随着经济社会快速发展,深层地下水的长期不合理开采成为导致地面沉降的主要诱发因素。地面沉降是一种缓变性地质灾害,其成生机制复杂、影响范围广、防治难度大且伴随多种次生灾害,已对工农业生产、城市建设和运行、经济社会可持续发展构成严重威胁。为探究地面沉降成生的内在机理、合理预测地下水开采诱发地面沉降问题,需建立真实反映地下水流场、地面沉降时空演化规律的流固耦合模型。但长期以来,人们主要基于线弹性本构模型,从宏观层面对地面沉降加以研究,然而土体变形具有明显的弹塑性甚至滞后性特征,且受到微观结构强度的限制,忽略土体塑性变形特征会影响模拟精度,忽略结构性与宏观工程特性的相互制约作用,难以把握土体变形的内在演化机理。基于以上事实,本文结合德州地区水文地质概况,综合理论分析、室内宏微观试验、数值模拟、宏观力学特征与微观结构因素结合等方法,对区内结构性土体固结沉降成生的宏微观机理和流固耦合数值模拟开展研究,主要内容如下:1.针对性总结国内外地面沉降研究现状、土体微观结构及其与宏观工程特性的研究现状,确立了本文探究地面沉降宏微观演化机理的研究方向。分析汇总实地勘测数据及工程背景资料,明确了研究区800m内共18个工程地质特征层及4个含水岩组的垂向划分。2.在区内施工水文地质勘探孔,对岩样实施室内土工试验,求取各层位物理化学和水文地质参数,以此评价分析德州土体的成生环境;同时开展土体SEM电镜扫描试验,定性评价区内土体在沉降过程中微观结构的被迫调整,结合计算机图像处理技术,定量描述渗流固结中各微观结构要素的时空演化特征,为后文定量拟合宏观力学参数与微观结构因素关系提供依据。3.结合地下水动力学、岩土弹塑性力学等基础理论,基于地下水位动态资料和地面沉降观测资料,合理选取粘土层为弹性-理想塑性Mohr-Coulomb本构模型,含水层为线弹性Biot固结理论,运用MIDAS_GTS有限元数值分析软件,建立宏观三维地下水开采-地面沉降耦合计算模型,模拟区内地下水流场、地面沉降的时空发展规律。4.通过单相关拟合法得出与渗透系数显著相关的微观结构参数,将拟合方程带入上述流固耦合数值模型中,通过对微结构参数进行敏感性分析,定量探讨地面沉降与微观因素的相互作用机制,分析评价结构参数对地面沉降值的影响情况。