地下水开采引起的地面沉降.ppt

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1、地下水开采引起的地面沉降目录0.引言1.潜水水位下降引起的地面沉降2.承压水水头降低引起的地面沉降3.其他情况下的地面沉降4.结论目录0.引言1.潜水水位下降引起的地面沉降2.承压水水头降低引起的地面沉降3.其他情况下的地面沉降4.结论0引言我国地面沉降最早发生于上世纪20年代的上海和天津地区，目前全国已有70多个城市发生了不同程度的地面沉降，沉降面积已达6.4万平方公里，沉降中心最大沉降量超过2米的有上海、天津、太原、西安等城市。过量抽取地下水是当前产生地面沉降最主要的原因之一，关于地下水位降低引起地面沉降的机理，目前学术界公认的是由于地下水位降低，引起土中孔隙水压力降

2、低，从而使土层的有效应力增加，进而产生固结变形。对于承压水容易理解，因为在承压含水层水头降低的过程中，土层中总应力保持不变，孔隙水压力减小，故而土层中有效应力增加。但对于潜水或层间无压水来说，问题就复杂得多，地下水位降低一方面引起土中孔隙水压力减小，另一方面也造成总应力减少，土层中有效应力是增是减则不能一概而论。自然条件下，地下水往往是分层存在的，多层地下水的水头分布受地质条件及边界条件的影响和控制。稳定渗流条件下，在含水层中，孔隙水压力即压力水头呈静水压力分布，在两个含水层之间的弱透水层即相对隔水层中，孔隙水压力由其上下两个含水层的压力水头决定。根据达西定律及水流连续原

3、理，均质土层中孔隙水压力分布为线性。典型的孔隙水压力分布见图1。图1很显然，随着地下水位或水头的变动，土层中的孔隙水压力会发生变化，当总应力不变时，其有效应力也会随之改变。地下水开采引起地下水位或水头下降，相关土层中孔隙水压力减小，当产生有效应力增加时，就会发生土层的固结变形，从而造成地面沉降。由于潜水水位和承压水水头变化影响的范围和内在机理不同，产生的后果亦有很大的差异，以下分别讨论。目录0.引言1.潜水水位下降引起的地面沉降2.承压水水头降低引起的地面沉降3.其他情况下的地面沉降4.结论1潜水水位下降引起的地面沉降图2多含水层条件下，假定只开采潜水含水层，其它含水层水

4、位或水头不变，潜水水位大面积下降前后，各土层均达到稳定渗流状态。潜水水位下降前，土中各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有效应力见表1：初始状态各点应力状态O点：总应力；孔隙水压力有效应力为F点：总应力孔隙水压力有效应力A点：总应力孔隙水压力有效应力初始状态各点应力状态有效应力D点：总应力孔隙水压力有效应力B点：总应力孔隙水压力潜水水位由O点下降到F点后各点应力状态O点：总应力孔隙水压力有效应力为F点：总应力孔隙水压力有效应力A点：总应力孔隙水压力有效应力潜水水位由O点下降到F点后各点应力状态有效应力D点：总应力孔隙水压力有效应力B点：总应力孔隙水压力潜水水位由O点下降到

5、F点后各点应力变化量O点：总应力变化量孔隙水压力变化量有效应力变化量F点：总应力变化量式中：为潜水含水层的孔隙率；为潜水含水层的孔隙比；为潜水水位下降后，水位变动带的饱和度。潜水水位由O点下降到F点后各点应力变化量F点：孔隙水压力变化量有效应力变化量A点：总应力变化量孔隙水压力变化量有效应力变化量潜水水位由O点下降到F点后各点应力变化量孔隙水压力变化量有效应力变化量D点：总应力变化量孔隙水压力变化量有效应力变化量B点：总应力变化量直观起见，将各点自重状态下地下水位下降前后总应力、孔隙水压力和有效应力及其变化量列表如下：潜水水位下降前，各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有

6、效应力潜水水位由O点下降到F点后，各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有效应力潜水位由O点下降到F点后，各点自重状态下总应力、孔隙水压力和有效应力的变化量目录0.引言1.潜水水位下降引起的地面沉降2.承压水水头降低引起的地面沉降3.其他情况下的地面沉降4.结论2承压水水头降低引起的地面沉降图3对于承压含水层，如图3所示，假定只开采该层承压水，其它含水层水位或水头不变，承压水水头大面积降低前后，各土层均达到稳定渗流状态。初始状态各点应力状态初始状态各点应力状态承压水头由O点下降到F点后各点应力状态承压水头由O点下降到F点后各点应力状态承压水头由O点下降到F点后各点应力变化量

7、承压水头由O点下降到F点后各点应力变化量经分析计算后，各点自重状态下总应力、孔隙水压力和有效应力的变化量见表4：承压水头由O点下降到F点后，各点自重状态下总应力、孔隙水压力和有效应力的变化量目录0.引言1.潜水水位下降引起的地面沉降2.承压水水头降低引起的地面沉降3.其他情况下的地面沉降4.结论3其它情况下的地面沉降3.1.2当隔水底板为弱透水层其下为不透水基岩时，如图4所示，潜水水位降低前后，达到稳定渗流时，相对隔水层中的孔隙水压力均呈静水压力分布。图4潜水水位降低前后土层中孔隙水压力变化示意图对比图2和图4可见，O、F、A