0　引　言

地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象，地面沉降的产生不但会引起地面高程的损失、桥梁净空的减少以及农田渍害等问题，而且会渐进式降低建设环境和生态环境的总体质量，影响城乡经济的可持续发展(骆祖江等，2009a；付延玲等，2016)。江苏苏州吴江区是地面沉降易发区，该区2000年以前主要开发利用第Ⅱ承压水，地下水位随着开采量的增加而逐步下降。长期大量开采地下水使区内地下水位下降，诱发地面沉降(谭荣初，2001；刘金宝，2006)。苏锡常地区2000年实施深层地下水禁采后，地下水位明显回升，大部分地区地面沉降速率相应减小，但吴江盛泽地区却出现了沉降速率增大的异常，自2000年以来，沉降速率始终在10 mm/a以上，成为目前苏锡常地区为数不多的沉降孤岛之一。因此，探明吴江盛泽地区地面沉降诱发机理，对后期开展地面沉降防治工作具有重要意义。

以比奥固结理论为基础，结合江苏苏州吴江盛泽地区地质背景，依据研究区及周边水文地质、工程地质、环境地质调查和钻探资料进行沉降综合分析，建立相应的建筑物荷载、地下水渗流与地面沉降的三维全耦合数值模型，利用实测水位、地面沉降监测数据对模型参数进行反演，利用识别验证后的模型预测2015—2030年盛泽地区地面沉降的发展趋势。

1　区域地质概况

研究区域为苏州吴江区盛泽镇，位于江苏最南部，地处长江三角洲和太湖地区的核心区域。吴江地区沉积了较厚的第四纪松散层，最大厚度为220.8 m(芦墟镇)，由于受地形地貌和基底构造的影响，具有东北厚西南薄的变化规律。区内第四系厚度为140～160 m。研究区位于扬子准地台下扬子台褶带南东部，构造单元上属南浔—甪直中断凹，为一白垩系、古近系—新近系巨厚沉积的中生代、新生代断凹。

四大工程:给长城贴瓷砖、给赤道镶金边、给太平洋装栏杆、给喜马拉雅山安电梯间;四小工程:给苍蝇戴手套、给蚊子戴口罩、给蟑螂戴避孕套、给老鼠戴脚镣。

盛泽地区地下水类型主要为松散岩类孔隙水，根据其赋存条件、水理性质、水力学特征及含水层的空间分布与形成时代，可将区内含水层组划分为潜水含水层组和第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ承压含水层组。潜水含水层组主要由全新世与晚更新世晚期的粉质黏土、粉土和淤泥质土层组成，含水层底板埋深6～10 m。第Ⅰ承压含水层上段以黄色粉砂、粉细砂及粉土为主，顶板埋深10～25 m，厚5～30 m，下段为晚更新世早期灰色细砂、中细砂，顶板埋深50～60 m，厚20～40 m；第Ⅱ承压含水层以中更新统粉细砂为主，埋藏于110～160 m之间，厚度10～30 m；第Ⅲ承压含水层以下更新统泥质粉细砂、中细砂为主，顶板埋深多在160 m上下，砂层厚度20～40 m。各含水层间均由相对隔水的黏性土层相分隔。

根据实地调查，研究区主要地面建筑及泵站分布情况见图1。其中，盛泽地区建筑物密度较高，建筑物分布区域主要集中在镇区中南部。研究区水文地质剖面如图2所示。

图1　研究区主要地面建筑及泵站分布图 Fig.1　Map showing distribution of major surface buildings and pump houses of the study area

图2　研究区水文地质剖面图 1-淤泥；2-粉砂；3-细砂；4-中砂；5-粉质黏土；6-粉砂夹粉质黏土；7-砾石；8-年代地层；9-含水层代号；10-岩性界限；11-时代界限；12-钻孔编号 Fig.2　Profile of the hydrogeology of the study area

2　地质概念模型

研究区包括南麻、坛丘在内的盛泽镇，平面上以行政区域为界，面积约260 km2。剖面上以整个第四系为界，上部边界为地表面，下部边界为第Ⅲ承压含水层底板。垂向上从上往下剖分成7个层位，依次为：潜水含水层、第Ⅰ黏性土弱含水层、第Ⅰ承压含水层、第Ⅱ黏性土弱含水层、第Ⅱ承压含水层、第Ⅲ黏性土弱含水层和第Ⅲ承压含水层。各个含水层在水力学与土力学上都概化为非均质各向异性与非均质地层。

⑱Cesare Ripa,“Degl'Autori citat”，Iconologia,Padova，1611.

3　数值模型

3.1　比奥固结方程

模型计算中运用的三维比奥固结方程如下(安晓宇等，2013；付延玲等，2017)：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，G为剪切模量，ν为泊松比，wx、wy、wz分别为X、Y、Z方向上的位移分量，u为孔隙水压力，kx、ky、kz分别为X、Y、Z方向上的渗透系数，γ为土的重度，γw为水的重度。

3.2　土体本构模型

土的本构关系是土的力学特性,即应力-应变-强度-时间等关系的数学表达式(陈兴贤等，2015)。对于考虑流变特性的土体来说，其变形特征主要表现为变形的时间与应力水平有关，所显示的是具有弹性、黏弹性和黏塑性的黏弹塑性体，若将此类土体的总应变增量dε分为弹性应变增量dεe、黏弹性应变增量dεve、黏塑性应变增量dεvp，则具有流变特性的土体中任意点在任意时刻的应变增量为：

煤炭企业税务会计需要对过往的税务资金状况进行监督，运用税负因素分析等方法，结合煤炭企业的行业特点合理规划统筹企业的投资、融资和收益分配等各个不同的环节的纳税活动。通过对企业各个阶段实行节税措施，已达到总体的合理节税的目的。

(3)

式(3)中，各部分的应变增量可以由下述方法确定。

3.2.1　弹性应变增量　由胡克定律可得：

dεe=[C]dσ′

(4)

式(4)中，为弹性柔度矩阵，其中为土体的弹性应力应变矩阵，若考虑塑性变形，则此时[D]为弹塑性应力应变矩阵

3.2.2　黏弹性应变增量　由Kelvin流变模型E1ε+Keε=σ可得，应力不变时，复杂应力状态下的黏弹性应变增量为(陈兴贤等，2015)：

(5)

式(5)中，ηe=E1/Ke;E1为Kelvin体黏弹性模量，与模型参数k1、n1有关；Ke为黏滞系数；[A]为应力矩阵；E为弹性模量。

3.2.3　黏塑性应变增量　利用黏塑性法确定黏塑性应变增量，在该种方法中允许材料在有限“期间”内超越破坏准则(以破坏准则函数F>0表示)。在讨论土体的黏塑性应变而非塑性应变时，应变的变化率与超越量(过应力)有关，即有以下关系式：

(6)

式(6)中，Qs为塑性势函数，F为破坏准则函数，σ=(σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx)T，σ和τ分别为主应力与剪应力。

δεvp=Δt(εvp)i

(2) 孔隙水压力初始条件：

(2σx-σy-σz)/3，sy=(2σy-σx-σz)/3，sz=(2σz-σx-σy)/3。

如果将黏塑性应变率与一个伪时间步相乘，就可以得到累加到下一个时间步的黏塑性应变增量，于是有：

对于摩尔-库伦材料来说：

(7)

(8)

数值计算绝对稳定的时间步与假定的破坏准则有关，对于摩尔-库伦材料有：

(9)

塑性势函数对应力的偏导数可以表示为：

据研究区已知勘探资料与水文资料，将其四周概化为第二类边界条件。研究区源汇项包括大气降水补给、地下水开采和水汽蒸发排泄。研究区的顶部是补给边界，也是排泄边界，系统底部为隔水边界(骆祖江等，2009b；马青山等，2015)。研究区所有侧向边界和底部边界均概化为零位移边界,将地下水开采概化为大井，将建筑概化为点荷载进行处理。

(10)

式(10)中，所以应用摩尔-库伦准则的土体黏塑性应变增量可以表示为：

(11)

式(11)中，

将式(4)、(5)、(11)代入式(3)，可求得弹性-黏弹性-黏塑性体的应变增量为：

(12)

式(12)即为土体的黏弹塑性本构方程。

3.3　比奥固结有限元方程

采用伽辽金加权余量法建立比奥固结理论有限元控制方程，取Δt时段内的位移增量来代替位移，将式(1)、(2)离散成增量形式(金玮泽等，2014)：

当前，软件工程教学的一个重要作用就是为学员提供良好的就业。来自前程无忧等几家公司的报告显示，企业对软件工程师的需求仍居于首位，且具有可观的薪酬。然而，跨入软件技术领域,成为一名软件工程师,相应的技能水平及经验又是必备的“入场券”。如何在由学校跨入就业岗位后能够快速掌握与就业岗位相适应的软件开发技能，将是软件工程专业教学需要考虑的问题。然而，现有软件工程教学缺乏就业导向性的不足，注定了这些专业学员无法快速适应就业能力需求。

(13)

式(13)中,Δδ为结点位移增量，Δu为结点孔隙压力增量，为固体刚度矩阵，K为渗透流量矩阵，K′为应力-渗流耦合项矩阵，ΔQ为流量增量矩阵，B为自由面积分矩阵，R为等效节点荷载矩阵，Rt为t时刻已经发生的位移所平衡的该部分荷载矩阵。

渗流取决于孔压全量的分布，因此孔压用全量的形式表示。记时刻tn和tn+1时单元节点i的孔压全量分别为ui(n)和ui(n+1)，且Δui=ui(n+1)-ui(n)，则式(13)可变换为：

(14)

式(14)即为三维比奥固结有限元方程。

3.4　定解条件

3.4.1　初始条件　(1) 位移初始条件。将2015年3月1日各含水层的初始位移值设为0，定为模型的初始位移：

w(x,y,z,t)|t=0=0

dε=dεe+dεve+dεvp

(15)

其中，φ为摩擦角；c为黏聚力第三偏应力不变量

南京素有“六朝古都”“十朝都会”之称，中山陵、鸡鸣寺、玄武湖、夫子庙、栖霞山、明孝陵、南京长江大桥等，在旅途中均给我留下了深刻印象。不过，还有一道美食让我食之不忘，这便是南京著名的“地标菜”——“平地一声雷”！

u(x,y,z,t)|t=0=u0(x,y,z)

(16)

式(16)中，u0(x,y,z)为初始孔压。

(3) 地应力初始条件。初始地应力可由土体的自重应力估算得出(田开洋等，2014)：

促使农村初中英语课堂学困生的转化需要老师进行高效的备课，结合学生的实际实现因材施教。首先是备教材，初中英语教材所包含的教学内容丰富，学困生在学习过程中会对其中的一部分内容不能够理解，所以老师要仔细研读教材，分别明确语法内容、阅读理解、写作练习等知识点的重难点，在教学的过程中采取合适的教学方法，合理安排教学内容，保证课堂教学的有效开展。其次是备学生，每位学生的知识基础、学习方法。学习特点都不尽相同，尤其是学困生在学习英语的过程中遇到的困惑会更多，所以老师要全面了解每一位学生，根据学困生的实际学习情况制定具体的教学目标，最大限度的挖掘他们的潜能，使他们通过学习都能够有所收获。

(17)

式(17)中，σx、σz分别为土体的初始水平方向和垂向应力，z为各层计算点深度，K0为静止侧压力系数。

为有效内摩擦角。

(1) Terminal voltage of shaded cells in 11 shading cases

3.4.2　边界条件　(1) 流量边界条件Γ2：

(18)

式(18)中，为边界Γ2上的已知单位面积流量。

使用有限单元法对研究区进行模拟计算。选取2014年9月1日至2015年9月1日为期1年的观测资料，对模型参数进行反演(骆祖江等，2009b)。每个月作为1个应力期，共12个应力期，每个应力期为1个时间步长。

(19)

式(19)中，μ为土体给水度，θ为自由面外法线方向与垂线的交角，q为通过自由面边界Γ3的单位面积流量，z为自由面所在的高程。

(3) 位移边界条件Γ4：

(20)

式(20)中，分别为位移边界Γ4上3个方向的已知位移。

4　模型识别与验证

(2) 自由面边界条件Γ3：

依据研究区第四纪地层的结构特征及几何形状，对整个研究区进行三维剖分：平面上，研究区剖分为4 635个矩形网格单元；垂向上依据含水层性质剖分为7层。平面尺度为18 481 m×13 578 m，垂向深度在170～200 m，面积为251 km2。单元总数为32 445个，节点总数为38 888个。图3为研究区立体剖分网格。

一个星期之后，我真的收到了去H公司报到的通知。不过并不是在那雄奇壮观的大楼里上班，而是在靠近江边的一个原料场。那是H公司的港口料场，堆积着一座座小山似的矿石，有黑色的，是铁精矿；也有锗红色的，是澳洲来的粉矿；还有灰白色的，是灰石和云片。我想如果把我也算进去，大概应该属于那灰白色的一族吧。

图3　研究区网格剖分立体图 Fig.3　Grid division stereogram of the study area

模型的参数初值由前人资料和本次研究有关实验得出，各含水层初始流场由实测得出，各含水层之间黏性土弱含水层的初始流场由上下各含水层插值得出。各层初始位移和边界上的位移值均为0。在选取的时间段内对模型进行识别与验证，以获得符合条件的合理参数值。依据反演情况可得，模型各层共分为38个参数分区，以第I承压含水层为例，图4为其参数分区，参数值见表1。

图4　第Ⅰ承压含水层参数分区图 Fig.4　Diagram of the No.Ⅰ confined aquifer subzone

表1　第I承压含水层参数分区参数 Table 1　Parameters of the No.Ⅰ confined aquifer subzone

层位分区主轴方向渗透系数/(m/d)KxKyKz弹性模量E/MPa泊松比ν黏聚力c/kPa摩擦角φ/(°)膨胀角ψ/(°)重度γ/(kN/m3)有效孔隙度n第I承压含水层100．180．180．015420．4834180190．454110．490．490．040450．4832160200．452120．800．800．080410．4730180190．439130．150．150．020480．4735150210．445140．300．300．050430．4732170190．446150．400．400．040430．4634180190．446160．200．200．010470．4836190200．453170．500．500．050430．4734140190．450180．600．600．030420．4735150190．449190．450．450．045440．4734160180．451

图5与图6分别为新安水利枢纽与俞家湾闸站的地下水位拟合图，可见模型地下水位值拟合精度较高。2014年9月1日至2015年9月1日1年内地面沉降计算值与观测值对比见图7。由图可见，模型地面沉降值的计算值与观测值吻合较好。由识别的结果可知，地下水系统各参数分区中参数值的级别大小均符合常规。此过程中的相关物理量均基于实地勘测与调查，所以其识别具有一定的精度和可信度，可以用来预测研究区在建筑物荷载作用下导致的地面沉降的发展与变化趋势。

图5　新安水利枢纽地下水位拟合图 Fig.5　Fitting chart of underground water level of the Xin′an hydro-junction

图6　俞家湾闸站地下水位拟合图 Fig.6　Fitting chart of underground water level of the Yujiawan floodgate station

图7　2014年9月1日至2015年9月1日地面沉降计算值与实测值对比 Fig.7　Comparison of calculated and measured data of land subsidence from Sep.1, 2014 to Sep.1, 2015

5　模型预测

根据实地调查的盛泽地区建筑及泵站分布情况，在盛泽地区全面禁采地下水的情况下，利用已经识别和验证的建筑物荷载、地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模型，模拟预测2015年9月1日至2030年9月1日地面沉降的发展趋势。

有研究显示静脉使用皮质激素可以提高镇痛效果，也具有改善肺功能及全身抗炎作用，且并不增加切口感染及裂开的并发症，但仍需要增加临床安全性的研究。使用NSAIDs之前应评估患者肾功能损伤、出血等风险及获益。

由于建筑物荷载的作用，尽管地下水停采，但盛泽地区各含水层均会产生一定程度的压缩变形。图8与图9分别为2020年9月1日与2030年9月1日的预测地面沉降量等值线。

等候的间隙，有的到办公室处理公务或准备“边整边改”的资料。办公室是一栋红砖平房，每间办公室至少摆放五张办公桌，办公室门朝里，窗户对外，仿佛暗示着不宜公开。还有的则聚在一起闲聊，闲聊就是拿人开涮，以埋汰人为乐事。选准“课题”临场发挥，脑筋急转弯，顾左右而言他，张冠李戴，旁敲侧击是开涮的基本功。以前当过村支书的农办主任吴家金正准备娶媳妇，即将成为可以和媳妇“扒灰”的“烧火佬”，大家你一言我一语就拼凑了一副对联，上联“婆婆结亲灶前灶后”，下联“公公娶媳火叉火钳”，横批“亲上加亲”，只差笔墨侍候了。

自2015年9月1日至2030年9月1日，盛泽镇区大部分区域累计预测地面沉降量以200 mm为主，镇区各层最大压缩量均位于杨扇社区，至2020年累计最大地面沉降量为278.52 mm，至2030年累计最大地面沉降量为442.11 mm。预测的南麻社区各层最大压缩量均位于南麻—庄平村，至2020年累计最大地面沉降量为71.68 mm，至2030年累计最大地面沉降量为113.79 mm。

图8　2020年9月1日预测地面沉降量等值线图 Fig.8　Contour map of predicted land subsidence in Sep.1, 2020

图9　2030年9月1日预测地面沉降量等值线图 Fig.9　Contour map of predicted land subsidence in Sep.1, 2030

在地面建筑荷载作用下，预测盛泽地区2015年9月1日至2018年9月1日、2018年9月1日至2020年9月1日、2020年9月1日至2025年9月1日、2025年9月1日至2030年9月1日，平均最大沉降速率依次为60.43、46.91、29.30、4.09 mm/a。图10为杨扇社区在研究时间范围内预测的年沉降速率。

(7)矿区范围内居民饮用水主要来自井泉等，煤炭开采会破坏煤层上覆含水层，进而造成部分井泉水漏失，影响当地居民饮用水和农田灌溉。

图10　杨扇社区预测年沉降速率 (mm/a) Fig.10　Predicted annual land subsidence rate of the Yangshan community

由数值模拟结果可知，盛泽地区建筑物荷载引发的地面沉降中心主要集中在杨扇、龙桥、坛丘等建筑荷载较密集的地方，平面上远离建筑荷载的地方，地面沉降量逐渐减少并趋近于0，基本不受建筑荷载影响，垂向上主要影响到浅部土层，随着深度的增加，建筑荷载对土体变形的影响也逐渐减弱。由建筑物荷载引发的地面沉降也呈现漏斗状，以建筑物中心点为漏斗中心，建筑荷载越密集荷载越大的地方，地面沉降量越大，影响的范围也越广。在土体压缩固结变形的初期，地面沉降量较大，随着时间的推移，地面沉降量增长速率也会逐渐减小。

6　结　论

(1) 基于比奥固结理论，建立了盛泽地区建筑物荷载、地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模型。该模型能较好地刻画盛泽地区的水文地质结构，计算精度较高、模型可靠，对研究区建筑荷载下的地面沉降发展趋势能进行正确预测。

(2) 现有建筑物荷载条件下，自2015年9月1日至2030年9月1日，预测的盛泽镇区各层最大压缩量均位于杨扇社区，累计最大地面沉降量为442.11 mm；预测的南麻社区各层最大压缩量均位于南麻—庄平村，累计最大地面沉降量为113.79 mm。

(3) 由建筑物荷载引起的地面沉降呈现以建筑物中心点为中心的漏斗状，建筑荷载越密集荷载越大的地方，地面沉降量越大。

参考文献

安晓宇,王琦,桑辉,等,2013.南通市地下水开采与地面沉降模拟预测[J].勘察科学技术,31(1)：43-47.

陈兴贤,骆祖江,金玮泽,等,2015.高层建筑荷载、地下水开采与地面沉降耦合研究[J].应用基础与工程科学学报,23(2)：285-298.

付延玲,骆祖江,廖翔,等,2016.高层建筑引发地面沉降模拟预测三维流固全耦合模型[J].吉林大学学报(地球科学版),46(6)：1781-1789.

付延玲,骆祖江,金玮泽,等,2017.南通市高层建筑荷载对地面沉降的影响[J].江苏大学学报(自然科学版),38(3):336-342,360.

金玮泽,骆祖江,陈兴贤,等,2014.地下水渗流与地面沉降耦合模拟[J].地球科学：中国地质大学学报,39(5)：611-619.

刘金宝,2006.复杂巨厚第四纪松散沉积层深基坑降水与地面沉降三维耦合数值模拟[D].南京：河海大学.

骆祖江,张英英,施春华,2009a.南通市第四纪松散沉积层地下水资源评价规划三维数值模型[J].水资源保护,25(5)：19-23.

骆祖江,曾峰,李颖,2009b.地下水开采与地面沉降控制三维全耦合模型研究[J].吉林大学学报(地球科学版),39(6)：1080-1086.

马青山,骆祖江,2015.沧州市地下水开采-地面沉降数值模拟[J].水资源保护,31(4)：20-26.

谭荣初,2001.吴江市地面沉降与开采地下水关系的研究[J].地质灾害与环境保护,12(3)：24-28.

田开洋,陈兴贤,谈金忠,2014.土体自重固结压缩对地面沉降影响研究[J].地质学刊,38(3)：504-510.