上海市地下水位大幅抬升条件下土层变形特征分析

摘要

过去对地下水位持续下降条件的地面沉降研究较多,但对水位大幅持续抬升过程中的地面沉降研究较少.本文根据上海大量地面沉降、水位观测和钻孔资料,系统分析上海市90年代末以来地下水位大幅抬升条件下各土层的变形特征.自1998年以来,上海市通过大幅压缩开采量、回灌地下水等措施使第二、三、四和五承压含水层水位分别平均抬升2.1m,3.6 m,12.4 m,12.7 m.水位的抬升使上海市地面沉降平均速率由1998年的12.2 mm/a减小到201 1年的1.83 mm/a,减少85％.通过对27组分层标数据分析发现:现阶段主要压缩层位在第一、二软土层,年沉降速率为2～4 mm/a;而第二含水层以下土层已经有少量回弹.在水位持续大幅抬升过程中,本文总结了两种变形特征:1)变形和水位变化基本同步,残余变形量非常小,变形可概化为线弹性变形,这种变形主要发生在第一、二、三和五承压含水层、第五和六弱透水层;2)压缩速率逐渐减小,无明显持续回弹趋势,有较大残余压缩量且存在变形滞后现象,变形可概化为弹塑性变形,这种变形主要发生在地第二、三和四弱透水层.第四承压含水层变形较复杂,两种变形特征都有.其中较大残余变形量主要由塑性贮水率比弹性贮水率大2个数量级引起;变形滞后主要由弱透水层中超孔隙水压力消散较慢引起.本文研究成果对于掌握水位抬升过程中土层变形方式、发生发展机理、预测未来地面沉降及地下水科学管理和资源评价具有重要意义.