北京平原区现阶段主要沉降层位与土层变形特征

超量开采地下水引发的地面沉降已成为北京平原区最主要的地质灾害之一.精准识别现阶段地面沉降主要贡献层位,查明不同水位变化模式下土层变形特征,对实现地面沉降精准防控,建立合适的地下水-地面沉降模型具有重要意义.本文根据北京市7个地面沉降监测站内分层标和水位近十几年观测资料,对不同深度土层沉降变化特征和主要沉降层位进行了精准识别,系统分析了不同压缩层组与含水砂层在不同水位变化模式下的变形特征,探讨了黏性土层产生较大残余变形和滞后变形的原因.结果表明:(1)北京平原区现阶段主要沉降层位集中在第二压缩层组(中深部地层)和第三压缩层组(深部地层),平均沉降占比为31.01％和60.73％,且有增大的趋势.(2)不同深度土层变形量及其在总沉降量中的占比,不仅与相邻含水层水位下降幅度密切相关,而且与该土层的岩性和厚度有关.当可压缩土层厚度大,即使水位下降幅度较小,也可能会产生较大的变形量.(3)不同水位变化模式下,不同压缩层组和含水砂层的变形特征可概括为5类.含水砂层主要表现为弹性变形.不同深度的黏性土层表现出弹性、塑性和蠕变的变形特征,具有显著的黏弹塑性.(4)平原区地下水位总体以2017年为节点由降转升,土层变形特征前后差异性较大.第一压缩层组由弹塑性变形转变为弹性变形.第二和第三压缩层组以黏性土为主时,土层始终表现为塑性变形和蠕变变形.若以砂层为主时,2017年前为塑性变形和蠕变变形,2017年后则存在塑性变形、蠕变变形和弹性变形,黏弹塑性明显.(5)黏性土层存在较大残余变形和变形滞后主要由两种因素引起:其一,非弹性储水率大于弹性储水率.其二,黏性土层中超孔隙水压力消散较慢,存在释水滞后,进而导致土层变形滞后.