西安地裂缝抽水活动机理及安全避让距离研究

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地裂缝是一种区域性的城市地质灾害,广泛分布于世界各地。西安地区由于大量抽取地下水已陆续出现14条地裂缝,工程建设及土地规划受到了严重的危害。以往对于地裂缝的研究往往侧重于地裂缝对工程建筑的破坏机理与防灾举措,对于开采地下水导致的地裂缝活动机理并不十分明晰。同时,近年来地下水开采被加以限制,地裂缝活动速率随之减小。而地裂缝场地建筑仍按抽水活动高峰期所规定的安全距离进行避让,造成土地资源的浪费。因此,对于抽水作用下的地裂缝活动机理的研究,以及在地裂缝活动日益减小的背景下对于地裂缝场地安全避让距离的研究十分必要。本文结合现有工程资料与野外调查结果,归纳总结了西安地区地质背景及西安地裂缝的发育特点;基于太沙基固结理论与地下水动力学单井抽水作用下承压含水层渗流理论,以西安地区抽取地下承压水作用下的地裂缝活动为研究对象,对抽水作用下含水层变形机理及地裂缝上下两盘受力变形模式进行了理论分析;并利用基于快速拉格朗日法的FLAC3D数值模拟软件对地裂缝活动机理进行数值模拟分析,得出了西安地裂缝在抽取承压水状况下的活动规律;同时以西安市某地裂缝场地新建小学项目为研究对象,选取建筑基底两侧差异沉降量为研究指标,对地裂缝场地建筑地基变形进行数值模拟分析,研究了地裂缝场地天然地基在不同避让距离下受地裂缝影响的变形规律。论文的主要研究成果如下:(1)抽取承压水对地层的影响主要为水平变形作用和竖向固结沉降变形作用;地裂缝两盘变形模式存在差异,使得上盘更易产生变形。抽水活动导致的含水层变形加剧了地裂缝上下两盘的变形差异,这是地裂缝发生活动的主要诱因。(2)抽水井的位置对地裂缝活动的影响作用较大,上盘抽水导致的地裂缝活动量大于下盘抽水情况,这和实际走访调查结果一致。上盘抽水作用产生的沉降漏斗被地裂缝阻隔,在靠近地裂缝的部位出现较大剪切变形,两盘产生剪切式相对位移;下盘抽水时沉降漏斗跨越地裂缝,上下两盘不产生较大的剪切式相对位移,这是两盘抽水响应不同的主要原因。(3)抽水作用下,地裂缝的透水性对地裂缝的活动有一定影响。隔水地裂缝阻隔了地裂缝向抽水盘的渗流补给,限制了地下水降落漏斗的发展,使得地裂缝处产生更强的拉张作用和剪切作用,使得差异沉降量更大。(4)在地裂缝活动日益减小的前提下,建筑受地裂缝影响随避让距离的增加而迅速减小,随基底荷载的增加而增大;此外土体强度与基底面积对其也有一定影响。
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