学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

地下水开采引起地面沉降的数值模拟分析

作　者: 唐金颖
导　师: 杨天鸿
学　校: 东北大学
专　业: 工程力学
关键词: 地下水开采渗流地面沉降数值模拟地质模型
分类号: P642.26
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 220次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文以大屯煤电公司中心区地下水开采引起的地面沉降问题为例,以土体渗流理论和Biot固结理论为基础,运用基于偏微分方程组(PDEs)而开发的多物理场耦合过程分析工具COMSOL Multiphysics,结合大屯中心区多年统计的实测资料,将地下水渗流场和土体应力场进行相互耦合,建立三维水土耦合模型,经模型识别和参数优化分析,获得各观测孔处的模拟水头值,同时得到了模拟沉降量与各观测点实测值的最佳拟合,确保了计算模型的合理性、可靠性,符合实际情况。通过模拟分析,揭示了该地区地下水开采引起的地面沉降机理和变形规律,得到大屯中心区2006年枯水期及丰水期的地下水位与地面沉降变形量,表明本文建立的计算模型具有一定的工程实用价值。为了评价地面沉降对地表建筑物造成的破坏程度,进一步由所优选的模型计算出地面变形的倾斜、曲率、水平变形三个反映基本变形的参数,并参考相关规程,圈画出大屯中心区建筑物破坏程度比较严重的区域,提出了行之有效的防治对策。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 地面沉降国内外研究现状  10-13
    1.2.1 地下水渗流模型  10-11
    1.2.2 土体变形模型  11-12
    1.2.3 沉降计算模型  12-13
    1.2.4 国内应用现状  13
  1.3 论文选题的目的和意义  13-14
  1.4 主要研究内容及技术思路  14-15
第2章饱和土Biot固结沉降有限单元解法的基本理论  15-25
  2.1 概述  15-16
  2.2 土体渗流理论  16-19
    2.2.1 渗流的连续性方程  16-17
    2.2.2 承压水非稳定渗流基本微分方程  17-18
    2.2.3 渗流微分方程的定解条件  18-19
  2.3 饱和土体Biot固结方程  19-24
    2.3.1 以位移和孔隙水压力表示的静力平衡方程  19-21
    2.3.2 以位移和孔隙水压力表示的渗流连续性方程  21-22
    2.3.3 以位移和孔隙水压力表示的Biot渗流固结方程  22-24
  2.4 小结  24-25
第3章基于COMSOL Multiphysics的渗流场与应力场耦合分析  25-31
  3.1 概述  25
  3.2 有限元分析软件COMSOL Multiphysics简介  25-29
    3.2.1 COMSOL Multiphysics软件概述  25-27
    3.2.2 COMSOL Multiphysics基本模块略述  27-28
    3.2.3 COMSOL Multiphysics中的地球科学模块功能介绍  28-29
  3.3 COMSOL Multiphysics中渗流场与应力场的非线性耦合分析  29-30
  3.4 小结  30-31
第4章工程实例分析  31-71
  4.1 大屯中心区介绍  31-32
  4.2 工程水文、地质概况  32-35
    4.2.1 气候  32
    4.2.2 地形及地表水系  32-33
    4.2.3 地下水的补给、径流和排泄条件  33
    4.2.4 地下水的赋存条件  33-34
    4.2.5 工程地质特征  34-35
  4.3 中心区地下水开发与地下水动态变化  35-46
    4.3.1 地下水开采状况  35-40
    4.3.2 地下水位年内动态变化特征  40-43
    4.3.3 地下水位空间动态变化特征  43-46
  4.4 中心区地面沉降时空演化特征  46-48
    4.4.1 地面沉降观测点的布设  46
    4.4.2 地面沉降历时变化  46-47
    4.4.3 地面沉降空间演化  47-48
  4.5 固结沉降机理数值模拟分析  48-70
    4.5.1 基本假设  48-49
    4.5.2 地质模型概化及离散  49-51
    4.5.3 边界条件的设定  51
    4.5.4 模型识别及水文地质参数的确定  51-60
    4.5.5 计算结果及应用  60-69
    4.5.6 中心区地面沉降灾害防治对策研究  69-70
  4.6 小结  70-71
第5章结论与展望  71-73
  5.1 结论  71
  5.2 展望  71-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
附录  77-81
  附录A 作者简介  77-78
  附录B 大屯中心区内正在使用中的12口中深井的采量统计表  78-81

地下水开采引起地面沉降的数值模拟分析

内容摘要

全文目录

相似论文