地下水渗流与地面沉降耦合模拟
Processing Modflow模拟地面沉降中有关参数取值的研究
Processing Modflow模拟地面沉降中有关参数取值的研究焦志亮;曹阳;符亚兵
【期刊名称】《工程勘察》
【年(卷),期】2024(52)4
【摘要】本文以天津多个群井抽水试验和基坑工程降水为例,结合多年来实际工程的实测数据,利用Processing Modflow模拟软件,将降水条件下地下水三维非稳定渗流数学模型与地面沉降数学模型相耦合,对基坑降水引起的各地层参数进行反演分析并识别和验证数学模型。
在此基础上,对有限差分法中有关地面沉降参数,即土体骨架成分的弹性储水率和非弹性储水率的取值做进一步分析,确定了天津市平原区抽降地下水引起的地面沉降中相关参数的取值规律及变化范围。
【总页数】7页(P38-44)
【作者】焦志亮;曹阳;符亚兵
【作者单位】天津市勘察设计院集团有限公司;天津市地质矿产测试中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU470
【相关文献】
1.基于MODFLOW的BP神经网络模型对地面沉降的模拟研究
2.Processing Modflow模型在预测地面沉降中的应用
3.大涡模拟中入流边界脉动风速模拟相关参数取值分析
4.基于Processing MODFLOW抽取地下水引起的地面沉降机理研究
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区域地下水开采与地面沉降控制三维全耦合数值模拟
Three-dimensional full coupling numerical simulation of groundwater exploitation and control of land-subsidence in region
作者： 巴红静[1];管伟军[2]
作者机构： [1]东北财经大学富虹经济学院,辽宁大连116023;[2]中国铁道科学研究院通信信号研究所,北京100081
出版物刊名： 石家庄经济学院学报
页码： 15-18页
主题词： 地下水开采;比奥固结理论;地面沉降;三维全耦合模型;非线性
摘要：针对第四纪松散沉积层中地下水开采所引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,
考虑到土体的非线性特征及土体的渗透性随应力状态的动态变化,引入邓肯-张非线性模型和渗透率动态模型,将地下水渗流场和土体应力场耦合起来,并以江阴市浅层地下水开采为例,建立了浅层地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型。
在对模型进行校正、识别的基础上,以第Ⅰ承压含水层未来10年内地下水位埋深不低于含水层顶板埋深一半,地面沉降量不超过50mm为约束条件,预测了江阴市各镇的地下水可采资源量以及地面沉降量。
实践表明,该模型不仅稳定性好,且收敛速度快。
地下水流与地表水耦合模拟研究
地下水流与地表水耦合模拟研究一、前言地下水和地表水的关系，一直是地学和环境科学领域研究的热点问题。
有许多实际问题涉及到地下水和地表水之间的相互作用，例如地下水开采对地表水环境的影响、雨水入渗到地下导致洪水等。
针对这些问题，许多学者和研究者开展了地下水流和地表水耦合模拟研究，以期提供有效的解决方案。
本文将介绍地下水流和地表水的耦合模拟研究的一些进展和现状。
二、地下水与地表水的概念地下水是地球表层以下的地下水体，分布于太阳能照不到的深度中，其分布和运动状态受到地质构造、水文地质条件等多种因素的影响。
地表水是地球表面的流动水，包括河流、湖泊、水库、小溪等，其来源包括降雨、融雪、蓄水等，同时，也会流向地下形成地下水。
三、地表水与地下水的关系地表水和地下水是相互交换、相互作用的。
当地下水向河流、湖泊等水体渗透，或从河流、湖泊等水体中补给时，就形成了地下水与地表水的联系，在河流、湖泊等表层水体水位下降时，地下水向地表水体渗流，起到补给作用，在高水时刻则有地表水进入地下水体。
地下水对地表水的供给具有稳定性且有较强的调节作用，同时，地表水对地下水的影响不容忽视，尤其在水循环中，地表水中携带有机物、重金属等对地下水环境造成的污染对地下水环境影响巨大。
四、耦合模拟研究进展耦合模拟是地下水和地表水耦合研究的重要手段之一，可通过建立数学模型，模拟出地下水和地表水之间的水文动态特征。
目前，国内外研究者在地下水与地表水的耦合模拟方面取得了一些成果。
例如，美国加州的Luo等人通过数值模拟实现了地下水和土壤水之间的交换，为相关管理部门提供了建议；中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所岩溶地质水文重点实验室的研究者通过分析钦州港流域地下水和地表水之间的联系，为当地的地下水开采和地表水管理提供了科学依据。
五、研究难点和展望不过，地下水和地表水的耦合研究仍有一些技术难点需要攻克，例如，地球系统模型中地下水和地表水耦合机制的深入研究、地下水开采对地表水环境等方面的影响、大尺度地下水与地表水的模拟等。
基于FLAC^2D的西安地面沉降数值模拟分析
建 筑物受 损 ，地 下 管 道 在 运 作 使 用 中 被 折 断 ，大 量井 管 出现 的“ 上升” 现 象 、道路 路 面产 生 的高 低 不 等 的差 异变 形 等 ，尤 其 在 地 面 沉 降 与 地 裂 缝 二 者 相互作 用 和相 互 影 响下 带 来 的许 多 地 质 或 潜 在 的灾 害 问题更是 严重 ｊ 。 牛修 俊 等 提 出最 低 与 临界 水 位 的 概 念 ，黄 旭 林则 认 为只 要 开 采 地 下 水 ，就 会 有 地 面 沉 降 ，武
西安地 区形 成 了西 工大 、小寨 、沙坡 村等 ７个 大沉 降 中心 ，累计沉 降量 最 大 已到 ２ １ ０ ０ Ｉ Ｔ ｌ ｍｌ ｌ １ ］ 。根据 观测 资料 成 果 ，可 将 西 安 地 区地 面沉 降过 程 按 照 其沉 降速率 的变化 分 为 ６个 阶段 （ 表１ ） 。无论 速率
一
该盆地 带总 体 近 Ｅ Ｗ 向 分 布 ， 向 东 逐 渐 转 变 为 Ｎ Ｅ Ｅ向 。整 个 断 陷 盆 地带 在 时 间 和空 间上 呈 现 出 盆 一岭构 造 式 ¨ 。西 安地 区地 层 包 括第 四系 、新
近系 和古 近 系 ，西 安 地 区 地 下 水 的类 型 主 要 包 括
第２ ８卷第 ３期
２ ０ １ ３年 ７月
灾
害
学
Ｖｏ ｌ ＿ ２ ８ Ｎｏ ． ３
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＡＴＡＳ ＴＲＯＰ Ｈ０Ｌ ０ＧＹ
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ３
基于 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ２ Ｄ 的 西 安 地 面 沉 降 数 值 模 拟 分 析
李 宁 ，李 明 ，赵 法锁 ，王启 耀 ，
到关 注 。在城 市 ，大 量 开 采 地 下 水 资 源 引 起 的地 面沉 降 问题 相 当严 重 ，如 因 基 础 断 裂 而 致 使 地 表
第四系松散沉积层地下水开采与地面沉降耦合数值模拟的开题报告
第四系松散沉积层地下水开采与地面沉降耦合数值模拟的开题报告一、研究背景和意义随着城市化的进程，地下水资源的开采需求不断增加。
然而，地下水开采对地面的影响也日益引起人们的关注。
特别是在第四系松散沉积层地区，地下水的开采对地面沉降的影响更加明显。
因此，研究第四系松散沉积层地下水开采对地面沉降的影响及其耦合关系，具有重要的实际意义。
二、研究内容和方法本研究将以某第四系松散沉积层地区为研究对象，采用数值模拟方法，研究地下水开采与地面沉降之间的关系。
具体研究内容包括：1.地下水开采对地面沉降的影响规律研究；2.地下水开采与地面沉降的耦合关系分析；3.基于数值模拟方法，对地下水开采对地面沉降的影响进行模拟和预测。
三、预期成果本研究预计能够深入探究第四系松散沉积层地下水开采与地面沉降的耦合关系，得出可靠的研究结论，并建立相应的数值模拟模型，以提供理论依据和技术支持。
四、研究难点与挑战1.第四系松散沉积层地下水开采与地面沉降的关系存在复杂性和不确定性，需采用多角度和多方法的研究手段，才能更加准确地探究其影响关系；2.数值模拟涉及多个因素和参数，需要对不同参数进行准确的设定和调整，才能更好地反映实际情况；3.地下水开采与地面沉降的研究在很大程度上依赖于实地调查和数据采集，需要对数据的质量、精度和有效性进行全面评估。
五、研究进度计划1.文献调研和理论分析（1个月）；2.实地采集数据和模型建立（2个月）；3.数值模拟和数据分析（4个月）；4.研究结果整理和论文撰写（2个月）。
六、参考文献1. 吕晓丽,华峰.下降段省城深层地下水开采对地面沉降的影响[J].自然灾害学报,2017,26(06):18-23.2. 朱军,范唯.北京市地下水开采对地表沉降的影响与退役因素研究[J].西部人居环境学报,2019,34(06):53-57+70.。
基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型_许烨霜
Ss = ∂n / ∂h
(3)
式中符号意义同前。 孔隙比的变化也可以用有效应力的变化表示：
∂n = ∂n ∂σ ′
(4)
∂h ∂σ ′ ∂h
式中 σ ′ 为有效应力。 土体一维压缩的体积压缩系数 mv 为
mv = ∂ ε v / ∂σ ′
(5)
式中 ε v 为体积应变。由于是小应变，均有 ∂εv = −∂n , 则可得
推荐方法也应用于与标准固结试验结果进行比 较。土性参数：k=1.0×10-9 m/s；e=2.155；γ t =15.16 kN/m3。图 5 为计算结果。结果表明计算和试验误 差小于 1 %。
图 5 计算和试验结果比较 Fig. 5 Comparison of calculated and tested results
3 算例分析
3.1 软土的固结分析 用本文提出的方法来对软粘土进行了三维固结
分析，其结果与太沙基固结理论和固结试验结果做 比较来说明提出方法的精确度。
增刊
许烨霜等：基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型
111
层厚为 20 m 的粘土层，在 49.03 kN/m2 的固结 压力作用下进行双向排水固结。粘土的性质如下： 渗透系数 k =1.0×10-9 m/s，孔隙比 e =1.5，湿重度 γ t =15.16 kN/m3，Ss =1.5×10-3 m-1，分别用所提方法 和太沙基固结理论来分析固结过程。图 2 为计算用 有限元网格，为模拟一维固结，三维计算中的侧向 边界条件设定为无水流发生。图 3 为位移和固结时 间的关系图。两种方法的误差小于 2 %。图 4 为随 深度变化的固结度的分布。两种方法的误差均小于 2 %。
−∂n / ∂σ ′ = mv
(6)
基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型
基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型
许烨霜;沈水龙;唐翠萍;姜弘
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2005()S1
【摘要】针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。
该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。
提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2%。
该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。
【总页数】4页(P109-112)
【关键词】地下水抽取;地下水渗流;大面积地面沉降;三维模型;有限元分析
【作者】许烨霜;沈水龙;唐翠萍;姜弘
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建工学院
【正文语种】中文
【中图分类】P642.26
【相关文献】
1.基于三维渗流模型的地下水动态数值分析 [J], 胡继华; 宋勇超; 耿学勇; 倪福全
2.基于三维渗流模型的地下水动态数值分析 [J], 胡继华; 宋勇超; 耿学勇; 倪福全
3.基于三维渗流数值模拟的调蓄水池地下水渗流影响分析 [J], 许建建; 惠焕利; 裴
旭阳
4.松散承压含水层地区深基坑降水三维渗流与地面沉降耦合模型 [J], 骆祖江;李朗;姚天强;罗建军
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215497407_基坑工程地下水三维渗流与土体沉降数值模拟分析
2023年4月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y第25卷第8期收稿日期:2023-03-06作者简介:李任政(1987-),男,硕士,工程师,主要从事水文地质勘查、场地环境调查评估及修复等。
李任政1,2(1.上海市岩土地质研究院有限公司,上海200072;2.自然资源部大都市区国土空间生态修复工程技术创新中心,上海200003)摘要:深基坑下伏承压含水层制约着基坑工程的安全施工,常需通过基坑降水进行减压处理,制定基坑降水方案的同时,实现按需降水的设计理念亦是较为重要。
选取上海某深基坑工程为研究对象,基于现场抽水试验数据及建立的地下水三维渗流与土体沉降耦合模型,利用地下水数值模型软件进行数值模拟研究,对基坑降水方案可行性进行了预测分析。
结果显示:单井抽水试验获取的水文地质参数较为可靠,与数值模型反演的参数(水平渗透系数为5.12m/d,贮水系数为1.8×10-4,弹性释水系数3.0×10-4,非弹性释水系数7.0×10-4)相近;经群井抽水试验数据校核后,模拟水位与实测水位误差不超过0.5m,数值模型符合场地水文地质条件,可靠性高;利用数值模拟预测分析基坑降水期间地下水流场与土体沉降的变化特征,验证了降水方案可将承压水位降至标高-6.13m的同时,体现了按需降水的设计理念,保护了周边环境。
关键词:基坑降水;三维渗流;土体沉降;数值模拟中图分类号:T U753文献标识码:A文章编号:1674-9944(2023)08-0228-06N u m e r i c a l S i m u l a t i o nA n a l y s i s o fT h r e e-D i m e n s i o n a lG r o u n d w a t e r S e e p a g ea n dS o i l S e t t l e m e n t i nF o u n d a t i o nP i tE n g i n e e r i n gL iR e n z h e n g1,2(1..,,200072,;2.-,,200003,)A b s t r a c t:T h e c o n f i n e d a q u i f e r u n d e r t h e d e e p f o u n d a t i o n p i t r e s t r i c t s t h e s a f e c o n s t r u c t i o no f t h e f o u n d a t i o n p i t p r o j e c t.I t i s o f t e nn e c e s s a r y t o r e d u c e t h e c o n f i n e dw a t e r l e v e l b y f o u n d a t i o n p i t d e w a t e r i n g.H o wt o r e a l-i z e t h e d e s i g n c o n c e p t o f o n-d e m a n d p r e c i p i t a t i o n i s p a r t i c u l a r l y i m p o r t a n t.Ad e e p f o u n d a t i o n p i t p r o j e c t i n S h a n g h a i i s s e l e c t e d a s t h e r e s e a r c h o b j e c t.B a s e d o n t h e f i e l d p u m p i n g t e s t d a t a a n d t h e e s t a b l i s h e d t h r e e-d i-m e n s i o n a l g r o u n d w a t e r s e e p a g ea n ds o i l s e t t l e m e n t c o u p l i n g m o d e l,t h e g r o u n d w a t e rn u m e r i c a lm o d e l s o f t-w a r eGM S i s u s e d f o r n u m e r i c a l s i m u l a t i o n r e s e a r c h,a n d t h e f e a s i b i l i t y o f f o u n d a t i o n p i t d e w a t e r i n g s c h e m e i s p r e d i c t e d a n d a n a l y z e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h eh y d r o g e o l o g i c a l p a r a m e t e r so b t a i n e db y s i n g l ew e l l p u m-p i n g t e s t a r e r e l i a b l e a n d s i m i l a r t o t h e p a r a m e t e r so f n u m e r i c a lm o d e l i n v e r s i o n.T h eh o r i z o n t a l p e r m e a b i l i t y c o e f f i c i e n t i s5.12m/d;t h ew a t e r s t o r a g e c o e f f i c i e n t i s1.8×10-4;t h e e l a s t i cw a t e r r e l e a s e c o e f f i c i e n t i s3.0×10-4,a n d t h e i n e l a s t i cw a t e r r e l e a s ec o e f f i c i e n t i s7.0×10-4.T h en u m e r i c a lm o d e l c h e c k e db y t h e g r o u p w e l l p u m p i n g t e s t d a t a c o n f o r m s t o t h e h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f t h e s i t ew i t hh i g h r e l i a b i l i t y,a n d t h e e r-r o r b e t w e e n t h e s i m u l a t e dw a t e r l e v e l a n d t h em e a s u r e dw a t e r l e v e l i s l e s s t h a n0.5m.U s i n g n u m e r i c a l s i m u-l a t i o n t o p r e d i c t a n d a n a l y z e t h e v a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f g r o u n d w a t e r f l o wf i e l d a n ds o i l s e t t l e m e n t d u r i n g f o u n d a t i o n p i t d e w a t e r i n g,t h e f e a s i b i l i t y o f d e w a t e r i n g s c h e m e i s v e r i f i e d,a n d t h e d e s i g n c o n c e p t o f o n-d e-m a n dd e w a t e r i n g i s r e a l i z e d,w h i c hc a n p r o t e c t t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t.K e y w o r d s:f o u n d a t i o n p i t d e w a t e r i n g;t h r e e-d i m e n s i o n a l s e e p a g e;s o i l s e t t l e m e n t;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n 1引言随着城市更新,上海地区地下空间资源开发利用日趋加快,建筑基坑逐渐朝“深”“大”方向发展[1~3],多数基坑工程被地下承压水所控制,一旦出现基坑突涌等风险,势必危及基坑及周边环境安全,将会造成822Copyright©博看网. All Rights Reserved.李任政椇基坑工程地下水三维渗流与土体沉降数值模拟分析绿色创新研究:工程与技术严重后果[4]。
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V o l . 3 9 M a y
2014
N o. 5
地下水渗流与地面沉降耦合模拟
2 , 金玮泽1, 骆祖江1* , 陈兴贤1, 谈金忠3 河海大学地球科学与工程学院 , 江苏南京 2 1. 1 0 0 9 8 江苏省地质矿产勘查局 , 江苏南京 2 2. 1 0 0 1 8 江苏南京地质工程勘察院 , 江苏南京 2 3. 1 0 0 4 1
1 1* 12 3 , , J i nW e i z e L u oZ u i a n C h e nX i n x i a n T a nJ i n z h o n j g , g g ,
l a t i o nm o d e l o f t h e t h r e e d i m e n s i o n a l s e e a eo f r o u n d w a t e r a n do n e d i m e n s i o n a l v e r t i c a l c o n s o l i d a t i o n i n l i h t o fT e r z a h i e f p g g g g ; f e c t i v es t r e s sp r i n c i l ea n d t h eo t h e r i s t h r e e d i m e n s i o n a l c o u l i n o d e l o f r o u n d w a t e r s e e a e a n d l a n ds u b s i d e n c eb a s e do n p p gm g p g a r a m e t e r s a n dh d r a u l i cp a r a m e t e r s . T h e c o m a r i s o na n da n a l s i s s h o wt h a t t h e c h a n i n t e n d e n c f l a n ds u b s i d e n c e c a l c u l a t p y p y g导致渗流场和应力场发生变化而 引 起 的 地 面 沉 降 问 题 , 根据 T 建立 e r z a h i有 效 应 力 原 理 , g 了地下水三维渗流与一维垂向固结的地下水渗流与地 面 沉 降 耦 合 数 值 模 拟 模 型 和 以 比 奥 固 结 理 论 为 基 础 , 并结合土体非线 性流变理论 , 将土体本构关系推广到粘弹塑性 , 同时考虑土体力学参数及水力 参 数 的 动 态 变 化 关 系 的 地 下 水 渗 流 与 地 面 沉 降 水渗流与地面沉降耦合数值模拟模型模拟所得地面沉 降 与 地 下 水 位 呈 现 出 同 步 变 化 的 趋 势 , 并且当地下水位逐步回升至初 始水位时 , 地面沉降也逐步回升到初始的零沉降状态 . 而以比奥 固 结 为 基 础 建 立 的 地 下 水 渗 流 与 地 面 沉 降 三 维 全 耦 合 数 值 模 拟模型模拟所得的地面沉降变化趋势滞后于地下水位的变化趋势 , 并且当地 下 水 位 逐 步 回 升 至 初 始 水 位 时 , 地面沉降虽也逐 步得到回升 , 但回不到初始的零沉降状态 , 存在一个永久的残余沉降量 . 在土体参数变化方面 , 土体的孔隙度 ㊁ 渗透系数及泊松 比均呈现先减小后增大的变化趋势 , 而弹性模量则呈现先增大后减小的变化趋势 , 与地面沉降的变化相对应 . 关键词 : 比奥固结理论 ; 地下水 ; 沉降 ; 耦合 ; 参数变化 . T e r z a h i有效应力原理 ; g 中图分类号 : P 5 9 5 ( ) 文章编号 : 1 0 0 0-2 3 8 3 2 0 1 4 0 5-0 6 1 1-0 9 收稿日期 : 2 0 1 3-1 0-1 0 三维全耦合数值模拟模型 . 通过对比分析 , 结果表明 : 基于 T e r z a h i有效应力原理建立的地下水三维渗流与一维垂向固结地下 g
C o u l i n i m u l a t i o no fG r o u n d w a t e rS e e a ea n dL a n dS u b s i d e n c e p gS p g
1. S c h o o l o a r t hS c i e n c ea n dE n i n e e r i n o h a iU n i v e r s i t N a n i n 1 0 0 9 8, C h i n a fE g g,H y, j g 2 2. J i a n s uG e o l o i n e r a l, E x l o r a t i o nB u r e a u, N a n i n 1 0 0 1 8, C h i n a g g y& M p j g 2 3. J i a n s uN a n i n n s t i t u t eo e o E n i n e e r i n n v e s t i a t i o n, N a n i n 1 0 0 4, C h i n a g j gI fG g gI g j g 2
: A b s t r a c t I no r d e r t oa c c u r a t e l i m u l a t el a n ds u b s i d e n c ec a u s e db e e a ef i e l da sar e s u l to fg r o u n d w a t e re x l o i t a t i o na n d ys ys p g p , : s t r e s s f i e l d t w om o d e l s a r e e s t a b l i s h e d i n t h i s s t u d o n e i sg r o u n d w a t e r s e e a e a n d l a n ds u b s i d e n c e c o u l i n u m e r i c a l s i m u y p g p gn
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2014 年 5 月
第3 9卷 第5期
地球科学
中国地质大学学报
E a r t hS c i e n c e J o u r n a l o fC h i n aU n i v e r s i t fG e o s c i e n c e s yo