地下水开采引起的地面沉降.pdf

地下水开采引起的 地面沉降 周载阳 建设综合勘察研究设计院有限公司 目 录 n 0.引言 n 1.潜水水位下降引起的地面沉降 n 2.承压水水头降低引起的地面沉降 n 3.其他情况下的地面沉降 n 4.结论 目 录 n 0.引言 n 1.潜水水位下降引起的地面沉降 n 2.承压水水头降低引起的地面沉降 n 3.其他情况下的地面沉降 n 4.结论 0引言 n 我国地面沉降最早发生于上世纪20年代的上海和天津 地区，目前全国已有70多个城市发生了不同程度的地 面沉降，沉降面积已达6.4万平方公里，沉降中心最大 沉降量超过2米的有上海、天津、太原、西安等城市。 过量抽取地下水是当前产生地面沉降最主要的原因 之一，关于地下水位降低引起地面沉降的机理，目 前学术界公认的是由于地下水位降低，引起土中孔 隙水压力降低，从而使土层的有效应力增加，进而 产生固结变形。 Ø 对于承压水容易理解，因为在承压含水层水头降低 的过程中，土层中总应力保持不变，孔隙水压力减 小，故而土层中有效应力增加。 Ø 但对于潜水或层间无压水来说，问题就复杂得多， 地下水位降低一方面引起土中孔隙水压力减小，另 一方面也造成总应力减少，土层中有效应力是增是 减则不能一概而论。 n 自然条件下，地下水往往是分层存在的，多层地下水 的水头分布受地质条件及边界条件的影响和控制。稳 定渗流条件下，在含水层中，孔隙水压力即压力水头 呈静水压力分布，在两个含水层之间的弱透水层即相 对隔水层中，孔隙水压力由其上下两个含水层的压力 水头决定。根据达西定律及水流连续原理，均质土层 中孔隙水压力分布为线性。典型的孔隙水压力分布见 图1。 图1 潜 水 含 水 层 相 对 隔 水 层 0 层 间 无 压 水 含 水 层 承 压 水 头 相 对 隔 水 层 含 水 层 相 对 隔 水 层 很显然，随着地下水位或水头的变动，土层中的孔 隙水压力会发生变化，当总应力不变时，其有效应 力也会随之改变。地下水开采引起地下水位或水头 下降，相关土层中孔隙水压力减小，当产生有效应 力增加时，就会发生土层的固结变形，从而造成地 面沉降。由于潜水水位和承压水水头变化影响的范 围和内在机理不同，产生的后果亦有很大的差异， 以下分别讨论。 目 录 n 0.引言 n 1.潜水水位下降引起的地面沉降 n 2.承压水水头降低引起的地面沉降 n 3.其他情况下的地面沉降 n 4.结论 1 潜水水位下降引起的地面沉降 图2 n 多含水层条件下，假定只开采潜水含水层，其它含 水层水位或水头不变，潜水水位大面积下降前后， 各土层均达到稳定渗流状态。潜水水位下降前，土 中各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有效应 力如下： 初始状态各点应力状态 O点：总应力