تأثیر هیدرولیک خاک و پارامترهای مکانیکی بر فرونشست زمین و شکاف های زمین به دلیل برداشت بیش از حد از آب زیرزمینی

چکیده

کلمات کلیدی

مقدمه

1. تئوری تحکیم بیوت

2. مدل ساختاری خاک ها

3. معادله ی اجزاء محدود ویسکو-کشان-پلاستیک از تحکیم بیوت 

4. مدل پویای پارامترها

5. شرایط برای راه حل منحصربفرد

5.1. شرایط اولیه

5.2. شرایط مرزی

6. تحلیل حساسیت پارامترهای مدل

6.1. تعمیم دادن و تجزیه ی مدل زمین شناسی

6.2. واسنجی و صحت سنجی

6.3. تحلیل حساسیت پارامتر

6.3.1. در تحلیل سیستماتیک

6.3.2. تحلیل حساسیت پارامترهای مختلف

6.3.3. تحلیل نتایج

7. نتیجه گیری

به منظور مطالعه ی تأثیر های پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی بر فرونشست و شکاف های زمین توسط برداشت بیش از حد از آب زیرزمینی، براساس تئوری تحکیم بیوت و ترکیب آن با تئوری تغییرشکلِ غیرخطیِ خاک، رابطه ی تشکیل دهنده در تئوری تحکیم بیوت گسترش یافت که نتیجه ی آن وارد کردن پلاستیسیته ی ویسکوالاستیک در این تئوری بود، همچنین رابطه ی پویای تخلخل، هدایت هیدرولیکی، پارامترهای تغییرشکل خاک و تنش مؤثر نیز در نظر گرفته شدند، یک مدل ریاضی کوپلینگِ کاملِ سه بعدی برای مطالعه ی فرونشست زمین و شکاف های آن در استان هبی در شانگزو ایجاد و بکار گرفته شد، که از طریق تحلیل حساسیت پارامترها، تأثیر پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی خاک بر فرونشست زمین و شکاف های آن بررسی و نمایش داده شد. مشخص شد که مدول الاستیسیته E، ضریب پواسون υ، آبدهی ویژه μ، و چسبندگی خاک C تأثیر زیادی بر فرونشست و شکاف زمین دارد. علاوه براین، هدایت هیدرولیکی عمودی Kz و هدایت هیدرولیکی افقی Ks تأثیر زیادی بر فرونشست و شکاف زمین دارد.

از دهه ی 1980 پدیده های زمین شناسی خطرناکی مربوط به فرونشست و شکاف خوردن زمین به دلیل برداشت بیش از حد آب زیرزمینی در دشت شمالی چین و دلتای رودخانه ی یانگتسه رخ داده است. مشخص شده که فرونشست و شکاف خوردن زمین به دلیل برداشت بی رویه آب فرایندی پیچیده است که در آن نفوذ عمقی با تنش زمین در ارتباط است. این فرایند به شدت با پارامترهای مکانیکی و هیدرولیکی خاک رابطه دارد. بنابراین، تأثیرات پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی خاک در فرونشست زمین که به دلیل برداشت بی رویه آب زیرزمینی رخ می دهد، عوامل کلیدی برای شبیه سازی و پیش بینی صحیح فرونشست زمین هستند. در چین، پیشینه ی پژوهش در مورد مدلسازی فرونشست زمین به دلیل برداشت بی رویه از آب زیرزمینی به ده سال پیش باز می-گردد، که به شانگهای و تیانجین به عنوان یک تحقیق نمونه ی می توان اشاره کرد. اما، در این مدل ها، مدل جریان آب زیرزمینی یک مدل شبه سه بعدی است، که تنها دارای معادله ی جریان در آکیفر است و فاقد معادله ی جریان در آکی تارد می باشد تا بتواند تغییر سطح آب را شبیه سازی کند. فرونشست حاصل از نشت آب از آکی-تارد را به سختی می توان تعیین کرد. مدل های فرونشست زمین معمولاً مدل های کشسان خطی و یک بعدی هستند، که براساس تئوری یانگتسه بنا نهاده شده اند و نمی توانند در شبیه سازی یا پیش بینی تغییر شکل افقی خاک و وقوع شکاف در زمین استفاده شوند. رابطه ی پویای بین پارامترهای تغییر شکل خاک ، نفوذ پذیری و تنش زمین به خوبی تعریف، و کوپلینگ کاملی بین نفوذ عمقی و فرونشست ایجاد نشده است. بنابراین، تعیین صحیح تأثیرهای هیدرولیک خاک و پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی خاک بر فرونشست زمین با استفاده از این مدل ها مشکل است. هدف این مقاله براساس تئوری تحکیم بیوت بنیان نهاده شده که با ترکیب تئوری غیرخطی تغییرشکلِ خاک صورت می گیرد، تا بتوان پلاستیسیته ی ویسکوالاستیک را در رابطه ی ساختاریِ تئوری تحکیم بیوت با تخلخل، هدایت هیدرولیکی، پارامترهای تغییرشکلِ خاک و تنشِ مؤثر وارد کرد و یک مدل با کوپلینگ کامل و سه بعدی ایجاد کرد تا آن را برای مطالعه ی فرونشست و شکاف خوردن زمین در استان هبی شانگزو بکار برد. براساس واسنجی و تحلیل حساسیت پارامترهای این مدل، تأثیر پارامترهای هیدرولیکی و مکانیکی خاک بر جابجایی عمودی (فرونشست زمین) و جابجایی افقی (شکاف خوردن زمین) مطالعه می شوند. نشان داده شد که مدول الاستیسیته E، ضریب پواسون υ، آبدهی ویژه μ، و چسبندگی خاک C تأثیر زیادی بر فرونشست و شکاف زمین دارد. علاوه براین، هدایت هیدرولیکی عمودی Kz و هدایت هیدرولیکی افقی Ks تأثیر زیادی بر فرونشست و شکاف زمین دارد.