抽灌水条件下上海砂土层的变形特征和变形参数

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1、维普资讯http://www.cqvip.com水利学报2006年5月SHUILIXUEBAO第37卷第5期文章编号：0559．9350(2006)05．0560．07抽灌水条件下上海砂土层的变形特征和变形参数张云，薛禹群，吴吉春，李勤奋(1．南京大学地球科学系。江苏南京210093；2．上海地质调查研究院，上海200072)摘妻：长期抽取地下水造成了上海严重的地面沉降。本文根据上海砂土层的水位、变形观测资料，研究了上海含水砂层变形特征及其与地下水位变化的关系。研究结果表明：在地下水位的总体上升期、稳定期，砂土层的变形为弹性；在地下水位总体下降期，当水位高于土层历史上的最低水

2、位时，砂土层的变形主要为弹塑性，可用双线性弹塑性模型描述；当水位低于土层历史上的最低水位时，砂土层的变形为黏弹塑性，此时砂土层黏弹塑性的模型为一弹簧体与宾哈姆体并联后再与另一弹簧体串联而得到的模型。根据宴测的土层变形和水位数据，可以得到砂土层的变形参数，从而为地面沉降的计算提供依据。关键词：地面沉降；含水砂土层；变形特征；地下水；变形参数中图分类号：1'642．26文献标识码：A1研究背景在抽取地下水引起的区域地面沉降问题中，地下水位变化是土层变形的外因，土层本身的压缩性是其变形的内因，地面沉降是这两者共同作用的结果。因此，土层变形特征是区域地面沉降研究的一个重要内容。通常，

3、研究土层的变形特征是通过从现场采取土样，再进行室内试验来进行。但由于取样的局限性和土样的扰动。所取的土样常常难以代表现场土层(特别是砂土层)的实际情况；其次，与一般工程建筑加载情况相比，地下水位改变引起土层中有效应力的变化具有反复、缓慢的特点，且涉及范围广，常影响到整个被抽水的含水砂层和相邻的弱透水层；第三，大多数情况下地下水位改变造成的有效应力变化不大，引起的土层应变也很小(如上海从1961～2000年实测的各土层的应变都小于1％)，但由于土层的总厚度大，造成的总变形量(地面总沉降量)可以达到可观的数值，如上海从19212000年的最大累计沉降就达到2．63m。此外，土层变

4、形时孔隙水的排出与排水条件和水力梯度都有关系。所有这些使得室内试验难以很好地模拟现场土层的实际情况，常常过高地估计土层的压缩性⋯。现场实测的土层变形数据和水位观测数据则是土层在实际水位变动下变形的真实反映，据此可以客观地分析土层的变形特征，获得反映土层在现场水位变化情况下的变形参数，因此对现场土层变形和水位观测数据的分析一直受到人们的重视。随着观测资料的积累，人们对抽灌水条件下砂土层变形特征的认识经历了由浅入深的过程。过去在研究地面沉降时，通常将含水砂土层作为线弹性体处理，或者认为砂土层的变形对地面总沉降的贡献可以忽略不计”。但近几年的分层标监测土层变形的数据和水位观测数据表

5、明，含水砂层的变形并不是弹性的，而是存在塑性变形，且包含蠕变变形，含水砂层可能成为地面沉降的主要沉降层n。。。。本文根据上海大量的分层标和水位孔的观测资料，系统分析砂土层的变形特征，研究砂土层变形特征与地下水位变化的关系，并根据实测的砂土层变形和水位观测数据估算砂土层的变形参数，从而为区收稿日期：2005．09．14基金项目：国家自然科学基金重点项目(40335045)作者简介：张云(1965-)，女，江苏扬州人，博士，副教授，研究方向为开采地下水引起的地面沉降。E-mail：cloudzhy@sohu．eonl--——560--——维普资讯http://www.cqvip.

6、com域地面沉降模型中土层变形模型和变形参数的选择提供依据。2上海土层结构及各含水砂层地下水位变化情况上海第四纪土层是在长江和潮流共同作用下形成的，在垂向上具有砂土、粉土、粉质黏土和黏土相间出现的地层结构。根据工程地质勘探资料，结合地面沉降的研究特点，上海土层可分为16个工程地质层，从上到下依次为表土层、第一砂层、第一硬土层、第一软土层、第二软土层、第二硬土层、第二砂层、第三软土层、第三砂层、第三硬土层、第四砂层、第四硬土层、第五砂层、第五硬土层、第六砂层、第六硬土层，其下部则由强风化基岩逐步过渡到新鲜基岩。第一砂层对应于该地区水文地质剖面中的潜水含水层，第二到第六砂层则分别

7、对应于水文地质剖面中的第一到第五承压含水层(图1)。除第六砂土层主要分布于区域北部外，其余砂层在全区都有较稳定的分布，在这些砂土层中有些地方还含有一些黏土夹层和透镜体。砂层之间为由黏土、粉质黏土组成的弱透水层，有些地方还含有一些砂夹层。宁黄青风华政法国浦东SWWEE0：~／Z"／／／／．卞么,’‘·lI_．：：．／／／／／／／／／，，／／(／／／’．．·．．·：：．．．-：：．。l，：：—look￡；l／／／／／／，，，‘白‘，瓤0鼻￡1，／，，／／／／／／坦l蜷_200l一．：’。-．I_■：电盈．，