開採地下水條件下地裂縫形成機理及數值模擬研究

《開採地下水條件下地裂縫形成機理及數值模擬研究》是依託南京大學，由張雲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：開採地下水條件下地裂縫形成機理及數值模擬研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張雲
• 依託單位：南京大學

項目摘要

過量開採地下水會導致地面開裂，造成巨大的經濟損失，但目前國內外在地裂縫研究方面還有很多科學問題未得到很好解決，特別是地裂縫的形成機理和數值模擬方法。本項目將在對典型地裂縫地區進行廣泛地質調查和對地下水位、土層變形、地面沉降、地裂縫等監測資料深入分析的基礎上，通過試驗研究土體在不同地下水位變化模式下的拉伸和剪下破壞特徵，採用基於斷裂力學的鈍斷裂帶模型來表征地裂縫，建立刻畫地裂縫形成和發展過程的數值模擬方法，揭示地裂縫形成機理。利用研究區實際觀測資料，對所建立的數值模型進行識別和檢驗，並將經識別和檢驗的模型套用於地裂縫的預測預報，為合理規劃地下水開採、防治地裂縫災害提供科學依據。本項目研究地裂縫的思路和方法獨特，創新顯著,其研究成果對土體強度理論、地裂縫的形成機理、地裂縫數值模擬的進一步發展具有重要的科學意義，對地裂縫的科學預測和合理防治以及地下水開採的合理規劃具有重要的實際套用價值。

結題摘要

過量開採地下水不僅會引起地面沉降，也可能引起地面開裂，地裂縫往往伴隨著地面沉降而發生。地裂縫極大地威脅著地表及地下建（構）築物的安全和正常使用，也給地表水體提供了直接滲入地下含水層的通道，造成農田灌溉水滲漏及地下水體污染，同時地裂縫的出現也會給當地社會造成一定的恐慌，使大面積土地資源遭棄置，造成巨大的經濟損失。由於問題的複雜性，目前國內外在地裂縫研究方面還有很多科學問題未得到很好解決，特別是地裂縫的形成機理和數值模擬方法。本項目在已有研究基礎上，以典型采水型地裂縫地區（江蘇蘇錫常地區）作為研究區域，研究地裂縫的時空演變特徵，研究在地下水開採引起的緩慢、反覆的有效應力作用下土體拉裂破壞和剪下破壞特徵以及地裂縫形成機理，研究基於斷裂力學、能夠刻畫地裂縫形成和發展過程的數值模擬方法。本項目解決了地裂縫研究和防治中長期存在的難題，深化了地裂縫的形成和演變機理，有效模擬了地裂縫的發生位置和演變過程，為地裂縫災害防治和工程建設規劃提供了切實可行的模擬方法。項目研究成果對土體強度理論、 地裂縫形成機理、地裂縫數值模擬的進一步發展具有重要的科學意義。