苏锡常地区地面沉降及地质结构三维可视化模型研究

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

该项目深入研究了地面沉降形成机制和基本特征，提出了在地面沉降过程中含水砂层非弹性形变新认识，科学分析了地裂缝灾害点的形成机理，并据此作了地裂缝危险性评估，圈定了易发区带，为城市规划和建设提供了可靠依据。该项目运用GMS（V3.1）在大范围、条件复杂的苏锡常地区建立了第四纪地层三维模型和多层地下水水流数值模拟模型，利用ArcGIS（V8.1）平台建立了苏锡常地区三大基础模型-基岩构造模型、第四纪沉积结构模型、地下水含水系统结构模型，并据此建立了一套较为完善的苏锡常地区地面沉降预警预报GIS管理系统，具有较高的实用价值。 2100433B

本项目紧紧围绕“苏锡常地区第四纪地层工程地质精细化分析研究”这一中心课题，主要以苏锡常地面沉降沉降区第四纪土体为研究对象，开展了土体结构精细化分析；采用现场分布式光纤监测与室内试验相结合的方式，深入探讨了地面沉降过程中不同类型土的微观结构演化特征，为地面沉降机理和变形潜力评价提供了新的思路和方法。项目取得了一批创新成果：（1）从多尺度对苏锡常地区第四纪土体工程地质性质进行了精细化分析；（2）掌握了土体变形过程中微观结构定量化特征，以及不同因素对土体变形过程的影响；（3）提出并应用了地面沉降分布式光纤监测技术，获得了苏锡常、江苏沿海等地区地面沉降钻孔中土体变形分布规律和演化过程；（4）掌握了土体微观结构参数与土体压缩变形的关系，为深入阐述地面沉降机理提供了依据；（5）提出基于土体微观结构特征的地面沉降潜力评价方法。本项目的研究对于深入了解土体变形过程、开展地面沉降监测与防治具有重要意义。 2100433B