沉井施工降水时地下水动态分析及对江堤影响的研究

论文摘要

本文以泰州长江大桥北锚碇(沉井)周边为研究区,用地下水模拟软件GMS对地下水水流进行数值模拟,预测北锚碇施工期的涌水量和地下水位动态,并根据预测结果评价江堤的渗流稳定、抗滑稳定和地面沉降量。在收集和分析研究区的地形地貌、地质构造、水文地质条件的基础上,系统地阐述了研究区内主要地层的岩性,分析了地下水的赋存条件及分布规律以及地下水的补给、径流、排泄规律和地下水动态特征。在此基础上,确定研究区范围和计算目的层,概化含水层水力特征、垂向、侧向边界后,依据水文地质概念模型建立了地下水数学模型。由建立的数学模型,采用GMS软件,根据现有的钻孔资料、边界条件和各种源汇项,采用网格法与概念模型联合建立模型,通过模型识别拟合各种参数,并将识别的模型进行检验。检验结果表明:建立的三维模型反映了研究区地下水系统的本质特征,再现了地下水的水位动态、运移规律,为沉井施工期地下水涌水量预报、水位预报、地面沉降的控制提供科学依据。渗透变形是造成江堤在施工降水期间险情的主要原因。研究江堤的渗透变形对于合理的评价江堤的安全性、预测渗透破坏的发生形式以及具体位置、对江堤抢险加固进行科学的指导等,都具有重要的理论和实践意义。本文根据模型预报的水位,选择三个江堤的典型断面进行渗流的数值模拟,判定江堤的渗流稳定和边坡稳定。施工降水引起的另一个地质现象就是地面沉降。地面沉降是土层中孔隙水承担的孔隙水压力和土骨架承担的有效应力发生变化的结果。本文采用弹性非线性邓肯理论及比奥固结平面有限元程序(BCF95),建立研究区地面沉降模型,并对沉井施工降水过程中引起的江堤的沉降进行了预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 地下水模拟的重要性
• 1.2 地下水模拟的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题的提出、研究内容、方法及要达到的目的
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 1.3.4 技术路线
• 1.3.5 达到的目的
• 1.4 本章小结
• 2 研究区域背景介绍
• 2.1 研究区地形地貌
• 2.2 研究区地质条件
• 2.3 研究区水文条件
• 2.4 研究区水文地质特征
• 2.5 抽水试验井布置
• 2.6 本章小结
• 3 地下水系统数值模拟
• 3.1 地下水系统概化模型
• 3.1.1 地下水系统含水层结构特征
• 3.1.2 地下水系统水量交换特征
• 3.1.3 地下水系统边界条件
• 3.2 地下水系统数学模型
• 3.2.1 数学模型的表达
• 3.2.2 数学模型的求解
• 3.3 地下水系统数值模型
• 3.3.1 模型前期处理
• 3.3.1.1 网格划分
• 3.3.1.2 时间离散
• 3.3.1.3 水文地质参数和初值的确定
• 3.3.1.4 源汇项的处理
• 3.3.2 建立三维可视化地层模型信息系统
• 3.3.3 模型识别与检验
• 3.3.4 模型识别评估
• 3.3.5 模型检验
• 3.3.6 模型预报
• 3.3.6.1 一类边界的预测
• 3.3.6.2 模型中源汇项的预报
• 3.3.6.3 预报时段的确定
• 3.3.6.4 模型预报结果
• 3.4 本章小结
• 4 江堤渗流
• 4.1 渗流理论概述
• 4.2 边坡稳定分析方法概述
• 4.3 渗流计算原理
• 4.4 渗透稳定判别标准
• 4.5 渗流计算数值模拟
• 4.5.1 渗流计算方法
• 4.5.2 计算剖面特征
• 4.5.3 边界条件的处理
• 4.5.4 模型的剖分
• 4.5.5 渗流模拟结果
• 4.6 边坡稳定分析计算
• 4.6.1 计算方法
• 4.6.2 计算断面及条件
• 4.6.3 计算结果
• 4.7 本章小结
• 5 地面沉降模拟
• 5.1 地面沉降的概述
• 5.2 目前已有的地面沉降模型
• 5.2.1 水流模型
• 5.2.2 土的变形模型
• 5.3 影响地面沉降的主要因素
• 5.4 地面沉降计算方法研究
• 5.4.1 演变机理
• 5.4.2 地面沉降计算方法
• 5.5 沉降模型建立与计算
• 5.5.1 BCF 程序简介
• 5.5.2 模型中参数与物理量的试验及计算
• 5.5.3 沉降模型建立
• 5.5.4 沉降计算结果
• 5.6 本章小结
• 6 主要结论及展望
• 6.1 本文主要工作和成果
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 有待进一步研究的问题与展望
• 7 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文