抽灌水条件下上海砂土层的变形特征与变形参数.pdfVIP

维普资讯 水 利 学 报 2006年 5月 SHUILI XUEBAO 第 37卷 第 5期 文章编号：0559．9350(2006)05．0560．07 抽灌水条件下上海砂土层的变形特征和变形参数 张云 ，薛禹群 ，吴吉春 ，李勤奋 (1．南京大学 地球科学系。江苏 南京 210093；2．上海地质调查研究院，上海 200072) 摘妻：长期抽取地下水造成了上海严重的地面沉降。本文根据上海砂土层的水位 、变形观测资料，研究了上海含水 砂层变形特征及其与地下水位变化的关系。研究结果表明：在地下水位的总体上升期、稳定期，砂土层的变形为弹 性；在地下水位总体下降期，当水位高于土层历史上的最低水位时，砂土层的变形主要为弹塑性，可用双线性弹塑 性模型描述；当水位低于土层历史上的最低水位时，砂土层的变形为黏弹塑性，此时砂土层黏弹塑性的模型为一弹 簧体与宾哈姆体并联后再与另一弹簧体串联而得到的模型。根据宴测的土层变形和水位数据，可以得到砂土层的 变形参数，从而为地面沉降的计算提供依据。 关键词：地面沉降；含水砂土层；变形特征；地下水；变形参数 中图分类号：1642．26 文献标识码 ：A 1 研究背景 在抽取地下水引起的区域地面沉降问题中，地下水位变化是土层变形的外因，土层本身的压缩性是 其变形的内因，地面沉降是这两者共同作用的结果 。因此 ，土层变形特征是区域地面沉降研究的一个重 要 内容。通常，研究土层的变形特征是通过从现场采取土样，再进行室内试验来进行。但 由于取样的局 限性和土样的扰动 。所取的土样常常难以代表现场土层 (特别是砂土层)的实际情况 ；其次 ，与一般工程 建筑加载情况相比，地下水位改变引起土层中有效应力的变化具有反复、缓慢的特点，且涉及范围广，常 影响到整个被抽水的含水砂层和相邻的弱透水层 ；第三，大多数情况下地下水位改变造成的有效应力变 化不大，引起的土层应变也很小(如上海从 1961～2000年实测的各土层的应变都小于 1％)，但由于土层 的总厚度大，造成的总变形量(地面总沉降量)可以达到可观的数值 ，如上海从 1921 2000年的最大累 计沉降就达到2．63m。此外 ，土层变形时孔 隙水的排 出与排水条件和水力梯度都有关系。所有这些使 得室内试验难以很好地模拟现场土层的实际情况，常常过高地估计土层的压缩性…。现场实测的土层 变形数据和水位观测数据则是土层在实际水位变动下变形 的真实反映，据此可以客观地分析土层的变 形特征，获得反映土层在现场水位变化情况下的变形参数 ，因此对现场土层变形和水位观测数据的分析 一 直受到人们的重视 。 随着观测资料的积累，人们对抽灌水条件下砂土层变形特征的认识经历了由浅入深的过程。过去 在研究地面沉降时，通常将含水砂土层作为线弹性体处理，或者认为砂土层的变形对地面总沉降的贡献 可以忽略不计” 。但近几年的分层标监测土层变形的数据和水位观测数据表明，含水砂层的变形并 不是弹性的，而是存在塑性变形 ，且包含蠕变变形，含水砂层可能成为地面沉降的主要沉降层n。 。。。 本文根据上海大量的分层标和水位孔的观测资料，系统分析砂土层的变形特征，研究砂土层变形特 征与地下水位变化的关系，并根据实测的砂土层变形和水位观测数据估算砂土层的变形参数，从而为区 收稿 日期 ：2005．09．14 基金项 目：国家 自然科学基金重点项 目 作者简介 ：张云(1965-)，女，江苏扬州人，博士，副教授 ，研究方向为开采地下水引起的地面沉降。E-mail：cloudzhy@sohu．eonl - - - — — 560 —— 维普资讯 域地面沉降模型中土层变形模型和变形参数的选择提供依据 。 2 上海土层结构及各含水砂层地下水位变化情况 上海第四纪土层是在长江和潮流共同作用下形成的，在垂向上具有砂土、粉土、粉质黏土和黏