基于GMS的地面沉降模型的研究和实践应用

以南沙地面沉降区域为研究对象,运用GMS软件模拟分析压缩土层、建筑荷载、地下水位等要素对地面沉降的影响程度,采用试错法,建立有效的地面沉降模型,并结合现状及历史数据进行预测和推演,模拟多种工况下南沙区地下水水位变化和地面沉降的变化量,结果表明:南沙区地面沉降较为严重的区域主要集中在龙穴岛北部,其建筑荷载造成的沉降量最大可达到149 mm。该模型的构建及运用为南沙区在地面沉降管理决策方面起到良好的辅助作用,具有应用性和实践意义。

弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型研究及应用

弱胶结地层重复采动条件下的地表沉降特征对西部弱胶结矿区煤炭资源安全高效开采与生态修复具有十分重要的意义。采用理论分析、相似模拟、数值模拟及现场监测等方法,对弱胶结地层矿区重复采动条件下的覆岩运移规律及地表沉降模型进行了研究,并进行了工程应用。通过理论分析探讨了弱胶结岩石的碎胀性特征及重复采动覆岩运移对地表沉降的影响机制,建立了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”,其中弱胶结岩石的碎胀系数、下层煤的采厚均与弱胶结地层重复采动地表最大下沉值之间呈线性关系。通过相似模拟、数值模拟分析了弱胶结地层重复采动覆岩与地表沉降特征。研究结果表明:弱胶结地层初次采动和重复采动覆岩离层高度发育规律基本一致,均呈现阶梯状上升;重复采动地表下沉曲线呈非对称性分布,最大下沉值偏于开切眼侧的规律;并给出了初次采动和重复采动后的覆岩最高发育高度、地表最大下沉值和地表下沉系数。采用已建立的地表最大沉降模型对现场地表最大下沉值进行预测,地表最大沉降模型预计值与工作面回采过程中现场实测值相近,验证了“弱胶结地层重复采动条件下地表最大沉降模型”的合理性,同时工作面回采结束后的地表最大下沉预计值可为现场实际工作提供参考依据。

基于时序InSAR的改进型PIM矿山采空区沉降模型构建与应用

利用InSAR监测矿山采空区地表沉降的过程中易在沉降中心周围产生失相干现象,导致形变结果缺失,无法获取准确的沉降区模型。基于此,提出了一种结合时序InSAR与PIM(Probability Integral Method)的监测方法,以云南省玉溪市大红山铁矿地下采区某工作面为研究对象,首先计算出时序InSAR累积沉降量,并提取其沉降区边缘的高相干点,结合少量沉降中心水准点,利用改进型PSO(Particle Swarm Optimization)算法获取PIM参数,并通过克里金插值法建立采空区地表整体沉降区模型,利用少量水准点数据对该方法的可靠性和精度进行验证,结果表明,该方法获得的沉降区分布与实际相吻合,其沉降区监测精度比单独使用时序InSAR或PIM的更高,可用于矿区地表沉降信息的准确获取。

上海区域地面沉降模型中土层变形特征研究

根据上海大量地面沉降和水位观测资料,结合室内实验,首次系统分析了上海过量开采地下水引起地面沉降过程中各土层的变形特征及地面沉降在空间、时间上的分布规律,发现上海各土层变形特征差异很大,同一土层在不同地点不同时期变形特征差异也很大。地面沉降受多种因素影响呈现出空间分布的复杂性,土层压缩量的垂向分布,从20世纪90年代之前以浅部土层压缩为主转变为90年代之后以深部和浅部土层压缩为主。这些研究成果将为上海区域地面沉降模型中各土层沉降模型的合理选择提供依据。

抽水和建筑荷载双重作用下的地面沉降模型

依据含水层质量守恒原理,推导了非固结地层在建筑荷载作用下的地面沉降机理模型,并将其与Jacob假定下抽水引起的地面沉降弹性模型相比较,结果发现两种模型的机理表达式完全一致,仅区别于水动力原因或实质的不同。在同一坐标系中,根据线性叠加原理,抽水沉降漏斗和荷载沉降漏斗可能都落在地下水位降落漏斗内。假定两者为相互独立事件,给出了抽水和建筑荷载双重作用下的地面沉降模型,表明其如果以水位降深为制约因子,则可以对水动力实质完全不同的两种沉降过程进行线性叠加计算。

城市垃圾填埋场沉降模型的研究

研究了城市垃圾填埋场的沉降变形机理,提出了计算沉降量的模型,模型由荷载应力下的压缩沉降和有机物降解后的压缩沉降两项组成.结合具体工程实例,研究了填埋场的库容,计算了填埋场封场后的沉降量,并给出了沉降量随时间的变化规律.研究表明,初始孔隙比、有机物含量及有机物的降解率是影响填埋场沉降的主要因素;沉降量随时间呈指数衰减,衰减系数为0.10～0.14.

地下水开采-地面沉降模型研究

本文建立三维流动 -一维非线性固结地面沉降模型 ,在混合井流、降雨滞后补给、初始水头形成、人为边界刻画、水流 -固结耦合及软土层固结滞后于地下水开采层水头变化等方面有所改进。所建模型用于苏州市 ,模拟出若干地面沉降重要特征 ,地面沉降中心偏离地下水漏斗中心 ,地面沉降动态滞后于地下水的水头动态 。

城市垃圾填埋场有机物降解沉降模型的研究

研究城市垃圾填埋场的有机物降解沉降是非常重要的,有机物的降解沉降是填埋场的主要沉降,并且降解沉降将持续很长一段时间,较大的沉降能够导致防渗系统的渗漏并损坏覆盖系统。由于垃圾的非均匀性,其土工特性随地域及时间而改变,所以,计算垃圾填埋场的降解沉降是比较困难的。在试验及理论推导的基础上,提出了一种有机物的降解沉降模型,该模型参数较少,利用该模型预测了天子岭垃圾填埋场的库容及有机物的降解沉降。

城市固体废弃物沉降模型研究现状及其进展

城市固体废弃物(M SW)的沉降问题是卫生填埋法处理城市垃圾中的重点问题之一,现场监测和室内试验是建立合理计算模型的首要前提.但是,无论是现场试验还是室内试验,试验设备和技术方法还不成熟,有待进一步规范化.在室内外试验的基础上,各国学者相继提出了以传统土力学理论为基础的沉降计算模型、各种经验模型、流变模型、专门描述生物降解沉降计算模型以及综合模型.对上述沉降计算模型的提出背景及应用条件进行了简要评述.M SW特殊形成过程使其组成具有复杂性、多样性以及地域相关性等特点,造成现有模型存在一个共同问题,即模型参数的敏感性问题,这也是现有模型无法推广应用的重要原因之一.因此,沉降模型研究的重点问题之一就是模型参数随着时间、空间、应力以及生物降解、垃圾组成等因素的变化规律.考虑M SW的物理、化学、生物及力学特性建立综合的M SW沉降计算模型是今后研究的热点和难点.

一维非线性地面沉降模型参数敏感性分析

以孔隙水压力和位移为基本变量的一维非线性地面沉降模型考虑了土体变形的非线性和渗透系数随土体变形的变化,它包含有km、m、k0、e0、n、kur和m′等7个参数。分析计算结果表明,计算的位移和孔隙水压力对参数km、k0和kur的变化非常敏感,而且当土层不均匀时,靠近孔隙水压力变化边界处的土层的渗透性对整个土层中孔隙水压力消散影响显著,而土层的压缩性对其自身的孔隙水压力消散影响显著。结合模型参数的获取方法,建议在有现场孔隙水压力、沉降等实测资料时,可以将km、k0和kur作为反分析参数。

PTA废水的沉降模型分析、验证与应用

在精对苯二甲酸(PTA)废水沉降预处理过程中,对苯二甲酸(TA)悬浮颗粒的沉降模型是沉降装备设计和操作条件优化的技术基础。根据PTA废水中TA颗粒沉降的行为属性,在Stokes经典沉降理论基础上,结合实际废水的参数计算、推演,获得了FTA废水静沉降模型:u_1=0.5374d_p^2(p_p-p)/μ。采用重力沉降法实际试验进行验证,结果表明:模型计算结果与实际试验结果的误差在9%以内。将模型应用于实际的重力沉降试验中,建立了水力流速工艺条件与固体分离度操作目标之间的关联关系,为提升PTA废水沉降预处理生产装置的分离效率提供了技术依据。

苏锡常地区GIS与地下水开采及地面沉降模型系统集成分析

本文以ＧＩＳ为主控模块，选择美国国防部开发的地下水运动模拟模型系统（ＧｒｏｕｎｄｗａｔｅｒＭｏｄｅｌｉｎｇＳｙｓ－ｔｅｍ简称ＧＭＳ）和美国Ｄ．Ｃ．Ｈｅｌｍ、Ｓ．Ａ．Ｌｅａｋ等人开发的地面沉降模拟模型系统（Ｃｏｍｐａｃ），进行苏锡常地区ＧＩＳ与地下水运动模拟和地面沉降模拟模型系统集成分析和设计。从ＧＩＳ、ＧＭＳ和Ｃｏｍｐａｃ概念模型供需要求，分析说明集成系统的特点和设计思路，且对集成系统的多种数据兼容性、数据分析处理及集成计算、结果可视化和构件化修改功能进行阐述。

钻井液离心机沉降模型及捕集效率研究

在充分考虑固液两相流动特点的基础上,根据钻井液离心机的结构特点和工作原理,提出了涉及初始沉降位置对离心机捕集效率影响的钻井液离心机固相颗粒沉降模型,并在此基础上提出了钻井液离心机捕集效率计算方法。该方法反映了离心机结构参数、操作参数、钻井液参数和捕集效率之间的关系。文献中捕集效率理论计算值、本文所提方法计算值和实测值之间的对比结果表明,采用本文所提方法得到的捕集效率计算值与实测值吻合度较高,证明了沉降模型和计算公式的正确性和准确性。

地下洞室地表非线性沉降模型参数确定新方法

根据随机介质理论构建地下洞室地表非线性沉降模型,把 DFP 变尺度算法作为一个与遗传算法的选择、交叉和变异平行的算子,嵌入到改进浮点编码遗传算法中,从而获得基于 DFP 算法和改进浮点编码遗传算法的加速混合遗传算法(AHGA),该方法既保留了 DFP 算法和改进浮点编码遗传算法的优点,又使收敛速度较快,还有可能搜索到最优化问题的全局优化解。通过某地下洞室地表沉降的工程实例分析表明,加速混合遗传算法不仅能解决地下洞室地表非线性沉降模型参数确定问题,而且优化结果优于其它方法。

成层土中基坑降水沉降模型分析

针对郑州东区粉土和粉质黏土交互分布的成层土地基条件,以基坑实际降水工况为基础,建立降水井动水位面控制的基坑降水——沉降分析模型.即使在粉细砂层中给定的降水井动水位面的位置有所偏差,仅对降水深度有所影响,而对沉降计算结果的影响较小.以地铁车站基坑降水沉降模型为例,运用有限元法对成层土基坑降水所产生的位移场进行分析.结果表明,基坑降水所产生的沉降主要发生在粉细砂层中,其最大沉降量接近地表最大沉降量的一半.作为粉细砂层顶、底板的弱透水层,因降水导致的沉降也不可忽略.粉细砂层的沉降主要表现为"释水沉降",而其顶、底板土层的压密则包括"释水沉降"和"减压沉降"两部分.

沉降模型的数值解法及仿真

沉降模型对于沉降过程的状态分布的描述有着重大意义,通过对沉降模型的求解可以进一步了解沉降过程,改进沉降工艺和浓缩设备的设计。沉降模型的解法有许多种,介绍用显性差分法求解沉降模型,并通过实验证明沉降模型可对工业絮凝沉降过程进行有效模拟。

基于加速混合遗传算法的非线性地表沉降模型参数优化研究

基于随机介质理论建立非线性地表沉降模型,将DFP变尺度算法嵌入到改进浮点编码遗传算法中,经加速循环得到加速混合遗传算法,对沉降模型参数进行优化分析。实例显示加速混合遗传算法优化地表沉降模型的三个参数的精度高于其它方法。

改进浮点编码遗传算法在非线性地表沉降模型参数优化中的应用

针对浅埋隧道地表出现沉降问题,运用随机介质理论建立非线性地表沉降模型,然后提出改进浮点编码遗传算法确定沉降模型参数,该方法收敛速度较快,能求得最优化问题全局精确解 工程实例表明它不仅能解决非线性地表沉降模型参数优化问题,而且优化结果好于其它方法。

细粒级尾砂絮凝沉降模型的研究

全尾充填是现代充填技术尚未很好解决的一项技术问题。其难度在于细粒级尾砂的沉降速度慢和脱水困难。本文试就细粒级尾砂的絮凝沉降模型进行探讨,以求在计算絮凝沉降时更接近实际。

地面沉降模型的参数全局敏感性

为了提高地面沉降模型(COMPAC模型)参数自动校正(或反演)的效率,降低不确定性,使用Sobol'全局敏感性分析方法,以静态和动态的方式分别计算上海市地面沉降模型中5个参数(弱透水层渗透系数、塑性贮水率、弹性贮水率、前期最低水位和含水层贮水率)的一阶、交互和总敏感度,讨论不同变形阶段和参数区间对敏感度计算结果的影响,得出以下结论. 1)含水层贮水率的敏感度较小,说明该参数对模拟结果的影响有限,该模型不能准确地反演该参数. 2)各参数敏感度在不同变形阶段存在明显的差异,在弹性变形阶段,土层变形量主要受弱透水层弹性贮水率的影响;塑性变形阶段变形量主要受弱透水层塑性贮水率、渗透系数和前期最低水位的影响,说明模型可在弹性变形和塑性变形2个阶段分别校正参数. 3)模型参数的交互敏感度较大,但通过分析观测数据,确定参数的合理区间,可以减小交互敏感度,即减小了"异参同效"性,降低了参数校正或反演的不确定性.