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光纤传感原位监测和离散元数值分析为地面沉降机制带来新的认识

来源:2021亚博最新网站日期:2021-12-29点击:10


地面沉降是一种世界性的地质灾害,它是由各种自然因素或人类工程活动,特别是地下水的过度开采引起的。20世纪60年代以来,苏南地区经历了严重的地面沉降。在过去二十年中,广泛实施了地下水人工回灌,以缓解南长江三角洲地区地面沉降的负面影响。现在,该地区的地面沉降已得到明显控制,但在大多数地区仍在发展。持续的地面沉降提出了一个问题:为什么地下水位上升时地面沉降没有停止?

1a2013年至2019200m钻孔的光纤监测应变(Ad为隔水层)。(b) 在钻孔40m88m之间的应变变化曲线。


我院施斌教授团队于2013年在苏州地面沉降区布设监测钻孔,利用分布式光纤应变监测技术开展地面沉降监测。连续6年的监测数据表明,主要开采含水层上方的隔水层中存在巨大的压缩应变。进一步,开展了室内模型箱试验,发现在砂层排水期间,上覆粘土层中也观察到明显的压应变。同时,在粘土层中存在低于大气压的负孔隙水压力,与压缩应变的变化显著相关。采用改进的离散元模型来模拟负压作用下土层的变形。模拟结果与试验结果吻合,说明负孔隙水压力增强了隔水层的压缩。在长江三角洲南部地区,由于负孔隙水压力的影响,在排水和回灌循环中,加剧了隔水层的压缩。

2负孔隙水压力作用下的土层应变模拟结果


相关成果近期以“Negative Pore Water Pressure in Aquitard Enhances Land Subsidence: field, laboratory and numerical evidence”为题,发表于水科学领域国际顶级期刊Water Resources Research上,论文第一作者为我院副教授刘春,通讯作者为施斌教授,共同作者包括唐朝生教授和顾凯副教授,等。

论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021WR030085


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