区域地面沉降模型研究

我国东、中部地区16个省市出现地面沉降，总沉降面积达5万平方公里，引发的地裂缝在17个省市出现，达1000条以上，总长超过350公里，年损失以亿元计，制约着当地国民经济的发展，迫切需要制定防治对策，作出预警预报。但国内外现有模型无法满足这一要求。迫切需要研制能满足下列要求：适用于复杂各向异性越流系统、能刻画随着不断沉降、渗透系数等参数能随时间不断变化的三维变系数水流模型；能刻画在复杂反复抽、灌水条 2100433B

北京是一个缺水的城市，80年代以来，城市发展需水量急剧增加，2/3以上的用水取自地下，地下水长期处于超采状态。自然因素影响与强烈的人为扰动，导致多年地下水位呈下降趋势与平原区地面沉降的不断发展。同时，城市建设带来的城市载荷的增加与地下工程的实施，不同程度地加剧了地面沉降灾害发展。采用GPS、InSAR与Lidar等高新技术结合水准测量、分层标以及地下水观测网等常规技术手段，对地面沉降发展过程及其影响因素进行从点到面的全方位宏观监测，提高监测的时空精度；同时通过土工试验，从微观的角度分析沉降机理，在此基础上采用GIS、空间分析以及数值模拟等方法，建立渗流与变形相耦合的三维沉降模型，揭示区域地面沉降形成与演化机理，模拟地面沉降和地裂缝发生、发展、致灾过程，预测地面沉降发展趋势。为城市地面沉降灾害监控、预测与防治提供理论依据，为实现城市的可持续发展提供决策支持。 2100433B

作为部省合作的大型综合性环境地质调查项目，目的旨在通过区域地面沉降监测网络体系的建立和运行，建成国内一流高技术含量的、集地面沉降实时监测、短期预测、差异性地面沉降易发区预测及信息发布功能于一身的地质灾害监控体系，为政府制定地面沉降防治规划提供科学依据。项目最终成果综合体现在《苏锡常地区地面沉降及地质结构三维可视化模型研究》报告中（含“地面沉降地质结构三维可视化模型”、“地裂缝地质灾害调查研究”、“地面沉降监测信息管理系统”、“地面沉降监测网络建设工程”四个部分）。 项目进一步优化了苏锡常地区地面沉降监测网，全面建成了江北扬泰通地面沉降监测网络，运用自动化监测技术、无线数字传输技术、互联网技术实现了地面沉降监测数据的自动采集、传输、适时处理和分析，综合提升了江苏长三角地面沉降监测自动化水平。 项目在地面沉降机理研究新认识基础上，系统总结了地裂缝成因类型，首次成功建立了苏锡常地区非线性地面沉降耦合模型，通过水流和沉降模型参数随时间的变化实现两模型的真正耦合，引入多尺度有限元法（MsFEM）成功进行了模型的求解及地面沉降趋势预测，重新修定了地裂缝灾害易发区。研究成果应用于国家重大工程的前期论证，相继为京沪高速铁路、沪宁城际铁路的地面沉降专项研究及轨道选型工作提供了科学依据。 项目利用虚拟现实技术（VRT）开发的地面沉降地质结构三维可视化模型虚拟现实系统（LSVRS），首次实现了三维地质结构、地面沉降发展过程以及地下水流场动态过程的虚拟表现，为该地区地面沉降机理及预测研究提供了三维可视化平台，并成为构建数字苏州城市地质信息化管理平台的初始框架。 项目所建立的苏锡常地区地面沉降监测管理信息系统，实现了地面沉降实时监测、模型预测、差异性地面沉降易发区预测及虚拟现实模型等多模型系统的综合集成，使研究区地面沉降、地裂缝灾害的监测、评价和管理进入到一个新阶段，为今后开展地面沉降风险管理及综合防治打下坚实基础。 2100433B