地面沉降过程中渗流与应力应变耦合分析

论文摘要

在一些经济高度发达地区，随着工业的发展，对地下水日益增加的开采，尤其是在松散冲积层、湖泊或浅海沉积地带，其后果之一是导致地表下降或沉陷，即地面沉降。由于地下水开采而导致较大的地面沉降，是比较常见的，对地面沉降状况进行计算研究，对于将要面临同样问题的发展中地区是有帮助的。本文通过对现有固结理论进行进一步的认识，将Biot理论和多维固结理论的进行比较。分析了经典Biot渗流固结方程，讨论了耦合渗流方程的物理意义，考虑了影响渗透系数的各种因素，提出了渗透系数的变化对固结沉降过程计算的影响，并且在Biot基本微分固结方程的基础上，增加一个反映渗流系数和孔隙变化率关系的耦合方程，提出了地面沉降过程渗流一应力耦合方程，并给出了其在某些条件下二维和三维数值解和解析解，以及在实际运用中的对其计算的简化。在实例分析和计算中，发现计算地面固结沉降时，考虑渗透系数的变化对最终沉降量的计算没有任何影响，但是对反映整个沉降过程却有很大的影响，考虑地面固结沉降过程中的渗透系数变化，能够更好的反映固结变化过程，对于沉降预测有和防止有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 引言
• 1.1 沉降发生的地质环境
• 1.2 因抽取流体导致地面沉降的力学机制
• 1.3 固结理论的发展过程
• 第二章 地面沉降过程中渗流与应力耦合模型
• 2.1 经典Biot渗流力学耦合方程分析
• 2.2 Biot理论和多维固结理论的比较
• 2.2.1 两种理论的推导依据
• 2.2.2 Mandel-Cryer effect效应
• 2.2.3 超静水压力消散的比较
• 2.2.4 固结度的比较
• 2.3 Biot方程的解法
• 2.3.1 Biot方程的一般解法
• 2.3.2 线荷载作用Biot方程的解
• 2.3.3 集中荷载作用Biot方程的解
• 2.3.4 固结方程的有限元解
• 第三章 地面沉降过程中渗流与应力耦合
• 3.1 达西定律的物理意义
• 3.2 影响土体渗透系数的因素
• 3.2.1 土颗粒骨架对土体渗流系数的影响
• 3.2.2 渗透流体对土体渗流系数的影响
• 3.3 地面沉降过程中渗流与应力耦合
• 第四章 实例分析
• 4.1 地面沉降特征
• 4.1.1 形态特征
• 4.1.2 动态特征
• 4.2 地面沉降原因和机制
• 4.2.1 地面沉降工程地质条件
• 4.2.2 深层地下水的超采
• 4.2.3 地面沉降机制
• 4.3 地面沉降计算
• 4.3.1 沉降点的计算
• 4.3.2 沉降区域的计算
• 4.3.2 沉降中心点上的计算
• 第五章 结论
• 参考文献