某铁路沿线水井抽水引发的地面沉降模拟研究
孔内抽水引起的桩周地表沉降计算方法研究
总第177期公路与汽运H ighw ays&A utom otive A pplications213孔内抽水引起的桩周地表沉降计算方法研究刘金海、吴霞2，王娟3(1.贛州中科工程管理有限公司，江西贛州 341000;.江西应用技术职业学院，江西贛州 341000;3.陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南 714000)摘要：针对富水地区桩基工程施工中桩孔内渗水量较大的特点，考虑桩基孔内抽水导致水位下降而引起桩周地表沉降，分析一种潜水完整井稳定渗流下的桩周地表沉降计算方法。
根据渗流理论分析推导了降水渗流下桩基周围土体单元的有效应力增量；采用二维平面范围内进行二重积分计算的方法，分析了渗流作用下孔内降水引起的桩周地表沉降计算公式。
以具体工程为依托，分别采用现场实测与公式计算的方法对桩周地表沉降进行预测，结果表明实测值与计算值整体上较为接近，但在距离桩孔边缘3m范围内，实测值大于计算值，而5m范围外的计算值与实测值较为接近，同时沉降值随着与桩孔边缘距离的增大而减小。
关键词：桥梁；庄基础；庄周沉降；渗流；富水地区中图分类号：U443.1 文献标志码：八在地下水位较丰富的地区，桩基在成孔掘进过程中易受到地下水的影响。
桩孔的开挖掘进为孔周土体的侧向移动提供了临空面，并为地下水的渗流提供了新路径。
与大型基坑开挖相比，桩基孔成孔中桩孔开挖面范围较小，相关研究与大量工程实际表明，由于土体开挖而引起的桩孔周围土体的侧向位移和竖向沉降较小，在实际分析计算时应主要考虑由于地下水的降水渗流所引起的沉降。
桩基孔内抽水导致地下水位下降，一方面使孔隙水压力得以消散而转移为有效应力，桩周土体单元的自重有效应力增大，土颗粒的接触更紧密。
另一方面，孔内降水导致孔内外存在水头差，根据渗流理论，在水头差作用下降水竖向渗流会给土颗粒施加单位体积上的动水压力，使土颗粒产生附加沉降。
自重有效应力的增加和竖向动水压力都会导致土颗粒更加密实而固结，在竖向表现为沉降。
群井抽水试验及地面沉降分析在天津某地铁车站中的应用
ｆｕ ｄｔ ｎ ｏｍｅ ｂ Ｃ Ｇ ｌ ｅ ｉｓ ［ ． Ｃ ｍｐｔｒ ａｄ ｏｎ ａｉ ｆ ｄ ｙ Ｆ —ｍ ｐｌ ｏ ｒ ｉ ｅ Ｊ］ ｏ ｕｅｓ ｎ
［ ］ 玉 ， 战 友 ， 红 峰 ． 速 铁 路 Ｃ Ｇ 桩 承 载 力 试 验 分 析 ８舒 严 刘 高 Ｆ
收 稿 日期 ：０ １０ ．６； 回 日期 ：０ １０ —８ ２ １ ．６ １ 修 ２ １ －８ １
作 者 简 介 ： 艺 明 （ ９５ ）， ， 东 吴 川 人 ， 士研 究生 。 黎 １８一 男 广 博
淤泥 质 粉 质 黏 土 ， 。 质 黏 土 ， ③ 粉 ③ 黏 土 、 泥 质 黏 淤
土， ③ 粉质黏 土 ， 粉质 黏 土 ， 粉 质 黏土 ， ④ ⑤ ⑥ 粉 土 、
设计 中起到 重要 的作 用 ： 获取 较准 确 的水文 地质 参数 ； 确 定合 理 的降压 井 深度 和相 关 参 数 ； 定 上 部 隔 水层 确
２ 微承压 含水 段 ） 将 场地埋 深 ２ ． ０～ ５ ５ 段 可 分 为 １个 微 承 ５ ５ ５ ． ０ｍ 压 含水 层和 １个微 承压 相对 隔水层 。
水水 位分 布 、 该层 土 与相 邻 土 层 及 上 部 含 水 层 的水 力
关系 、 验证 现 阶段 承 压水 设 计 处 理 方 案 的 可行 性 和 合
主要指全新统中组海相沉积层 （ ｚ） Ｑ ｍ 粉土及粉质
黏土 （ 层号③ ：③ ， 、 ） 潜水 主要 由大气 降水 及海 河侧 向
排 泄 补给 ， 以蒸 发 及 向海 河 侧 向径 流 形 式 排 泄 。潜 水
分 析 为 例 ， 群 井 抽 水 试 验 过 程 和 Ｈ Ｎ ｕｊ ， Ｂ Ｓ Ａ Ａ ， Ｎ ｉ ｚｉ Ｔ ｒｅ ６ Ｚ Ｅ Ｇ Ｊｎｉ Ａ Ｕ Ｈ Ｒ Ｒ Ｓ Ｗ ＷＡ Ｇ Ｘａ ｈ． ｈｅ— ｅ ｎ
试论抽水试验引起地面沉降效应问题
试论抽水试验引起地面沉降效应问题要】本文通过对粘土和砂土在不同组合情况下进行抽水试验，对土样的沉降情况进行了观察分析，研究了抽水引起的地面沉降问题及地面沉降的机理。
关键词】抽水试验；地面沉降；数据；效应1.引言本文为了考查不同土层（粘土层和砂土层）组合下地面的不均匀沉降而做了一些实验，在开展相关实验的基础上，主要采用室内试验模拟了释水条件下不同含水层系统沉降的机理、特征，并通过实验数据的处理，得出其沉降规律并给出了分析。
通过实验过程的观察以及实验数据的分析，直观形象地描述了抽水条件下地面沉降量的全过程，分析了地面沉降的机理。
通过本实验，我们可以通过数据清楚地看出粘土在释水情况下沉降较明显，而砂土则不是很大。
2.实验装置2.1试验平台介绍试验平台主体采用有机玻璃材质构架。
模型由固结容器、底座、测压管、透水滤纸、溢流槽、水箱、支架、溢流管等几部分组成。
按照各部分的功能可以将整个模型划分为：试验模型主体、沉降量测系统、流量监测系统、供水装置。
各部分介绍如下：试验模型主体：为有机玻璃圆筒，高2.10m，外径0.40m，内径0.38m。
试验土层分三段，下部填充反滤层，中部填充试验用的土层，上部加水。
沉降量测系统：本实验使用游标卡尺直接测量抽水条件下粘土层的沉降量，本实验数据较难满足一定的精确度，但是所测得数据能够大致反映地面沉降量大小。
供水装置：供水水槽安放在模型上方，由其向模型不间断供水，以保证试验过程中边界水头的稳定，多余的水通过模型上的溢流口排出。
2.2实验的前期准备选取实验所用的土样、标准砂土，粘性土。
在进行沉降模拟试验之前进行：土样采集、土样制备。
为了模拟抽水条件下不同成层含水层的沉降机理，设置了5组实验。
第一组：含水层系统由砂层、砂层，粘土层组成，各层都为均质的。
第二组：含水层系统均为砂层，各层都为均质的。
第三组：含水层系统均为粘土层，各层都为均质的。
第四组：含水层系统由粘土层、粘土层、砂层组成，各层都为均质的。
高铁沿线抽水对铁路路基安全性的影响研究
高铁沿线抽水对铁路路基安全性的影响研究摘要：以大西高铁沿线的某一典型抽水井及其周围高铁路基路线为研究对象，采用国际著名的顶尖岩土有限元分析软件Plaxis3D开展流-固耦合数值仿真分析，从而定量的计算出农业灌溉井抽水对高铁线路的变形影响，结果表明：灌溉期抽水导致地下水位降低对高铁路基的影响较小，高铁路基最大沉降2.46mm；间歇性的抽水，可以让地层的变形得到恢复，间歇时间越长越有利于控制路基沉降变形，灌溉期适当抽水对高铁路基的影响结果为安全。
关键词：高速铁路；抽水；安全性；路基高铁线路对基础沉降变形的要求非常严格。
研究线路段的周边，有大量的农用灌溉井，且井深度较深，灌溉期抽水时间较长，对深厚的土层易引起加速固结沉降变形，其距高铁线路较近，处于“沉降漏斗”中，需要精密计算分析[1-2]。
基于此，本文以大西高铁沿线的抽水井及其周围高铁路基路线为研究对象，采用国际著名的顶尖岩土有限元分析软件Plaxis3D进行流-固耦合数值仿真分析，从而定量的计算出典型农业灌溉井抽水对高铁线路的变形影响。
1 工程概况本次模拟采用晋中市某一典型线路段上行处，距路堤坡脚25m处设有用以饮水、灌溉为目的的抽水井为原型进行仿真计算。
其中水井直径为35cm，井深200m，水位-50m，灌溉周期为每年4月至10月。
路基截面如图1所示：图3 高铁路基与灌溉井三维有限元模型根据调查，农用抽水井深度200m，因此场地地质深度取210m，概化为9层。
从上至下分别为：粉质黏土层、黏土层、粉质黏土层、黏土层、粉质黏土层、砂层、深层黏土、深层粉质黏土、砂岩。
地下水常年水位在-20m。
高铁路基分为基床表层和基床底层，布满密实的粗颗粒砂和砾石，如图2。
抽水井对路基边缘的垂直距离为25m。
模型尺寸为长180m、宽140m，深度210m，如图3。
3 土体和地基的参数选取地层采用最先进的高级本构模型HSS本构模型进行模拟。
该模型属于非线性塑性本构模型，非常适合分析土体的物理属性，它充分考虑了三轴试验和固结试验等不同应力路径下的土体性能。
地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响及对策探究
道路桥梁Roads and Bridges78地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响及对策探究焦晓兵（中铁十六局集团电务工程有限公司北京 100018）中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2017）04-0078-01摘要：由于我国经济发展的需求，越来越多的地区进行了高速铁路桥梁的建设，从而给我国社会经济的发展带来一定的促进作用，但是，由于多方面因素的影响，我国高速铁路桥梁也受到极大的影响，本文根据地面沉降给高速铁路桥梁工程的影响进行了论述，并提出一些对策，希望对高速铁路工程带来一定的帮助。
关键词：地面沉降；高速铁路桥梁工程；影响；对策前言：高速铁路桥梁的建设对我国的发展有着十分重要的作用，但是，由于我国不同的地区在地势上有着很大的区别，所以，在高速铁路桥梁工程中会受到多方面因素的影响，尤其是东北平原地区，由于地面沉降现象越来越严重，从而给地区高速铁路桥梁工程带来极大的影响，下面就地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响做一些阐述。
一、地面沉降对高速铁路桥梁工程的影响我们近些年部分地区会频繁的出现一些地质灾害，主要的原因是地面沉降，这种现象非常的普遍，一旦出现地面沉降就会造成建筑物出现下沉的现象，而且会造成巨大的损失。
以下是关于地面沉降的特征的介绍。
地面沉降影响范围大一旦出现地面沉降，会给我国的地质带来极大的损害，通过对近些年的地面沉降数据进行分析发现，地面沉降影响的范围很大，一个区域出现地面沉降的情况，还会在另一个区域出现地面沉降的现象，甚至有的地方还会出现连环性地面沉降，虽然我国对于高速铁路工程在施工前已经进行了相关地形的分析，并且进行了针对性的规划，但是有些地区还是不能避免的将高速铁路桥梁建设在地面沉降地带，这对于我国高速铁路桥梁工程有着巨大的影响。
根据相关数据的分析，我国一些地区高速铁路桥梁工程在地面沉降的影响下，造成大范围的沉降，沉降量已经达到300-1500mm，一年平均地面沉降量就达到20mm以上，这对于地面沉降造成桥梁下沉的现象我们是难以预料到的。
铁路沿线局部抽水对路堤安全性的影响
第 59 卷 第 9 期 2019 年 9 月
铁道建筑 Railway Engineering
Vol.59 No.9 September 2019
文章编号：1003⁃1995（2019）09⁃0081⁃03
铁路沿线局部抽水对路堤安全性的影响
张翼鹏 1，郭雪岩 2
（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 100081；2. 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031）
HSsmall 模型为双曲线弹塑性模型，在考虑土体 剪切硬化和压缩硬化的同时，充分考虑了三轴试验、 固结试验等不同应力路径下的土体性能。除此之外， 该模型引进了刚度应变相关性，可用以模拟从小应变 （低于 10-5）到大应变（高于 10-3 的工程应变）范围内土 体的不同响应［6-8］。
相比于 HS 模型，HSsmall 模型不仅具有等向硬化 弹塑性模型的全部特点，还考虑了土体在小应变时的 刚度应变相关性。因此，建模采用了能够更好地反映 土体工程特性的 HSsmall 模型。
1 工程概况
本文模拟的抽水井位于大西高速铁路运营段 K509+585 上行线处，属于饮水井，全年使用。井深约 180 m，直径为 35 cm，距路堤垂直距离约 31. 7 m，井内 水位为-18 m。地下土层从上至下分别为新黄土、粉 质黏土、粉土、粉质黏土、粉土、深层粉质黏土、深层黏 土 、深 层 砂 。 路 基 底 部 布 设 了 预 应 力 管 桩 进 行 地 基 加固。
地铁施工中地面沉降的预测方法与实例分析
地铁施工中地面沉降的预测方法与实例分析【摘要】随着社会经济的不断发展及地铁事业的快速发展，地铁建设已成为一个城市的重要标志。
在地铁的施工过程中，由于施工造成的地层损失与地下水流失容易引发的地表沉降对人民的生活造成极大的影响。
因此，需要找到一种有效的预测方法，以预防地铁施工中出现地面沉降现象。
本文通过介绍土体沉降预测模型，并结合实例进行预测。
【关键词】地铁施工；地面沉降；预测方法在地铁施工中，由于施工引起的地层损失、土体松动及水土流失造成土体固结，从而导致地面沉降，对周围环境造成极大的影响，若处理不当，还容易造成更为严重的后果。
因此，在地铁隧道建设中，无论采取哪种施工方法，都会不可避免地造成地表出现一定的沉降，若地面沉降的程度过大，就会对地面建筑物及地下管线造成影响。
再加上地铁线路通常都是建在人口较多，地面建筑较多的繁华地带，使地面沉降问题受到的关注度不断升高。
因此，在地铁隧道施工过程中，如何选用一种科学、可行的地面沉降预测方法非常关键。
1.土体沉降模型在地铁施工过程中出现的地面沉降现象也叫沉降槽。
在沉降槽的计算中，多数地铁施工单位都会选择Peck公式进行，认为隧道沉降槽与概率论中的正态分布曲线相似，且和地层损失呈正比。
其公式为：其中，δ（χ）为距离沉降槽中心χ处的沉降量；δmax为距隧道中心线最大的沉降量；Vs为沉降槽体积，也就是单位长度地层损失量；χ为距隧道轴线的距离；i为沉降槽宽度系数；而Vs与i则是由以下公式来确定：其中，z为隧道埋深；φ为土壤内摩擦角。
对于地面沉降沿隧道纵向的分布，通常采用累积概率曲线公式进行计算，其表达式为：其中，δ（y）为沿隧道掘进方向坐标为y处地表点的沉降；y为地表面点沿隧道掘进方向的坐标；yi为隧道开挖面推进起始点；yf为当前隧道开挖面的位置。
通过概率表，可得出G（0），G（0）=0.5，G（∞）=1.0。
通过上式可求出，隧道开挖面上方地表处的地面沉降等于开挖面后方最大地面沉降的1-2倍。
抽汲地下水引起地面沉降三维数值模拟及工程应用研究的开题报告
抽汲地下水引起地面沉降三维数值模拟及工程应用
研究的开题报告
题目：抽深地下水引发地面沉降三维数值模拟及工程应用研究
摘要：自上世纪70年代起，人类对于地下水资源的探索和利用愈发频繁，而抽水井则是地下水开发的主要手段之一。
然而大量抽水不仅会导致当地水资源缺乏、水位下降，还可能引发地面沉降等地质灾害。
本文将以常用的抽深井为研究对象，利用数值模拟方法对抽水引起的地面沉降进行研究，并探索实际工程中的应用。
研究内容和方法：研究主要分为两部分，一是数值模拟，二是应用案例分析。
数值模拟方面，将采用有限元方法建立三维地下水流动数学模型，分析抽深井对地下水流动的影响以及引发地面沉降的机理。
同时，考虑土层物理性质的差异性和非线性因素，建立包括-soil-水相互作用、土体弹塑性行为等在内的三维力学模型，模拟地质体的变形过程，并考虑不同地下水位下的地面沉降特征。
应用案例分析方面，选取国内典型地区开展实际工程例分析，进一步说明深水抽采对地面沉降的影响，比较数值模拟和实测数据的关系和符合程度，为实际工程提供科学依据。
预期成果和意义：本文研究结合数值模拟和实际工程应用，在抽深井引起地面沉降机理、规律及特征方面有理论和实践的探索和研究，这对于有效防控地下水开发带来的地质灾害、提高地下水开发的科学性和实用性，推动水资源的科学合理开发和利用具有重要意义。
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铁 路 沿线 一 个 典 型 区段 内的 工 程 地 质 条 件 如 图
１ 所示 ， 该 区段 内分 布 的土层 主 要 为粉 土 层 、 粉 质黏 土 层、 粉 砂层 、 细砂 层 、 夹少 量粉 土和 砂土 的粉 质黏 土层 。
沿线水 井 主要从 粉 、 细砂 含水 层 中抽取 地下 水 。
质黏土层厚度 ｂ ＝ ３ ５ ｍ， 土层径向宽度范围为 ｌ Ｏ 倍土 层厚度。在抽水作用下砂土层 中水头下降 １ ０ ｍ， 土层
某铁路沿线水井抽水引发的地面沉降模拟研究 ： 王恒松
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时， 该 土层 的最终 变 形量也 相应 地增 加 ； 其他 土层 厚度
的增加 对该 土层 最终 变形 量 的影 响较小 。
２ 计算模 型
根据 铁路 沿线 工 程地 质 条 件 ， 可 以将 土 层 系统 简 化为 图 ２所 示模 型 ， 土层 从上 至下 分别 为粉 质黏 土层 、
砂 土层 、 粉质黏土层 ， 厚 度 分别 为 ｂ 。 、 ｂ 、 ｂ ， 各 土层 性
水引发的地面沉降性状 ， 为制定 防治地面沉降的措施 提供 依据 。
弱透水 层 的 固结 变形 。含 水 层 主 要 指 砂 土 层 等 储 水 系数 及 渗透 系数 较 大 的土 层 ， 弱 透 水 层 主要 指 粉 质 黏土 ， 黏土 层等 储水 系数 、 渗 透 系 数 较小 的土 层 ， 不 同 性质 的地 层 在 抽 水 作 用 下 的变 形 性 状 有 着 较 大 的差 别 。铁路 沿线 的地 层 不是 均 匀 连 续 分 布 的 ， 不 同 区域 内存 在 明显 的差异 ， 需 要 研究 不 同土 层 分 布 情 况下 抽
图 ５ 地面沉降的分布趋势
删
图８ 不 同土层厚度条件下第 １粉质 黏土层变形发展趋势
图 ９为不 同土 层厚 度条 件下砂 土层 的变形 发展 趋
质 为均匀 各项 同性 。 采用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ有 限元 软件 模 拟 抽 水 引 发 的地 面 沉降＿ ８ ］ 。采用轴 对称 模 型 ， 水 井 直径 为 ０ ． ５ ｍ， 第 １ 粉 质黏 土层 厚度 ｂ ＝ １ ５ ｍ， 砂 土层 厚 度 ｂ ＝１ ０ ｍ， 第 ２粉
土层厚 度 对地 面沉 降发展 的影 响状 况 。 关 键词 开采地 下 水 地 面 沉降 地 层 分布 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｕ ４ ６ ． ３ 文献 标识 码 ： Ａ
地 面沉 降是 一种 地面 高程缓 慢 降低 的环境 地质 现 象， 具有 影 响范 围大 、 影 响 时 间 长及 不 可 逆 的特 点 ， 严 重 影 响列 车 运 营 的安 全 性 、 平顺性和高速性¨ 。铁 路 沿线 附 近常 常分 布着 大 量 的 水井 ， 水井 抽 取 地 下 水
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｌａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｉ ｄ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｗ ｅ ｌ ｌ Ｐｕ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｌｉ ｎ ｅ
水层组 （ ０—７ ０ ｍ） 、 中深层承压 含水 层组 （ ７ ０～３ ５ ０ ｍ） 、 深层 承压 含水层 组 （ ３ ５ ０～ ５ ０ ０ ） 。
是引发地面沉 降的一个 主要 原因 。因此 ， 铁路勘 察设计过程 中需要评估沿线分布的抽水井对铁路线路 的影 响情况 。 抽 取地 下水 会 导致 土 体 中孔 隙水 压 力 降 低 ， 有 效 应力增加 ， 使土骨架产生压缩变形 ， 进而 引发地面沉 降＿ ６ ］ 。地面 沉 降 变 形 主 要 包 括 含 水 层 的压 缩 变 形 和
某铁路沿线水井抽水引发 的地面沉降模拟研究 ： 王恒松
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文章 编号 ： １ ６ ７ ２— ７ ４ ７ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４— ０ ０ ６ １ — ０ ３
某 铁 路 沿 线 水 井 抽 水 引 发 的 地 面 沉 降 模 拟 研 究
王 恒 松
（ 铁道第三勘察设计 院集 团有 限公 司，天津 ３ ０ ０ １ ４ ２ ）
１ 工 程 地质 概 况
某铁 路 区段处 于黄 河 冲积平原 ， 地 形平 坦开 阔 ， 略
收稿 日期 ： ２ ０ １ ５— ０ ４—２ ７ 作者简介 ： 王 恒松 （ １ ９ ８ ３ 一 ） ， 男， ２ ０ １ ０年毕业 于中 国地 质大学 （ 武汉） 岩土工程专业 ， 工程师 。
有 起伏 ， 地 面高 程在 ＋ ４ ８～＋ ５ ０ ｍ之间， 坡 降１ ／ ５ ０ ０ ０～ １ ／ ７ ０ ０ ０ 。勘探深 度 范 围 内揭 示 地 层 为 第 四系 全 新 统 人 工堆 积层 杂填 土 ， 第 四系全新 统 冲积层 粉 土 、 粉质 黏 土、 黏土 、 粉砂、 细砂 ， 局 部 有 软 土及 松 软 土 层 ， 上 更 新 统冲积 层粉 土 、 粉质 黏土 、 黏土 、 粉砂 、 细砂 。 按 含 水层 埋 藏 深 度 和补 、 径、 排 及 与 工程 的关 系 ， 该 地 区 自上 而下 可划 分 为 三 个 含水 岩 组 ： 浅层 孔 隙潜
Ｗ ＡＮＧ Ｈｅ ｎ ｇ ｓ ｎ ｇ
摘
要
根 据 某铁 路 沿线 工程地 质情 况 ， 采用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ有 限元 软件 对 该 区域抽 水 引发 的地 面 沉 降
进 行数 值模 拟 ， 计算 中考 虑 多种 不 同的 土层 分布情 况 ， 分析 土层 中孔 隙水压 力 随 时间的 变化趋 势 以及 各 种 土层 的 变形发展 趋 势 。对 比不 同土层 分布 条件 下各 土层 变形及 地 面沉 降 的分 布和 发 展 趋 势 ， 说 明各