西安地面沉降形成机理及数值模拟研究

论文摘要

地面沉降是国内外都十分关注的一种复杂环境地质问题,是指自然和人为因素作用下,由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低的现象。它是一种缓发型灾害,不易被人们觉察,具有持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大、易发性、累进性、不可逆等特点,对人民生活、社会经济及可持续发展构成严重的威胁。西安作为举世闻名的世界四大古都之一,也出现了严重的地面沉降灾害,自上世纪70年代至上世纪末,地面沉降愈演愈烈,由此给西安地区造成了巨大的经济损失。因此正确认识西安地面沉降形成规律,并对其机理进行研究,对人民生活和经济发展具有十分深远的意义。本文在介绍了西安地区地质背景的前提下,首先对西安地区地面沉降形成过程作了详细的论述,指出过量抽汲地下水是地面沉降主要原因。其次从自然因素和人为因素两方面分别对西安地面沉降形成机理进行了较深入的分析。(1)自然因素主要是针对区域构造、地震、土体自重、黄土湿陷性等因素的影响进行分析,最终得出自然因素并非引起西安地面沉降的主导因素；(2)人为因素针对西安地区抽汲地下深层承压水和城市建设所引发的地面沉降进行了分析,其中重点对抽水引起的深层承压含水层垂直沉降和水平变形作了详细的分析,并阐明了沉降漏斗形成的机理；论文同时提出城市建设已成为现今地面沉降问题不容忽视的因素。在第五章,论文以Biot三维固结理论为基础,采用FLAC2D软件对西安地区地质技工学校处的地面沉降进行了二维数值模拟与土体—渗流耦合计算。通过分析模拟的计算结果,发现模拟结果与实际监测的结果是基本吻合的,这表明了地面垂直沉降和水平位移的特征和机理分析的正确性,同时也证实了数值模拟模型和编制的程序命令的合理性和正确性。最后,针对本次论文并结合目前对西安地面沉降的研究提出了结论和建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 地面沉降问题及研究意义
• 1.2 国内外地面沉降发展研究现状
• 1.2.1 国内外地面沉降发展现状
• 1.2.2 国内外地面沉降研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 第二章 西安地区地质背景
• 2.1 渭河断陷盆地的形成与演化
• 2.2 西安地区地质环境条件
• 2.2.1 西安地区地貌形态
• 2.2.2 气象与水文特征
• 2.2.3 地层岩性
• 2.2.4 断裂构造
• 2.2.5 新构造运动及地震
• 2.2.6 水文地质条件
• 2.3 本章小结
• 第三章 西安地面沉降发育过程
• 3.1 西安地下水开采的历史过程
• 3.1.1 西安城市的供水概况
• 3.1.2 地下水开采层
• 3.1.3 承压水开采历史及水位的动态特征
• 3.2 区域构造沉降
• 3.3 西安地面沉降概况
• 3.3.1 西安地面沉降发展阶段
• 3.3.2 西安地面沉降基本特征
• 3.4 本章小结
• 第四章 西安地面沉降形成机理分析
• 4.1 西安地面沉降形成条件
• 4.1.1 自然因素
• 4.1.2 人为因素
• 4.1.3 西安地面沉降形成条件总结
• 4.2 自然因素引起的地面沉降机理分析
• 4.2.1 地壳活动引起的地面沉降机理
• 4.2.2 土体自然作用引起的地面沉降分析
• 4.3 人为因素引起的地面沉降机理分析
• 4.3.1 抽汲地下水引起的地面沉降机理分析
• 4.3.2 城市建设引起的地面沉降分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 抽水引起地面沉降的数值模拟
• 5.1 岩土工程软件FLAC简介
• 5.1.1 FLAC理论背景
• 5.1.2 FLAC的数值公式
• 5.1.3 FLAC的场方程
• 5.1.4 FLAC解决岩土问题的算法流程
• 5.2 模型的建立及求解
• 5.2.1 地层的概化
• 5.2.2 建立模型及网格划分
• 5.2.3 边界条件
• 5.2.4 参数的选取
• 5.2.5 计算程序
• 5.3 计算结果与分析
• 5.3.1 垂直沉降分析
• 5.3.2 水平位移分析
• 5.3.3 垂直位移与水平位移的比较
• 5.4 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢