地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀機理研究

《地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀機理研究》是依託上海大學，由李玉岐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李玉岐
• 依託單位：上海大學

中文摘要

通過地下水滲流的室內模型試驗，利用顯微數碼攝像可視化跟蹤技術和數字圖像變形量測技術觀察和攝錄地下水位面變化過程中土顆粒的移動軌跡，為地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀機理分析和顆粒流數值模擬提供試驗數據；並從土體內部流固耦合機制的細觀層面上分析地下水滲流與土顆粒介質之間的相互作用，深入研究地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀力學機理。基於顆粒流理論，建立地下水位面變化過程中無粘性土層沉降發展變化規律的細觀理論模型，並在PFC計算軟體的基礎上進行二次開發，對地下水滲流過程中土顆粒的移動規律進行細觀模擬，進一步從細觀角度深入理解和認識地下水滲流引起無粘性土層沉降的機理；結合上海等地區無粘性土層沉降的觀測資料，利用研究取得的滲流引起無粘性土層沉降機理的細觀力學分析理論和相應方法，把理論預測的土層沉降結果與實際的觀測資料進行對比，為地面沉降災害的預測和治理提供參考意見。

結題摘要

隨著人類活動的發展，地面沉降問題越來越突出，嚴重時會成為一種地質災害。其中地下水的過度開採造成地面沉降已經得到普遍證實，成為制約很多城市發展的原因之一，對此很多學者提出了地下水回灌的措施來減小沉降，實際工程中也得到了套用。因此，地下水的開採和回灌問題成為了岩土工程領域研究的一個熱點。 該課題在前人研究的基礎之上，用室內模型試驗來研究沉降機理，設計了可行的試驗設備，對不同密實度的砂土進行反覆的排水和回灌試驗，測量試樣的豎向變形，並記錄水位的高度變化。在砂土的細觀分析上，利用數字顯微鏡、數位相機和數字處理技術研究砂土顆粒的變化規律，分析細觀特徵參數的變化。在不同的密實度條件下，通過記錄的孔隙水壓力和土壓力，分析砂土的應力變化規律，在排水和回灌的初期變形以彈性變形為主，隨著排灌的次數的增加，砂土結構發生重組，變形較大，產生了不可恢復的塑性和粘性變形，最後砂土試樣逐漸穩定，變形明顯減小。通過對CCD系統攝錄圖片的分析，每次排水和回灌後砂土顆粒的上下位移較為明顯，轉動角度相對較小；通過對數碼圖片處理後清楚地呈現出排水和回灌過程中顆粒的移動過程。在試驗研究的基礎上，運用PFC顆粒流模擬密砂的排水和回灌過程，通過邊界條件的設定來模擬水量控制，主要分析顆粒的下降和回彈量，同時分析顆粒的孔隙率、位移場和流體單元速度場變化。 基於洋山深水港區地基沉降觀測數據，採用不同的回歸模型對不同地質條件下的地基沉降進行非線性回歸分析。研究結果表明，除了在地基沉降的初期階段有一些差異外，所有模型的回歸曲線與實測沉降吻合的很好。通過回歸分析得到的模型參數可作為其他類似地質條件下重要工程地基沉降預測的參考。 該研究工作有助於我們進一步認識地面沉降機理、合理地開採地下水和科學地回灌，對於水資源的管理可以提供重要的參考。