地下构筑物挡水效应对地表沉降参数敏感性影响(5)
由剪应力、剪应变和位移的关系,可知:
τrz=Gγrz
式中:G为剪切模量,γrz为总剪应变,ur和s分别为r和z方向上的位移。
当忽略影响非常小的径向位移,只考虑竖向沉降时,有:
联立式(16)和式(19)可得:
由侧摩阻力控制的沉降量为
式(21)中:M为抽水影响的地下深度。
增加的剪应力,即侧摩阻力对地面沉降有抑制作用
由于二次导项较小,此处可以不予考虑可得
土层由侧摩阻力控制的沉降量大小主要取决于土层的沉降差和变形土层的厚度。首先假设设置挡水构筑物,开采地下水时,地层不发生变形,挡水构筑物的设置会改变地下水位,即增大抽水井一侧的水头的减小量Δdi,w和等效渗透系数减小而引起抽水引起的总体应力差增大,而与应力差相关的是地表沉降差所以Δdi,w和项对最大地面沉降量的敏感性增大,而与Δdi,w项有关的土体参数是渗透系数K,与有关的土体参数是跟侧摩阻力相关的泊松比μ、内摩擦角φ和内聚力C,故而渗透系数K和与侧摩阻力相关的参数泊松比μ、内摩擦角φ和内聚力C敏感性会增大。由于最大允许地面沉降不变,相应的其他与正应变相关的力学参数,如弹性模量、密度和孔隙比敏感性减小。
所以控制方程的分析结果与敏感性参数分析结果一致,再一次验证了挡水构筑物的设置会增大渗透系数K和与侧摩阻力相关的参数泊松比μ、内摩擦角φ和内聚力C敏感性,相应地其他参数敏感性会减小的结论。
5结论
(1)在未设置挡水构筑物时,开采地下水时地表沉降差均较小,但是随着开采含水层深度增加,地表沉降量增大。
(2)随着挡水构筑物逐渐深入地下,挡水构筑物两侧的沉降规律有所不同,开采井一侧地表沉降为逐渐增大,另一侧为先增大后减小,沉降量变化幅值较小;但不论挡水构筑物深入地下多少米都会加大地表最大沉降量和沉降差,其中挡水构筑物对开采层的挡水效应所引起的地面沉降最为显著。
(3)对地面沉降有影响的参数按敏感性大小排序依次是弹性模量、渗透系数、泊松比、重度、内摩擦角,其中内聚力和孔隙比敏感性极小,弹性模量、渗透系数、泊松比对沉降量的敏感性占绝对地位。
(4)挡水构筑物的设置会加大渗透系数和与侧摩阻力相关参数的敏感性,与侧摩阻力相关的参数有泊松比、内摩擦角和内聚力,相应地其他与正应变相关的物理力学参数,如弹性模量、密度和孔隙比敏感性减小。故当计算分析地面沉降量时,应该适当适时考虑土层侧摩阻力的影响。
(5)以最大沉降量为结构可靠指标,地下挡水构筑物的设置和考虑弹性模量与渗透系数的正相关性计算得到的结构可靠度均降低。土层由侧摩阻力控制的沉降量大小主要取决于土层的沉降差和发生变形的土层厚度。
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文章来源:《水电与抽水蓄能》 网址: http://www.sdycsxn.cn/qikandaodu/2020/1229/414.html