浅谈抽水引起的地面沉降有限层分析

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1、河海大学博士学位论文抽水引起的地面沉降有限层分析姓名：王旭东申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：殷宗泽;宰金珉20071201摘要随着抽取地下水引发的地面沉降问题日益严重，以及已有的地面沉降模型在合理性上和计算能力上存在的局限性，建立合理的地面沉降模型和提高地面沉降模型的计算效率已成为地面沉降分析中的突出问题。鉴于有限层法分析层状介质问题的优势，将有限层法引入了地面沉降分析，建立了抽水引起的地面沉降有限层分析新方法，主要研究成果包括；1针对有限区域隔水边界条件下地下水非稳定流计算公式存在的计算结果不合理问题，利用积分变换法系统推导了定水头边

2、界和隔水边界条件下矩形区域和圆形区域中地下水非稳流解析解；指出了导致计算公式不完整和计算结果不合理的原因，解决了有限区域均质、各向同性含水层中地下水二维流动的合理计算问题。2系统地建立了层状非均质各向异性承压含水层中地下水非稳定流动有限层法，提出了直角坐标系中隔水边界条件下和柱坐标系中定水头边界、隔水边界条件下地下水流动的有限层方程，给出了一定精度条件下有限层计算项数选用的近似估算公式，有效地解决层状非均质各向异性承压含水层中地下水三维流动的计算问题。3完善了层状横观各向同性地基应力变形有限层法，提出了横观各向同性地基中A类边界条件下合理的有限层

3、方程。对于均匀层状横观各向同性地基问题，有限层法的求解效率明显高于有限元法。4建立了考虑地下水三维流动和土体三维变形的地面沉降有限层分析方法，提出了有限层分析中不同边界条件下等效荷载向量的计算公式，给出了水流模型和变形模型二步计算的具体求解步骤，为抽水引起的地面沉降分析提供了有效的计算工具。5工程实例分析验证了地面沉降有限层法计算结果的合理性，数值算例分析展示了地面沉降有限层法在大型多井抽水地面沉降问题分析中的求解能力，对于均匀层状土层中的地面沉降问题，在计算效率上有限层法较已有方法有明显的提高。关键词：地面沉降、地下水流动、有限层法、数值分析A

4、bstractAimingattheincreasinglyseriousproblemoflandsubsidenceduetopumpinggroundwater,andmanyshortcomingstheexistinglandsubsidencemodelhasinrationalityandcalculatingcapability,itisimportantandurgenttoestablishreasonableNumericalmodelforlandsubsidenceandimprovethecalculatingeffi

5、ciencyofthemodel．Intermsofadvantagesinanalymglayeredmediumproblems，thefufitelayermethodfiLM)isintroducedinlandsubsidenceanalysistoformnewNumeriealmodelinsolvinglandsubsidenceproblemsduetopumpinggroundwater．Themainresearchresultsm-easfollows：1Aimingatthefactthatcalculatingresu

6、ltsofunsteadygroundwaterflowformulausedinunderimpermeableboundaryconditionsofLimitedareashavesomeshortcomings，analyticalsolutionsofunsteadygroundwaterflowinrectangleandcircleLimitedarea,underdifferentboundaryconditions(conatant-headboundaryandno-flowboundary)，arederivedbyusin

7、gintegralUansforms．Reasonsthateausecalculatingformulaincompleteandcalculatingresultirrationalarepointedout．Rationalcalculatingproblemof2Dgroundwaterflowinhomogeneous，isotropicaquiferofLimitedareaissolved．2FLMforcalculatingtheunsteadygroundwaterflowinlayeredheterogeneousandani

8、sotropicconfinedaquiferissystemicallydeveloped．Finitelayerequationsw