地面沉降过程中渗流与应力应变耦合分析

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-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。

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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