地下水诱发地面沉降数值模拟分析研究

摘要

近年来由于经济发展以及国内人口数量的增长，开采地下水资源从而导致的大范围沉降现象已经成为一个不可回避的岩土工程问题。本文以德州市德城区为计算背景，以理论分析及数值研究相结合的方法，以探究地下水开采过程中不同含水层失水压缩特性为目标，综合考虑地下水动力学理论以及水文地质学、地下水动力学和岩土力学等，对研究区域内不同时期开采地下水量进行数值模拟，并且对影响地面沉降的参数进行基于蒙特卡罗方法的随机性研究及参数的敏感性分析，研究深层地下水开采引发的地面沉降问题，为德州市德城区沉降现象的治理提出解决方案，减少沉降现象引起的经济损失。本文研究主要内容如下:
　　1.研究分析地质参数随机性
　　基于研究区域德城区的概况研究，引入蒙特卡洛随机理论及敏感性分析理论，对影响地面沉降的重要影响参数进行分析研究，并且进行重要影响参数的敏感性分析，得出不同参数对地面沉降的影响程度并将参数进行敏感性排序，对抽取相同地下水资源而降低沉降量具有重要意义。
　　2.对区域地下水流场规律进行分析研究
　　确切的把握研究区域的流场动态变化是进行地下水开采诱发地面沉降的重要基础工作，在充分了解德城区地质概况及水文地质概况的基础上，概化得出德州市德城区研究区域的水文地质模型，确定地下水系统的补给、径流、排泄等条件，得出不同时期研究区域地下水流场分布规律为地面沉降计算奠定了基础。
　　3.建立研究区域三维流固耦合沉降数值模型
　　依照主要开采地下水层位含水层的水力特征，基于有限元理论建立三维流固耦合沉降数值模型，模拟地下水开采过程中含水层的流量和水头变化，进而得出开采地下水量导致的沉降量。基于德州市德城区深层地下水开采模型，对不同含水层进行特性分析，在进行地下水开采的分析中，对沉降数据进行整理分析，逐层分析含水层失水压缩特性，进而得出含水层的变化特征。根据地面沉降的模拟结果以及对地面沉降重要影响因素的分析，对研究区域的地下水开采情况提出合理的意见与建议。

目录

声明

摘要

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容及方法

1．3．2 技术路线

第二章 德州地区概况及地下水流场分析研究

2．1 德州区域概况

2．1．1 地质条件概述

2．1．2 环境水文条件概述

2．1．3 地面沉降现状概述

2．2 地下水流场规律分析

2．2．1 地下水渗流基础理论

2．2．2 研究区域范围及边界条件

2．2．3 含水层组的概化

2．2．4 源汇项概化及水文地质参数的选择

2．2．5 地下水非稳定流数值模拟分析

2．3 本章小结

第三章 力学参数的随机性及研究区地面沉降分析

3．1 物理力学参数随机性分析

3．1．1 随机算法理论

3．1．2 参数随机性计算分析

3．2 沉降模型的建立及求解

3．2．1 沉降固结理论

3．2．2 建立模型及网格划分

3．2．3 边界条件

3．2．4 参数的选取

3．3 计算结果与分析

3．4 本章小结

第四章 德州地区土层压缩特性及参数敏感性分析

4．1 不同地层压缩特性研究

4．2 参数敏感性分析

4．2．1 敏感性分析基础

4．2．2 敏感性指标选取

4．2．3 模型敏感性分析计算

4．3 回灌地下水对地面沉降的研究

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 本文创新点

5．3 今后工作展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目

硕士期间发表学术论文

硕士期间所获奖励