基于抽取地下水及密集工程建设的城市地面沉降研究

摘要

地面沉降是城市的重要灾害,对经济发展、城市建设和人民生活产生了严重的影响,造成了巨大的经济损失。西安是世界著名古都,也是当今我国西北经济文化的中心。从19世纪70年代初到90年代末,地下承压水的集中过量开采导致了地下水位的急剧下降,引发了严重的地面沉降。政府在采取一系列措施来限制开采地下水之后,西安市城区的主地面沉降趋缓。但是近年来随着城市建设的发展,西安市高新技术开发区成为新的沉降中心。该沉降中心的出现与开发区密集城市建设有什么关系?基于此,本文通过建立该区地面沉降模型来研究地面沉降与抽取地下水及密集城市建设之间的关系,以便进一步深入研究掌握该区地面沉降成因机理,为防治地面沉降灾害提供重要的理论指导。
　　 本文首先介绍了西安市地面沉降的形成与发展历程,系统的分析了引起地面沉降的影响因素及其作用。其次,阐述了承压含水层的开采历史及水位动态特征,结合西安市高新区的地面沉降数据资料,得到了该区开采地下水与地面沉降的关系。针对西安市高新区的地面沉降随密集工程建设不断扩大的现状,从地下水开采及建筑物荷载对地面沉降的影响这两方面入手,根据土力学及有效应力原理建立起西安高新区地面沉降模型:首先根据Leak提出的夹层理论以及Terzaghi有效应力原理,建立起地下水流模型,模拟了西安市高新区地下承压水开采对地面沉降的影响,并与该区的GPS及Insar监测资料做了对比,发现两者具有很好的一致性。其次,本文根据西安高新区地质资料建立起三维有限元模型,模拟了建筑物荷载对地面沉降的影响,得出了一些重要的结论。最后本文以高新区实测地下水位及钻孔资料为约束条件,反演得到了1991-2007年间西安高新区总体地面沉降特征,添补了西安高新区缺乏实测沉降数据的空白区,对预防及控制城市地面沉降有很好的指导意义。