以沧州为例华北地区城市建筑布局与地面沉降物理模拟研究

The main causes of urban land subsidence in China are overexploitation groundwater and extensive engineering construction. A big number of evidence have indicated that The engineering construction gradually becomes the new factor for causing the land subsidence in recent year. effect of engineering construction in the land subsidence attracted broad attention of academia. But the relationship of engineering construction and land subsidence is still unclear. Taking Shanghai as example, the quantitative relationship of architectural composition(floor area ratio，building density)and land subsidence was investigated based on present theory of land subsidence,the physical characteristics of land subsidence under special geological conditions, by model simulation experiment in order to provide theoretical basis for the urban construction planning .

我国大多城市地面沉降是由过量开采地下水和大规模工程建设引起，多项研究证明工程建设是近年来新的沉降制约因素，工程建设对地面沉降的作用引起了学术界广泛关注，但其具体特征及其在地面沉降发生发展过程中的作用尚不清楚。项目以沧州为例，基于现有地面沉降理论，采用物理模拟试验手段探讨典型土层条件下华北地区城市建筑布局（建筑容积率、建筑密度）与地面沉降的定量关系，为城市建设规划满足地面沉降的要求提供理论依据。

传统观点认为，地下水位下降是华北地区地面沉降的主要原因。随着城市建设的快速推进，密集型建筑群大量涌现，作为地面荷载，这一作用对于地面沉降的贡献越发得到重视。项目试图先调查和收集沧州地区地面沉降监测资料，分析这一地区地下水位变化、城市发展与地面沉降的关系；之后，以沧州地区典型地层为模拟对象，通过物理模型试验的手段分析地面建筑荷载在地面沉降中的贡献率，探索地面建筑荷载与地面沉降的关系。. 调查近10年以来沧州地区地下水位变化资料和沧州地面沉降监测中心的相关数据，结合监测中心周边高层建筑布局情况发现，沧州城区的地面沉降除地下水位下降因素外，与新增大量地面荷载有直接关系。对砂土、粉土、粉质粘土地层的地面沉降物理模型试验研究表明，地表荷载所在位置沉降量超出远离荷载区域约30%，水位下降与地表荷载共同作用引发的沉降量超出水位下降单一作用约24%，这一趋势对于细颗粒含量高的土体越发明显；水位下降引发的沉降，从发生到稳定所需时间远大于地面荷载引发沉降的情况，这一趋势对于细颗粒含量少的土体越发明显。. 物理模型试验期间，对华北中东部地区典型砂土的渗透性影响因素开展主成分分析，发现3个主成分依次为考虑颗粒级配因素、考虑土体透水性因素和对透水性因素的补充，以MATLAB平台的支持向量机(SVM)工具箱为基础，采用3个主成分作为原始参量，构建了华北平原中东部地区砂土渗透系数的模型。以太沙基理论为基础，推导了4种典型工况条件下的孔隙水压力差分方程，采用MATLAB软件中的GUI模块开发了各工况的计算程序并实现了孔隙水压力及平均固结度计算的可视化。以上两项工作在物理模型试验过程中应用效果理想。