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专利名称：一种承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111297430.0

专利申请（专利权）人：淮北矿业股份有限公司
权利人地址：安徽省淮北市相山区人民中路276号

专利发明（设计）人：姜涛,董祥林,徐良骥,刘潇鹏,许子坤,刘学文,周闻天,李建,曹矿勤,杜波

专利摘要：本发明公开了一种承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法，涉及地层变形监测领域，包括由地表向下施工多个水文观测孔，通过水文观测孔获取目标含水层及其上覆岩土体的相关参数，对目标含水层中每个水文观测孔所在位置进行多层划分，并获取每层的应力应变关系，然后获取当前观测时每个水文观测孔对应上覆岩土体总应力及每层分量层对应孔隙水压力，获取观测时刻对应的应变变化量，从而计算目标时间段内的土体压缩量；本发明能够有效进行目标含水层土体压缩量的变化，可为区域地表沉降的反演预计提供重要的数据支撑。

主权利要求：
1.一种承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤1、获取目标含水层水位；
在监测区域地表均匀施工多个向下穿透目标含水层的水文观测孔，对所有水文观测孔进行编号，并进行观测，获取第i个水文观测孔第j次观测时的水头高度i
步骤2、获取第i个水文观测孔所在位置对应目标含水层的厚度H，并将该处目标含水层i自上而下分为n个分量层，对应第k个分量层的厚度为Hk，且 并获取每个分量层的应力应变关系，εik＝f(σik)，εik为第i个水文观测孔处第k个分量层的应变量，σik为第i个水文观测孔处第k个分量层中土骨架承担的有效应力；
步骤3、计量参数的获取
令任意一次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中任意一个分量层所承受的上覆岩土体总应力均为σi，且 其中，l为第i个水文观测孔上方的上覆岩土体总层数，并对每层上覆岩土体编号，其中，第o层上覆岩土体的厚度为Hso且饱和密度为ρso，g为重力加速度；
令第j次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中任意一个分量层所承受的孔隙水压力均为 且 其中，ρw为目标含水层水体平均密度；
令第j次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中第k个分量层中土骨架承担的有效应力为步骤4、压缩量的计算
令第j次观测到第j+m次观测期间第i个水文观测孔对应的n个分量层中第k个分量层的应变变化量为 对应目标含水层在第j次观测到第j+m次观测期间于第i个水文观测孔处的压缩量为
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤5、计算目标含水层于第j次观测到第j+m次观测期间各个水文观测孔处的压缩量，并绘制压缩量等值线，形成承压含水松散层区域失水压缩量分布图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，目标含水层中各水文观测孔对应的分量层总数为均相同、均不同或部分相同中任意一种情况。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，同一水文观测孔对应的所有分量层中各层的厚度为均相同、均不同或部分相同中任意一种情况。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中还包括在钻孔内下放用于隔绝水力沟通的套管。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1中水文数据通过水位传感器。 说明书 : 一种承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法技术领域[0001] 本发明涉及地层变形监测领域，具体说是涉及一种区域地层岩土层压缩变形量分布的计算方法。背景技术[0002] 随着人类对地下水资源的大量攫取及采矿过程中地下水资源的散失，含水层失水后孔隙水压力减小造成地层骨架所承担的有效应力显著增大，从而造成含水层的压缩。特别是对于松散含水层来说，其孔隙率大，抗压性能弱，可压缩性好，层内水位降低将会造成含水层快速压缩，压缩量沿地层传递到地表后造成地表沉陷，威胁到地表及地下建构筑物的安全使用。因此，研究承压含水松散层区域水位的变化特征，从而计算承压含水松散层区域失水压缩量分布，对后期地表沉陷推演及地表、地下建构筑物变形控制方案的制定，有着重要的理论和现实意义。发明内容[0003] 本发明旨在提供一种简单高效的承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法，实现对区域地层变形的准确监测。[0004] 为了实现上述技术目的，首先在计算区域内布设水文孔，并进行全孔取样，获取各岩土层的层厚数据，通过力学实验获取目标土层的密度、厚度、应力应变特征，上覆岩土层的密度、厚度等力学参数，持续进行区域内水位监测，获取目标含水层水位变化。通过目标含水层水位的变化量计算孔隙水压力的减少量，获取土体骨架所承担的应力增量。根据目标含水层不同部分的土地弹性模量计算该含水层的总压缩量，获取区域内不同孔位目标含水层的压缩量，然后绘制等值线形成承压含水松散层区域失水压缩量分布图。[0005] 具体的，为了实现以上目的，本发明提供了一种承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法，包括以下步骤:[0006] 步骤1、获取目标含水层水位；[0007] 在监测区域地表均匀施工多个向下穿透目标含水层的水文观测孔，对所有水文观测孔进行编号，并进行观测，获取第i个水文观测孔第j次观测时的水头高度[0008] 步骤2、获取第i个水文观测孔所在位置对应目标含水层的厚度Hi，并将该处目标i含水层自上而下分为n个分量层，对应第k个分量层的厚度为Hk ，且 并获取每个分量层的应力应变关系，εik＝f(σik)，εik为第i个水文观测孔处第k个分量层的应变量，σik为第i个水文观测孔处第k个分量层中土骨架承担的有效应力；[0009] 步骤3、计量参数的获取[0010] 令任意一次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中任意一个分量层所承受的上覆岩土体总应力均为σi，且 其中，l为第i个水文观测孔上方的上覆岩土体总层数，并对每层上覆岩土体编号，其中，第o层上覆岩土体的厚度为Hso且饱和密度为ρso，g为重力加速度；[0011] 令第j次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中任意一个分量层所承受的孔隙水压力均为 且 其中，ρw为目标含水层水体平均密度；[0012] 令第j次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中第k个分量层中土骨架承担的有效应力为[0013] 步骤4、压缩量的计算[0014] 令第j次观测到第j+m次观测期间第i个水文观测孔对应的n个分量层中第k个分量层的应变变化量为 对应目标含水层在第j次观测到第j+m次观测期间于第i个水文观测孔处的压缩量为[0015] 进一步，还包括步骤5、计算目标含水层于第j次观测到第j+m次观测期间各个水文观测孔处的压缩量，并绘制压缩量等值线，形成承压含水松散层区域失水压缩量分布图。[0016] 进一步，目标含水层中各水文观测孔对应的分量层总数为均相同、均不同或部分相同中任意一情况。[0017] 进一步，同一水文观测孔对应的所有分量层中各层的厚度为均相同、均不同或部分相同中任意一情况。[0018] 进一步，步骤1中还包括在钻孔内下放用于隔绝水力沟通的套管。[0019] 进一步，步骤1中水文数据通过水位传感器。[0020] 本发明相比现有技术具有以下优点：[0021] 本发明能够较为精确的确定监测区域含水层的实际压缩量，为区域地表沉降的反演预计提供重要的数据支撑，为区域地表建构筑物的破坏预警及保护提供重要参考。具体实施方式[0022] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0023] 一种承压含水松散层区域失水压缩量分布的计算方法，包括以下步骤:[0024] 步骤1、获取目标含水层水位；[0025] 在监测区域地表均匀施工多个向下穿透目标含水层的水文观测孔，对所有水文观测孔进行编号，同时进行全孔取芯，在水文观测孔内下放套管至目标含水层，使其与其他含水层隔绝不会产生水力沟通，放入水位传感器，对水文观测孔内水位进行实时监测，获取第i个水文观测孔第j次观测时的水头高度[0026] 步骤2、根据取芯结果，测定其物理力学特性，获取第i个水文观测孔所在位置对应i目标含水层的厚度H，并将该处目标含水层自上而下分为n个分量层，第k个分量层的厚度i为Hk，且 分析每个分量层排水条件下的应力应变曲线，并获取每个分量层的应力应变关系，εik＝f(σik)，εik为第i个水文观测孔处第k个分量层的应变量，σik为第i个水文观测孔处第k个分量层中土骨架承担的有效应力；[0027] 步骤3、计量参数的获取[0028] 根据饱和土有效应力原理土骨架所承担的有效应力σ'＝σ?μw，进行以下设置(其中σ为土体所承受的总应力，μw为孔隙水压力，σ'为土骨架所承受的有效应力)：[0029] 考虑到目标含水层上覆岩土体在观测过程中基本不会发生变化则其产生的土压力在观测期间也不会发生变化，因此在本实施例中，令任意一次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中任意一个分量层所承受的上覆岩土体总应力均为σi，且其中，l为第i个水文观测孔上方的上覆岩土体总层数，并对每层上覆岩土体编号，第o层上覆岩土体的厚度为Hso而饱和密度为ρso，g为重力加速度；[0030] 考虑到承压水在不同观测时间点其含量可能会发生变化(也是产生失水压缩的主要因素)，发生变化时会导致同一位置产生的水文观测数据不同，孔隙水压力也会发生变化，而对应目标含水层水体密度变化则可忽略不计，因此在本实施例中，令第j次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中任意一个分量层所承受的孔隙水压力均为 且其中，ρw为目标含水层水体平均密度；[0031] 令第j次观测时第i个水文观测孔对应的n个分量层中第k个分量层内土骨架承担的有效应力为[0032] 步骤4、压缩量的计算[0033] 令第j次观测到第j+m次观测期间第i个水文观测孔对应的n个分量层中第k个分量层的应变变化量为 则目标含水层在第j次观测到第j+m次观测期间于第i个水文观测孔处的压缩量为[0034] 步骤5、计算目标含水层于第j次观测到第j+m次观测期间各个水文观测孔处的压缩量，并绘制压缩量等值线，形成承压含水松散层区域失水压缩量分布图。[0035] 特别的，考虑到目标含水层不同位置的深度可能不同，则根据实际需要目标含水层中各水文观测孔对应的分量层总数为均相同、均不同或部分相同中任意一情况。[0036] 特别的，考虑到目标含水层同一位置不同高度土骨架强度不同，则根据实际需要同一水文观测孔对应的所有分量层中各层的厚度为均相同、均不同或部分相同中任意一情况。[0037] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：安徽

专利申请日期：2021-11-04

专利公开日期：2024-10-25

专利公告号：CN114139467B