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.

钻孔全断面分布式光纤监测中光缆-土体变形协调性的离散元数值模拟

地面沉降是当今危害较大的一种地质灾害问题,利用钻孔全断面分布式光纤监测技术监测地面沉降是一种有效的方法。光缆与土体的变形协调性是影响该技术准确获取地面沉降变形的重要因素。利用自主研发的离散元数值模拟软件MatDEM,建立了二维离散元光缆拉拔试验模型,探究了不同围压下光缆拉拔过程中光缆与周围土体的变形协调性问题。结果表明:二维离散元光缆拉拔模型能够准确反映光缆拉拔过程中的光缆应变分布和土体单元位移;不同围压下光缆拉拔力-拉拔位移曲线及应变分布曲线呈现出渐进式破坏模式;基于离散元方法获得的光缆滑脱深度,修正了光缆-土体变形协调系数。以苏州盛泽地面沉降数据为例,深入分析了不同围压和拉拔位移条件下了光缆-土体的变形协调性。该地区变形协调性较好的临界围压约为0.19 MPa,临界深度约为17 m。研究结果验证了离散元数值模拟方法在探究光缆-土体变形协调性方面的可行性,进一步论证了分布式光纤监测技术在地面沉降监测中的可靠性。

注浆对盾构隧道渗漏引起的孔隙水压力变化的影响

接缝和注浆孔是运营隧道渗漏水的主要通道,渗漏水引起孔隙水压力下降,引发隧道和地层的附加沉降。为了控制隧道渗漏水,工程上经常采用注浆进行处理,而作为控制隧道沉降的同步注浆和二次注浆也认为是盾构隧道防水的第1道防线。然而,目前注浆对隧道渗漏水的影响规律和机制不明确,为研究注浆对隧道渗漏水的影响,首先通过室内试验得到不同类型注浆体的渗透特性,试验发现无论惰性浆液还是可硬性浆液,其渗透特性在凝固初期都随时间和固结压力逐渐减小,最终,惰性浆液的渗透系数大于可硬性浆液,因此,可硬性浆液对隧道渗漏水有一定的控制效果;提出了隧道渗漏引发的土体孔隙水压力变化计算方法,该方法能综合考虑土体-注浆层-管片的共同作用;揭示了注浆对隧道渗漏水的影响规律,注浆对渗漏水的影响取决于注浆体和管片的相对渗透系数;提出了能够反映注浆体和管片对孔隙水压力变化影响的评价指标。研究发现,注浆能减小隧道渗漏引起的地层孔隙水压力的下降,但其影响程度受到隧道管片与土体相对渗透系数的影响。