应力调整改变介质渗透性对水位的影响
岩土工程中的地下水位变化分析
岩土工程中的地下水位变化分析地下水位变化是岩土工程设计和施工中一个重要的影响因素。
合理分析和预测地下水位的变化对于保障工程的安全和稳定具有重要意义。
本文将就岩土工程中的地下水位变化进行分析，以期加深对这一问题的理解和应对能力。
一、地下水位变化的原因地下水位的变化受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1.季节性变化：地下水位往往受季节性降雨和蒸发的影响而发生周期性的波动。
在雨水较多的季节，地下水位上升；而在干旱季节，地下水位下降。
2.降雨和径流量的变化：大量降雨和径流水的注入会导致地下水位的迅速上升，特别是在施工期间，如果岩土工程未采取有效的排水措施，地下水位的变化可能会对施工安全产生威胁。
3.人为活动：人类活动（如抽水、排水、建筑物的基坑开挖等）会引起地下水位的变化。
合理规划和管理人类活动对地下水系统的干扰，对于减少地下水位变化的不可逆性影响具有关键作用。
二、地下水位变化的影响地下水位的变化对岩土工程具有重大的影响，主要表现在以下几个方面：1.土体稳定性：地下水位的变化会影响地下水与土体的相互作用，进而对土体的稳定性造成影响。
例如，地下水位上升会增加土体的孔隙水压力，降低土体的抗剪强度，易造成土体液化和坡体滑动等现象。
2.岩土渗透性：地下水位的变化会对岩土渗透性产生影响。
当地下水位上升时，土壤中的颗粒之间填满的气体会被水所代替，导致土体的渗透能力下降，增加了岩土工程施工中的排水难度。
3.工程设施安全：地下水位的变化对岩土工程的设施安全造成影响。
例如，在地铁工程中，如果未能合理预测和控制地下水位的变化，可能导致隧道渗漏、地铁车站积水等问题，影响工程的正常使用。
三、地下水位变化分析方法合理分析地下水位的变化对于岩土工程设计和施工具有关键意义。
以下介绍几种常用的地下水位变化分析方法：1.数学建模法：通过建立数学模型，模拟地下水位的变化规律。
数学建模法可以通过对连续方程、渗流方程等进行求解，得到地下水位变化图，并对岩土工程的稳定性、变形等进行预测。
不同边界条件对孔隙介质渗流-应力耦合的影响
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０
础， 引 入两 个无 量纲 参 数 Ｏ ｔ 和 表 达 了渗 流应 力 耦 合 效应 的强 度 。在 国内 ， 沈 珠 江首 次 把 Ｂ ｌ ｏ ｔ 固结 理 论 的有 限元法 应用 于 固结 分析 。殷 宗泽 等根据 流量 平 衡 的概 念推 导 出 Ｂ ｉ ｏ ｔ 固结理 论 的连续性 方程 。王 媛［ ４ ］ 以Ｂ ｉ ｏ ｔ 理论 为 基 础 ， 建 立 了 多孔 介 质渗 流应 力
界 为 自由边 界且 水 头均 为 ０ ； 上边界 条 件也 相 同 ， 均
作用有 ２ ＭＰ ａ均 布荷 载及 三角形 分布水 头 。为了分 析位 移边 界 条件对 耦合 效应 的影 响 ，情 况 ａ和情 况
中图分类号 ： ０ ２ ４ ２ ． １ ； ０ ３ ５ ７ ． ３ 文 献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ０ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ８ — ０ ４
１ 前 言
对 于对 遇水 易 膨胀 、 强度 易 降低 等 特 殊性 质 的 工程 软岩 来讲 。 研究 渗 流 场 与应 力 场耦 合 这一 课 题 非常重 要 。在 一定 的 地质 环 境 中 ， 对 于一 个特 定 的 岩体 系统而 言 ， 当岩体 的空 隙结构 以孔 隙为主 ， 或 以 密集 裂 隙分 布为 主时 。 而 且 当表 征 体元 相 对 于研 究
续性 方程 ，并 做 了数 值模 拟 。这 些研究 结果 推动 了 岩土 孔 隙介质 流一 固耦合 研究 的发 展 。 为 了深入 地研究 边界 条件对 计算 软岩 流 固耦 合 效应 的影 响 ，以西 南地 区常见 的一种 软岩— — 泥质 粉 砂岩 为 例 ， 基 于线 弹性 理 论 、 流体 质 量守 恒 定 理 ．
高邮-宝应M4.9级地震前周围水位的群体特征
高邮-宝应M4.9级地震前周围水位的群体特征王维;叶碧文;沈红会;缪阿丽【摘要】高邮-宝应M4.9级地震是江苏陆地22年来发生的最大的地震.在震前2年发现省内流体井水位出现了群体性准同步变化,表现为震中区井水位的同步下降.本文重点分析了江苏省流体井水位变化特征,消除了气压、降雨和地下水开采的影响,用异常幅度与年变幅度比值、从属函数两种方法定量提取了震前异常变化,根据水位资料及其变化机理总结了震前水位的群体性异常特征,认为在弱震区井水位的群体性变化是分析判定地震前兆异常的有效指标.水位的群体性异常反映了震前区域应力场的调整,震源区为应力变化的集中区.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2016(011)004【总页数】9页(P791-799)【关键词】高邮-宝应地震;水位;区域应力场;从属函数【作者】王维;叶碧文;沈红会;缪阿丽【作者单位】江苏省地震局,南京210014;江苏省地震局,南京210014;江苏省地震局,南京210014;江苏省地震局,南京210014【正文语种】中文地下水位是地壳活动中反应灵敏的组份，承压含水层井水位的变化可以反映震源区的应力场变化、区域构造活动产生的场兆和源兆信息以及非构造因素引起的变化（车用太，1997；张淑亮等，2015）。
许多学者研究了地下水位在震前的异常变化。
在地震孕育过程中，含水层介质受到区域构造活动的作用（Claesson等，2004），孔隙压发生变化，从而导致水位的变化。
也有学者认为区域应力调整改变了介质的渗透性，即构造活动增加了含水层渗透性和流动通道（赵利飞等，2002；Claesson等，2007），引起水位变化（张磊等，2014）。
1976年唐山7.8级地震（车用太，1997）、1990年共和7级地震（刘耀炜等，1998）震前地下流体前兆的动态演化特征都表明构造活动会引起水位的变化。
地下水异常的产生，不仅和震源应力场有关，而且和区域应力场联系密切（张素欣等，1997），从西部多震区历史震例来看，一次中强地震孕育过程可能伴随较大范围的前兆异常（刘翔等，2014），而震前的前兆异常往往具有群体性特征。
渗流场和应力场耦合应力变形数值分析
上 游 堆 石 过 渡 层 上游反滤层
∑［ ］ Ｄ］曰 ｛６ ＋∑｛ （ ）△ ｝ Ｂ ［ ［ ］△ ｝ ｍ｝Ｎ ｛“ ＝∑Ｆ （） ２
设［ ＝［ Ｄ］ ， ］ ｍ｝Ⅳ ， Ｋ］ ］ ［ ［ ［ ＝｛ （ ） ］
简写 之 ， 即为 ：
［ ］ △ ｝ Ｌ ］＋［ ｛ ｝＝｛ Ｆ｝ ｛６ ［ Ｌ］△ △ 式 中 ［ ］ — 劲度矩 阵 ； — ［ ｄ — — 耦合 矩 阵。 Ｌ］
增 大 到 １０ １ ． ２ ｍ。对 于 水平 位移 ， 游处 水平 位移 逐 上
３ 计算实例分析
计算模型选取大坝 的最大横 剖面 （ 图 １ ， 见 ） 坝 顶高程 ２５ ００ ｍ， １．０ 坝基高程 为 ２１６０ ｍ， ９． ０ 灌浆帷
渐 较小 ， 游处 水 平 位 移 逐 渐 增 大 。这 是 因为 孔 隙 下 水 的渗透 作用 下产 生 的 ， 渗 透力 的作 用 下 坝 体 水 在
偏 移趋 势 不是 很 明显 。
耦 合 方程 。
由此可见 ， 每一个节点都建立 了三个方程 ， 其中 两个为平衡方程 ， 另一个 为水流连续性方程。静 力 变形分析模块 的全局变量 为应变增量 ， 渗流分 析模 块 中 的全 局 变 量 为孔 隙 水 压 力 增 量 。在 耦 合 分 析 中 ， 隙水压 力 的计算 由渗流 分析 模块 完 成 ， 孔 而后 将
△ “ —— 孑 隙水 压力 增量 。 Ｌ 据虚 位移原 理 ， 将式 （ ） 散 ， １离 可得如 下形 式 ：
渗 流场 和应 力场 的耦 合分 析在 裂 隙岩体 中早 已
成 为热 点 问题 ， 目前 ， 己有 较多 的研究 成果 。对 于 土 体 而言 ， 有代 表性 的是 基 于 Ｂ ｏ 固结理 论 的渗 流 最 ｉｔ
基坑开挖对周围建筑影响
基坑开挖对周围建筑影响基坑开挖是在建筑施工过程中常见的一种操作，它对周围建筑物有着一定的影响。
基坑开挖是指在建筑施工开始前，为了进行基础工程的施工而需要挖掘一定的土方。
这个过程会涉及到土方开挖、支护、基础施工等多个步骤。
下面将详细介绍基坑开挖对周围建筑的影响。
首先，基坑开挖可能对周围建筑物的土体稳定性造成一定影响。
在挖掘过程中，可能会导致周围土体的变形，包括土体的压缩、膨胀等，甚至可能引发土体的坍塌。
特别是在基坑开挖的同时进行邻近的基础施工，更容易对周围土体的稳定性产生影响。
因此，在基坑开挖前需要进行详细的土质勘探，合理进行支护措施，确保周围土体的稳定性。
其次，基坑开挖还可能对周围建筑物的地基承载力产生一定影响。
基坑开挖会改变周围土体的应力分布，从而可能对周围建筑物的地基承载力造成影响。
特别是对于一些老旧建筑物，地基承载力可能已经较小，基坑开挖会进一步削弱其地基承载力。
因此，在基坑开挖前需要进行地基承载力计算，并采取相应的加固措施，以确保周围建筑物的安全。
基坑开挖还可能对周围建筑物的地表沉降产生影响。
在基坑开挖过程中，土方的移除会导致周围地表发生沉降。
特别是在开挖较深的大型基坑时，地表沉降可能更为明显。
这种地表沉降会对邻近建筑物的地基和结构产生一定的影响，可能导致建筑物的下沉、裂缝等问题。
因此，在基坑开挖前需要进行地表沉降的预测和控制，采取相应的补偿措施，以减少对周围建筑物的影响。
另外，基坑开挖还可能对周围建筑物的地下水位和地下水流动造成一定影响。
基坑开挖会改变周围土体的渗透性和吸水性质，导致地下水位的变化。
特别是在湿地或者地下水位较高的地区，基坑开挖可能会导致地下水的涌流，从而对周围建筑物的地下结构和基础产生一定的影响。
因此，在基坑开挖前需要进行地下水位和地下水流动的测量和分析，采取相应的排水措施，以降低地下水对周围建筑物的危害。
综上所述，基坑开挖对周围建筑物有着一定的影响。
这包括土体稳定性的影响、地基承载力的影响、地表沉降的影响以及地下水位和地下水流动的影响。
第四章 土的渗透性和渗流问题本章 学习要点
第四章 土的渗透性和渗流问题第一节 概述土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。
渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。
水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。
此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。
本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。
第二节 土的渗透性一、土的渗透规律——达西定律(一)渗流中的总水头与水力坡降液体流动的连续性原理：（方程式）dw v dw v w w ⎰⎰=2211 2211v w v w =1221w w v v = 表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的 平均流速与过水断面的面积成反比。
前提：流体是连续介质流体是不可压缩的；流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。
理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。
）c gv r p Z =++22饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中 的位能和动能。
水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。
按照伯努利方程，液流中一点的总水头h ，可以用位置水头Z ，压力水头U/r w 和流速水头V 2/2g 之和表示，即gv r u Z h w 22++= 4-1 此方程式中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，而其量纲都是 长度。
教材P37图22表示渗流在水中流经A ，B 两点时，各种水头的相互关系。
按照公式（4－1），A,B 两点的总水头可分别表示为：gv r u Z h A w A A A 22++= gv r u Z h B w B B B 22++= h h h B A ∆+=式中：Z A ，Z B ：为A ，B ，两点相对于任意选定的基准面的高度，代表单位重量液体 所具有的位能（位置高度）故称Z 为位置水头。
简述下渗过程各阶段受力状况及运动特征
渗过程是指液体或气体在多孔介质中的运动过程，它是地下水运动和水文地质学研究的重点内容之一。
渗过程受力状况和运动特征对地下水的形成、流动和分布具有重要影响。
以下是对渗过程各阶段受力状况及运动特征的简要描述：1. 渗透阶段：在渗透阶段，流体受到以下受力影响：- 压力梯度：流体在多孔介质中由于地下水位差形成压力梯度，使得水向低压力方向移动。
- 地下水位：地下水位的变化会影响渗透过程的速率和方向，对水文地质学和地下水资源开发有着重要影响。
流体在渗透阶段的运动特征包括：- 渗透速率：受多孔介质裂缝、孔隙度等因素影响，不同介质的渗透速率差异很大。
- 渗透方向：受压力梯度和地下水位变化的影响，渗透方向多为垂直或水平渗透。
2. 吸附阶段：在渗过程的吸附阶段，流体受到以下受力影响：- 滞留力：多孔介质表面的吸附力使得流体分子在介质表面停留一段时间，影响流体的渗透速率。
- 地下水化学性质：地下水中的化学物质会与多孔介质发生吸附反应，影响渗透的速率和方向。
流体在吸附阶段的运动特征包括：- 吸附速率：受多孔介质表面性质和地下水化学成分的影响，吸附速率差异较大。
- 吸附均匀性：多孔介质表面的均匀性会影响流体的吸附过程，不同介质对吸附速率的影响程度也不同。
3. 穿透阶段：在渗过程的穿透阶段，流体受到以下受力影响：- 孔隙空间：孔隙度和裂缝的大小会影响流体的渗透速率和方向。
- 地下水位变化：地下水位变化会对多孔介质中的流体运动造成重要影响。
流体在穿透阶段的运动特征包括：- 表演速率：受多孔介质的孔隙度、裂缝和地下水位变化的影响，穿透速率较为复杂。
- 渗透方向：在多孔介质中，流体的穿透方向可能随地下水位变化而改变。
总体来看，渗过程各阶段受力状况及运动特征复杂多样，受到地下水位变化、多孔介质孔隙度、裂缝的影响较大。
对渗过程的研究有助于更好地理解地下水运动和水文地质学特征，为地下水资源的开发和保护提供重要参考和支持。
渗过程是地下水运动和水文地质学研究的核心内容之一。
地震活动对地下水位影响研究
地震活动对地下水位影响研究地震活动对地下水位的影响研究地震是地球上一种常见而又异常破坏性的自然灾害，经常给人们的生命和财产带来巨大威胁。
除了直接的破坏，地震活动还可能对地下水位产生影响，甚至引发次生灾害。
因此，在地震活动研究中理解地下水位变化的规律变得尤为重要。
1. 地震与地下水位变化的联系地震活动与地下水位有一定的关联。
当地震发生时，地下岩石受到应力的快速释放，造成地下水位的变动。
这种变动可以表现为曾经封闭的水源重新开放，或者原本存在的水源被封闭。
地震引发的地下水位变化有时也会导致地下水逆流，甚至产生地下水涌出现象。
2. 地震对地下水位的影响机制地震对地下水位的影响主要有两个机制：破裂过程与孔隙压力。
首先，地震破裂过程中释放的应力能量会导致岩石的断裂和变形，从而改变岩石的孔隙结构。
这种变化会影响地下水的含水量、渗透性和流动性。
其次，地震活动会改变断层周围的地下孔隙压力，导致地下水的渗透和逆流。
这种孔隙压力的变化会进一步扩大地下水位的范围和程度。
3. 地震引发的地下水位变化案例在历史上许多地震事件中，地下水位的变化都被观测到。
例如，1999年台湾嘉义地震引发了岛内许多井泉涌水现象，导致当地农田受到严重淹水。
类似地，在2008年汶川地震期间，震源附近地下水位发生显著变化，引发了一系列次生灾害，包括水涌、泥石流等。
4. 地震活动对地下水安全的影响地震活动对地下水位的影响不仅仅是科学研究的范畴，它还直接关系到社会的发展和人们的生活。
地下水是人们生活和生产中不可替代的重要资源，任何其变化可能带来的威胁都应引起重视。
因此，我们需要更深入地研究地震活动对地下水的影响机制，以制定相应的防灾减灾措施，保障地下水安全。
5. 地震活动对地下水位的管理策略为了有效地管理地震活动对地下水位的影响，我们需要采取以下几个策略：首先，建立健全的地下水位监测系统，实时掌握地下水位的变化情况。
其次，加强地震活动与地下水位之间关系的科学研究，深入了解影响地下水位变动的因素和机制。
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式 中 ， 是 孔 隙 比 ． 分 别 是 岩 石 介 质 的 孔 隙 体 积 和 固 体 颗 粒 体 积 ， 们 的 关 系 是 ： Ｖ、 它 ｖ ｖ ＋ ｖ 当有 效 应 力 。 化 时 孔 隙 率 会 有 比较 明 显 的 变 化 ， 固 体 颗 粒 体 积 的 变 化 很 小 （ ． 变 而 通 常 假 定 不 变 ）所 以 上 式 成 立 。 ， 根 据 固 结 试 验 曲线 — ｌｇ 其 斜 率 定 义 为 压 缩 指 数 ，即 ｏＧ．
引 言
有关 岩体应 力一 应变 到含水层 孔 隙压 力变化及 与井水位 升 降的关 系等 ． 不少 学者 已进行
过 研究 ・ 承 仙 等 讨 论 了应 力 场 对 孔 隙 压 的影 响 ， 利 飞 等 定 量 地 分 析 了影 响 井 一 水 张 赵 含
层系统 映震性 能 的原 因 ， 尹京苑等 通过模 拟水 位 曲线 反 演 了地 震孕 育 发展 中应 力 场 的调
ｌ 基 本 理 论
切地球 物理 信息 源对含 水层 的作用都可 以造 成含 水层 介质 的体 膨胀 ， 从而 引起 井 水 位 的 升 降 据 孔 隙介 质 中孔 隙 压 力 所 满 足 的有 源 扩 散 方程 ， 以得 出体 膨 胀 与 孔 隙 压 力 的 根 可
一
关 系
由于 本 文 只考 虑 水 平 层 状 渗 流 问题 ， 以可 简 化 为 一 个 二 维 问题 所
（ １上 海市 地震局 ＋ 莓 ２ ０ ￣ —． 国地 震 局分 析预 报 中心 ． 上｛ ０ ０２ ２ 中 北京 １０ ３ ） ０ ０ ６
摘 要 ： 岩 石抽 水 一 在 注承 试 验 的基 础 上 ， 通过 应 山 和渗 透 系 数 的关 系 ， 散 值 模 拟 的方 法 讨论 了 用 应力 与 渗 流 的过 程 究结 果 表 明 ， 着应 力 场的 调 整介 质 的渗 透性 将发 生 改 变 ， 而 对 渗 流过 研
２ ２卷
警 ｃ 等 一ｇ ＝ 警＋ Ｐ 等
上． 根据 钻 孔抽 水试 验 资料 分析 得 到渗 透 系数 与正 应 力是有 一定 的函数关 系 的
函数 关 系 Ｌ １ 可 表 示 为 图 ）
（ ＝ ｆｅ ＾ ．
㈩
・
收 稿 日期 一０ １０ 修 改 回 日期 一 ０ — ５ ｉ ２ ０ ３１ ９ ２ １０ ０ ０ 基 金项 且 一 地震 科 学联台 基 金资 助项 目（ ０ ０ ７ １ ０ ２ １ 作者 简 介 ： 利 飞 （ ４］ 男 ・ 北 行唐 ＾ ， 赵 １７ － 河 ９ 助理研 究员 ， ９ ８年在 读硬 士生 ， 耍 事地 震前 兆机 理研 究 １９ 主
整情况 。
岩 石 与 地 下 水 通 过 物 理 、 学 和 力 学等 形 式 相 互 作 用 着 ． 中相 互 力 学 作 用 可分 为 直 接 化 其
作用和 间接作用 。直接 作用是指 水进入孔 隙直接改 变岩石所 受到 的有 效围 压或 围压 的改变
直接影 响到地下 水 的渗流过程 ； 间接 作 用 是 指 地 下 水 的存 在 引 起 岩 石 的摩 擦 特 性 的 改 变 为 了 深 人 讨 论 岩 石 对 水 的 直 接 力学 作 用 ， 文 在 岩 石 抽 水一 水 试 验 的基 础 上 ， 过 分 析 岩 石 本 注 通 受 力 与 其 渗 透 性 能 的 关 系 ． 立 能 够 反 映 应 力 调 整 与 渗 流过 程 的 微 分 方 程 ， 究 应 力 场 变 化 建 研 对 井 水 位 的 影 响 。 通 过 实 际 震 例 ， 保 山井 水 位进 行 数 值 模 拟 来 验 证 这 一 方 法 的 合 理 性 。 对
程 产生 影 响 ・ 这种 影 响是 非 线性 的 ・ 渗流 作 用 的存 在使 得 水 位 的 变 化 与介 质 的 渗透 性 的变 化 不
是对 应 的关 系 。
美键 词 地 下水 ； 赢 ；数 值模 拟 ； 渗 体应 力 ；水位 异 常
中 圈分 类号 ； ３ ｓ ７ ３ Ｐ １， ２ 文 献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ０ ０３ ７ （０ ２ ０ — ０ ５｛ ｉ ０ —２ ４ ２ ０ ） １０ ５ 】 ６
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式 中 ． 贮 水 率 ． 为 孔 隙 压 力 式 Ｌ １ ｔ 渗 透 系 数 看 成 常 数 来 处 理 ・ 化 了 问题 。实 际 Ｓ为 １中 将 简
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第 ２ ２卷
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式 中 ， 指单位 面积 、 Ｓ是 单位 厚度 的含水 层柱体 中 ， 当 水头 降低 一 个单 位 时 弹性释 放 出来 的水 量 ， 、 分别 是 岩石 介 质和 水 的弹 性 压 缩 系数 ， 一