采水型地裂缝的数学模型和数值模拟研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877180
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0702.环境水科学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Earth fissure caused by excessive groundwater withdrawal is called ‘Earth Fissure Caused by Pumping Water’. It has occurred in many regions in China, such as Shanxi Province, Shaanxi Province, Hebei Province, Henan Province, Shandong Province, Anhui Province, Jiangsu Province and Beijing City etc., totally more than ten provinces and cities involved. It seriously influences the safety of people and stable development of society. The successful numerical simulation of earth fissure to large extent depends on the good simulation of three-dimensional land subsidence. It is necessary to develop the coupled model of three-dimensional land subsidence and earth fissures with viable parameters based on the complicated deformation. The finite element method (FEM) and interface element(IE) method will be combined to solve the three-dimensional land subsidence model and earth fissure model. The vulnerability assessment method will be developed based on the typical earth fissure conceptual models and the sensitivity analysis of the main impacts and parameters. Numerical simulation of a couple of earth fissures in the typical Su-Xi-Chang area with earth fissures occuring will be a case study of the proposed three dimensional land subsidence and earth fissure coupled models and the combination of FEM and IE. No similar study was reported.
过量开采地下水引发的地裂缝称为“采水型”地裂缝,在我国的山西、陕西、河北、河南、山东、安徽、江苏和北京等十余省市均有发育,严重影响人类安全和社会稳定发展。地裂缝模拟是否成功很大程度上依赖于三维地面沉降模拟精度,有必要建立复杂变形条件下三维变系数地面沉降与地裂缝耦合模型。将有限元方法和界面元方法联合求解三维地面沉降和地裂缝耦合模型。针对典型地裂缝概念模型中主要影响因素和参数的敏感性分析,建立地裂缝脆弱性评价方法。通过苏锡常典型地裂缝发育区多条地裂缝模拟,对所建三维地面沉降和地裂缝耦合模型,对有限元与界面元联合的数值方法进行检验。国内外未见同类研究。

结项摘要

过量开采地下水引发的地裂缝称为“采水型”地裂缝,在我国的山西、陕西、河北、江苏和北京等十余省市均有发育,严重影响人类安全和社会稳定发展。政府部门在制定城市发展规划及地裂缝防治对策时,迫切需要知道未来地裂缝的发展趋势,希望提供地裂缝的预警预报。要做好这样的预警预报一个好的地裂缝模型是必不可少的。此外,地裂缝的成因机制虽有认识但远不够深入,因此也需要建立基于地裂缝成因机制的数学模型,进一步厘清地裂缝的诱发因素,揭示地裂缝发育过程。本次研究总结了三种最典型的地裂缝概念模型,即“基岩潜山型地裂缝”,“先期断层型地裂缝”和“含水层厚度突变型地裂缝”。建立三维变系数地面沉降与地裂缝耦合模型,具体包括三维地质力学模型(Geomechanical Model-GM)和地裂缝模型(Earth Fissure Model-EF Model)。应用有限元和界面元联合的数值方法实现了所建立的GM-EF耦合地裂缝模型的求解。开展了地裂缝数学模型的广义混沌多项式展开(generalized polynomial chaos expansion-GPC) 替代模型和梯度提升树(gradient boosting tree-GBT)替代模型研究。采用Sobol法、RBD-FAST法、以及基于GPC和GBT替代模型进行了地裂缝发生及发育程度的参数敏感性分析。对于三种典型地裂缝发育的敏感性分析均表明含水系统的特殊几何结构特征和孔隙水压力变化分别是控制地裂缝开裂第一和第二敏感参数。通过参数的多元回归分析,提出对应三种典型地裂缝脆弱性的简单易用的评估方法。通过无锡光明村野外3条地裂缝的成功模拟,验证了所建GM-EF地裂缝模型和所采用的有限元-界面元数值方法的有效性,可以有效刻画实际野外多条地裂缝的发育过程。上述研究成果从理论上建立了可靠的包括地裂缝数学模型和数值算法的地裂缝数值模拟体系,通过参数敏感性分析和脆弱性分析研究推进了对地裂缝成因机理的认识;从实际应用上为苏锡常等地裂缝灾害区的灾害防治提供了科学支撑。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A parametric numerical analysis of factors controlling ground ruptures caused by groundwater pumping
地下水抽水引起地面破裂控制因素的参数数值分析
  • DOI:
    10.1029/2019wr025034
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Water Resources Research
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Matteo Frigo;Massimiliano Ferronato;Jun Yu;Shujun Ye;Devin Galloway;Dora Carreón‐Freyre;Pietro Teatini
  • 通讯作者:
    Pietro Teatini
Sensitivity analysis of factors controlling earth fissures due to excessive groundwater pumping
过量抽取地下水地裂缝控制因素敏感性分析
  • DOI:
    10.1007/s00477-022-02237-8
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Stochastic Environmental Research and Risk Assessment
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Yueting Li;Noemi Friedman;Pietro Teatini;Andras Benczur;Shujun Ye;Lin Zhu;Claudia Zoccarato
  • 通讯作者:
    Claudia Zoccarato
上海地面沉降管控分区沉降特征及地下水采灌对比研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    上海国土资源
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    暴世康;叶淑君;严学新;杨天亮;黄鑫磊
  • 通讯作者:
    黄鑫磊
Aseismic Multifissure Modeling in Unfaulted Heavily Pumped Basins: Mechanisms and Applications
无断层强抽水盆地的抗震多裂隙模拟:机制与应用
  • DOI:
    10.1029/2021wr030127
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Water Resources Research
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Yueting Li;Pietro Teatini;Jun Yu;Andrea Franceschini;Matteo Frigo;Claudia Zoccarato;Shujun Ye
  • 通讯作者:
    Shujun Ye
A New Software to Model Earth Fissure Caused by Extensive Aquifer Exploitation and its Application to the Guangming Village Case, China
模拟大规模含水层开采引起的地裂缝的新软件及其在中国光明村案例中的应用
  • DOI:
    10.5194/piahs-382-511-2020
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Proceedings of IAHS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yueting Li;Matteo Frigo;Zhang Yan;Lin Zhu;Massimiliano Ferronato;Carlo Janna;Xulong Gong;Jun Yu;Pietro Teatini;Shujun Ye
  • 通讯作者:
    Shujun Ye

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其他文献

上海陆域地区地下水采灌与地面沉降的时空特征
  • DOI:
    10.13232/j.cnki.jnju.2019.03.012
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    南京大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗跃;严学新;杨天亮;叶淑君;吴吉春
  • 通讯作者:
    吴吉春
苏锡常地区非线性地面沉降耦合模
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    城市地质(增刊),54—62, 2006
  • 影响因子:
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  • 作者:
    于军;吴吉春;叶淑君;吴剑锋
  • 通讯作者:
    吴剑锋
长江三角洲(南部)区域地面沉降
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国科学D辑 (正式录用)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    薛禹群;吴吉春;张云;叶淑君
  • 通讯作者:
    叶淑君
区域地面沉降数值模拟可视化系统开发及应用
  • DOI:
    10.13245/j.hust.181005
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)科技大学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗跃;叶淑君;吴吉春;杨天亮
  • 通讯作者:
    杨天亮
多尺度有限元法求解非均质多孔介
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地球科学进展,19(3),437—442, 2004
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶淑君;吴吉春;薛禹群
  • 通讯作者:
    薛禹群

其他文献

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地下水中氯代有机溶剂的厌氧生物修复研究
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    2020
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    面上项目
复杂变形特征下的三维变系数区域地面沉降模型研究
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生物堵塞对多孔介质地下水中重非水相液体(DNAPLs)污染物运移影响的机理研究
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  • 资助金额:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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