结果表明，从1956年到2002年开采区地下水头下降达190m。地下水的流向由高标处向海域流动变为从周围海域向开采区流动。这与关东地下水沉积盆地的向斜蓄水式构造相吻合。说明即使不停止开采地下水，只要将地下水的采取量控制在一定的范围，也可以大大减轻地面沉降。从1969年至今的地面沉降实测值与计算值也栩吻合。     

功互换定理研究土质隧道开挖引起的地面沉降

介绍基于功互换定理计算土质隧道开挖引起地面沉降的弹塑性方法。首先构建浅埋圆形隧道两组具有独立受力状态的计算模型,并分别给出两组弹性和弹塑性状态下应力、应变和位移解析,然后利用由虚功原理推导的弹塑性Maxwell-Betti功互换定理建立该隧道开挖引起地层损失率VL的解析表达式,最后将其引入Peck公式即可得到相应地面沉降的表达式。将该方法与Sagaseta法等4种方法对某土质隧道理想化模型进行地面沉降预测的比较分析,及在4个隧道工程实例的应用发现:其与Sagaseta等其他方法一样可应用于预测隧道开挖引起的地面沉降;考虑围岩塑性变形的地面沉降结果比基于弹性分析的Sagaseta法和Verrijt-Booker法偏大;该方法计算结果更接近实际监测沉降值。分析表明:该方法能较好反映开挖围岩弹塑性变形对地面沉降的影响,并在工程应用上具有一定的合理性和可靠性,尤其适用于围岩土质较硬且分布均匀的浅埋隧道。     

泥水盾构隧道施工引起的地面沉降分析及预测

通过对杭州庆春路过江隧道泥水盾构施工地面沉降监测数据的分析,总结了地面沉降的特点及影响因素,并结合实测数据给出了地面沉降的修正双曲线预测公式.分析表明:Peck公式适用于杭州软土地层中泥水盾构施工引起的地面沉降预测,其中地面沉降槽宽度参数K取值0.25～0.32,地层损失率V1取值0.04％～0.33％.地面沉降主要为盾构脱离0～5 d或6d内的盾尾沉降以及扰动土体长期固结沉降,分别约占总沉降量的57.27％和41.08％.适当提高切口泥水及同步注浆压力使地面微隆,可以抵消部分地层损失,减少地面沉降.由地层损失引起的横断面地面沉降曲线较规则,基本呈现高斯曲线分布;而地面隆起变形较无规则,会使沉降曲线偏离高斯曲线分布.引入新参数C后的修正双曲线模型可用于泥水盾构软土地层中施工引起的地面沉降的预测.     

基于BP网络模型的采水地面沉降时空预测

鉴于本构模型和土体参数确定上的困难,在有效应力原理和随机介质理论的基础上,建立采水区地面沉降时空预测的BP神经网络模型,所建模型具有分布参数模型的特征。运用所建模型对其他地面沉降监测点进行了计算和预测,研究表明,所建立的BP网络模型能准确地反映采水地面沉降的时空规律。     

复杂地质条件下浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量FLAC3D分析

浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量对施工安全具有重要意义。北京地铁10号线苏州街车站为多套地层力学性质差异较大的复杂场地,根据地质勘察结果的地层三维空间分布状况,建立车站场地的三维地质模型;应用试验结果确定各类土层的物理力学参数;依据工程设计方案,概化洞桩法施工过程为6个施工步序;采用等效模拟的方法概化超前地层预加固;应用FLAC3D计算软件,优化开挖施工方案,模拟动态施工过程,分析各施工步序暗挖车站周围土体的变形量和地面沉降量;研究确定引起最大地面沉降量的施工步序。通过现已完成施工的导洞开挖步序施工变形监测结果与计算结果比较分析,验证计算结果的可靠性,根据计算结果预测地铁车站施工期的最终地面沉降量。     

复杂地质条件下浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量FLAC3D分析

浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量对施工安全具有重要意义.北京地铁10号线苏州街车站为多套地层力学性质差异较大的复杂场地,根据地质勘察结果的地层三维空间分布状况,建立车站场地的三维地质模型;应用试验结果确定各类土层的物理力学参数;依据工程设计方案,概化洞桩法施工过程为6个施工步序;采用等效模拟的方法概化超前地层预加固;应用FLAC3D计算软件,优化开挖施工方案,模拟动态施工过程,分析各施工步序暗挖车站周围土体的变形量和地面沉降量;研究确定引起最大地面沉降量的施工步序.通过现已完成施工的导洞开挖步序施工变形监测结果与计算结果比较分析,验证计算结果的可靠性,根据计算结果预测地铁车站施工期的最终地面沉降量.     

哈尔滨某地铁站基坑降水~回灌方案及数值分析研究

以哈尔滨某地铁站为例,根据场地的工程地质和水文地质条件、地铁站帷幕深度和基坑开挖深度,建立三维地下水渗流数值模型。通过模型模拟计算水文地质条件较为复杂地区的不同帷幕方案中降水引起的地下水变化情况。同时对降水引起的地面沉降进行计算,对比分析各帷幕方案的地面沉降预测情况,提出了悬挂式帷幕方案的基础上增加回灌措施的地下水综合控制方案。     

地面沉降与地下水位动态监测数据模型的研究

针对西安市大量的地面沉降与地下水位长期观测数据，采用数值模拟方法建立地面沉降监测点沉降过程曲线模型和地下水位监测井水位升降曲线模型并编制程序，并对地面沉降与地下水位监测数据进行内插外推计算、分析和研究，进而对地面沉降和地下水动态进行预测预报。     

Surface subsidence prediction method of backfill-strip mining in coal mining

Intensive and massive coal mining causes a series of geological hazards and environmental problems, especially surface subsidence. In recent years, backfill-strip mining has been applied to control mining subsidence in order to realize sustainable development of the mining environment. To accurately predict the surface subsidence of backfill-strip mining, a prediction method of subsidence superposition of backfill-strip mining is proposed on the basis of the traditional probability integral method prediction model. In analyzing the distribution of the actual subsidence space, the surface subsidence problem of backfill-strip mining can be regarded as the superposition of surface subsidence caused by backfill mining and strip mining. Then, the appropriate prediction parameters will be chosen, and the surface subsidence caused by the backfill mining and strip mining will be predicted separately. The surface subsidence values of the backfill-strip mining are equal to the superposition subsidence values predicted by the backfill mining and strip mining prediction method at the same surface location. A similar material model and a numerical simulation model have been built to verify the feasibility and accuracy of the superposition prediction method. The comparison results of the surface subsidence values show that the superposition surface subsidence prediction method is reasonable. The average relative error of this superposition prediction method is less than 6.7%, and its accuracy is 3.9%~11.4% higher than that of the conventional prediction method. The superposition prediction method can satisfy the precision requirement of engineering applications. This study provides a scientific technical reference for safe mining engineering design and surface disaster protection for backfill-strip mining.

     

抽取地下水引起地面沉降的研究现状与进展

通过对国内外地面沉降方面研究的调查,概述了地面沉降的研究现状,介绍了目前地面沉降的监测方法,主要包括水准测量、GPS、合成孔径干涉雷达测量(InSAR)。分析了近几十年来用于模拟抽取地下水引起地面沉降的数学模型,按照水流模型和土体变形模型将地面沉降模型分为三种类型,即由水流模型获得含水层的水头变化,再由水头变化计算土体变形的两步模型;仅考虑垂直方向的变形和孔隙水压力变化的部分耦合模型;考虑孔隙水压力变化和土体变形的相互影响和作用的完全耦合模型。对于地面沉降作用过程的研究,介绍了地面沉降与水流的耦合数值模型及模拟方法的发展过程及现状。最后对我国地面沉降的研究提出了建议。     

考虑底板岩层移动的急倾斜煤层开采沉陷预计

分析了急倾斜煤层开采岩层和地表移动特点,总结了急倾斜煤层开采地表下沉盆地的4种类型,并对这4种下沉盆地的形成原因进行揭示。给出了急倾斜煤层开采沉陷预计建模的4条原则,并针对该原则提出了一种基于概率积分法的急倾斜煤层开采沉陷预计模型,该模型能清楚地解释急倾斜煤层开采煤层顶底板岩层移动和地表下沉的相互关系。建立了预计方法的坐标系,分析了预计参数的物理意义,并给出了预计参数的变化规律。编制了基于本文方法的计算机程序,并利用矿区观测站实测数据对本方法进行了验证。实验结果表明,本文方法对于倾角大于70°的急倾斜煤层开采沉陷预计效果较好,能为矿区的环境保护,地表移动预警起到决策支持作用。     

软岩地层深部开采地表下沉分析

针对软岩地层深部地下大面积开采岩体移动变形预测问题,利用弹塑性力学理论建立了相应的预测分析理论模型。用所建立的弹性理论模型对某铁矿地表移动变形进行了计算分析,并将理论预测结果和实测资料进行了对比。文中用弹塑性有限元法分析了不同弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角等物理力学参数对地表下沉的影响;对软岩地层深部开采地表移动进行了计算分析。结果表明,弹性模量对地表下沉影响较大,而其他参数影响较小。结果表明,弹塑性力学方法适用于分析软岩地层大面积开挖岩体移动预测问题。     

季节性冻土区高铁路基长期沉降数值模拟

随着我国铁路网建设的高速发展,穿越季节性冻土区的铁路数量及行车速度都在不断提高,由于高铁路基沉降所引发的危害也愈加严重。在考虑季节性冻土结构性、冻融循环的基础上建立了高速列车荷载长期作用下沉降量预测模型,给出了具体计算步骤;通过将模拟划分为若干个过程,实现了土体力学特征值的动态控制,避开了振波对土体应变影响的复杂性,使预测结果更加精确。     

可视化地层模型信息系统在地面沉降研究中的应用

在我国多个城市发生了由于地下水过量开采而引起的地面沉降现象,并由此造成了重大的环境问题和经济损失,预测与控制地面沉降已经成为这类城市发展中必须面对的问题。基于地面沉降产生的机理,在GMS平台上建立了第四系地层三维可视化地层模型信息系统,该系统可以直观地显现不同性质土层的空间展布形态和空间组合特征,实现了研究区地层的拆分与组合,剖面的任意切割与显示,指定深度切割水平剖面,任意视角观测地层等地层信息的三维可视化直观表达,为研究地面沉降问题提供了宝贵的资料信息和有利条件。     

京沪高铁沿线某地地下水开采与地面沉降关系分析

 京沪高速铁路沿线地面沉降除受软土本身性质影响外,主要受沿线地区长期过量开采地下水的影响。结合DInSAR与地面精密水准测量结果,选取京沪高速铁路天津段西青区杨柳青镇沉降异常区(火电厂深部抽水井所致)为研究区域,通过分析抽水井所在部位地质结构和水文地质条件,建立水文地质概念模型,采用Visual Modflow软件对研究区地下水位变化进行数值模拟。在此基础上,结合该地区地面沉降量与地下水位变化间的相互关系,计算出不同开采量、开采时间下的地面沉降量,得出京沪高速铁路穿过部位的沉降量预测,为高铁安全运营采取处理对策提供依据。     

黄土地区地铁开挖引起地表沉降试验分析

 城市修建地铁所引起的地表沉降已经成为重要的研究课题，为合理评价黄土地区不同施工方法对城市地铁开挖引起地表沉降的影响，依托西安地铁修建工程实际，对在黄土地层中开挖地铁隧道引起的地表沉降进行离心模型试验，模型试验比率为1∶60，模型箱尺寸为700 mm×500 mm×360 mm，试验对正台阶法、全断面法、双侧壁导坑法和中隔壁法4种不同的城市地铁施工方法的试验结果进行对比分析；结果表明，黄土地区地层开挖地铁隧道所引起的地表沉降以主固结沉降为主，全断面法是控制黄土地质地表沉降最有效的方法，试验结果为黄土地区城市地铁设计施工提供了可靠依据。     

既有铁路下浅埋暗挖通道地表沉降的数值模拟

结合长春火车站南北广场地下通道工程实例,建立了二维有限元模型模拟隧道施工过程,按施加常规地面拟静力列车荷载的方法,获得了极浅埋隧道施工时地面最大沉降值及其分布规律;以平顺轨道移动列车荷载作用位置的方法,获得了对地表沉降最不利列车荷载作用位置、地面最大沉降值及其分布规律,从而为施工决策提供科学依据,确保列车运营的安全和隧道施工安全.