第九章 地面沉降的工程地質(zhì)研究

1、第九章 地面沉降問題(wnt)的工程地質(zhì)分析共三十五頁提 要基本概念及研究意義地面沉降的形成機制地面沉降的產(chǎn)生條件地面沉降的研究、預(yù)測(yc)及防治共三十五頁一. 基本概念及研究(ynji)意義地面沉降地面沉降是指地殼表面在內(nèi)力地質(zhì)作用、外力地質(zhì)作用與人類(rnli)活動的作用下，造成地殼表面某一局部范圍內(nèi)或大面積的區(qū)域性的沉降活動，其垂直位移一般大于水平位移。共三十五頁地面沉降的地質(zhì)原因 1.地表松散地層(dcng)或半松散地層(dcng)等在重力作用下，在松散層變成致密的、堅硬或半堅硬巖層時，地面會因地層(dcng)厚度的變小而發(fā)生沉降。 2.因地質(zhì)構(gòu)造作用導(dǎo)致地面凹陷而發(fā)生沉降。 3.地

2、震導(dǎo)致地面沉降。 共三十五頁地面沉降的人為原因 近幾十年來，人類過度開采石油、天然氣、固體礦產(chǎn)、地下水等直接導(dǎo)致了今天全球范圍內(nèi)的地面沉降。在我國，由于各大中城市(chngsh)都處于巨大的人口壓力之下，地下水的過度開采更為嚴(yán)重，導(dǎo)致大部分城市(chngsh)出現(xiàn)地面沉降，在沿海地區(qū)還造成了海水入侵。 地面沉降導(dǎo)致了地表建筑和地下設(shè)施的破壞。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因地面沉降導(dǎo)致的經(jīng)濟損失達1億元人民幣以上。共三十五頁國 名 地 點沉降面積（km2）最大沉降速率（cm/a）最大沉降量（m）發(fā)生沉降的主要時間備 注州或省市具體地點 日 本東京江東及城北工業(yè)區(qū)29019.54.2318921968開發(fā)地下

3、水大阪16.32.819251968九州 佐 賀 縣白石平原882019541965尼崎3.1 美 國加州圣克拉拉流域600213.9019151967圣華金流域900046.08.5519351968洛斯貝諾斯開脫爾曼市2330404.88 1955邱拉里華茲科303.9619261954長灘市威明頓油田3271919261968開采石油內(nèi)華達州拉斯維加斯500119351963抽取地下水亞利桑那州鳳凰城310319521970得克薩斯州休斯頓加爾維斯頓100001219431969路易斯安那州巴吞魯日5000.319341965墨西哥墨西哥城7560427.518901957共三十五頁意大

4、利波河三角洲800300.2519531960開采石油 中 國上海天津臺灣市區(qū)及郊區(qū)臺北盆地730010.121.622.6671.761.701921198719591983 1963抽取地下水共三十五頁主要危害 (1)沿海地區(qū)沉降使地面(dmin)低于海面，受海水侵襲； (2)一些港口城市，由于碼頭、堤岸的沉降而喪失或降低了港灣設(shè)施的能力; (3)橋墩下沉，橋梁凈空減小，影響水上交通. (4)在一些地面沉降強烈的地區(qū)，伴隨地面垂直沉陷而發(fā)生的較大水平位移，往往會對許多地面和地下構(gòu)筑物造成巨大危害; (5)在地面沉降區(qū)還有一些較為常見的現(xiàn)象，如深井管上升、井臺破壞，高擺脫空，橋墩的不均勻下沉

5、等，這些現(xiàn)象雖然不致于造成大的危害，但也會給市政建設(shè)的各方面帶來一定影響。共三十五頁比 薩 斜 塔1173年：動工1360年：再復(fù)工，至1370年竣工， 全塔共8層，高度為55m1272年：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層， 高48m，再停工1178年：至4層中，高約29m， 因傾斜停工1360年：再復(fù)工，至1370年竣工， 全塔共8層，高度為55m1272年：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層， 高48m，再停工1178年：至4層中，高約29m， 因傾斜停工共三十五頁地面沉降使橋墩(qiodn)錯位共三十五頁蘇州虎丘(h qi)塔概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。磚砌七層，高47.5m，底層

6、直徑13.7m。呈八角形，問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線達2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險建筑物。原因(yunyn)：位于傾斜基巖上，復(fù)蓋層一邊深3.8m，另一邊為5.8m。不均勻粉質(zhì)粘土層產(chǎn)生不均勻沉降。處理：在四周建造圈樁排式地下連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身。共三十五頁共三十五頁天津市地面沉降(d min chn jin)共三十五頁共三十五頁西安市地面沉降(d min chn jin)共三十五頁共三十五頁 上個世紀(jì)90年代以來，長江三角洲地區(qū)的地面沉降在區(qū)域上有連成一片的趨勢。蘇州市自1949年以來累計地面沉降600毫米的面積已達180平方公

7、里，常州43平方公里，無錫59.5平方公里。 地面沉降最嚴(yán)重的是上海。40年來，上海市因地面沉降的直接經(jīng)濟損失達2900億元，其中(qzhng)潮損1755億元，澇損848億元，安全高程損失189億元。共三十五頁共三十五頁 北京供水三分之二來自地下水。近年來，由于地下水的超量開采，北京平原(pngyun)地面沉降呈快速增加趨勢。共三十五頁共三十五頁共三十五頁共三十五頁9.3 承壓水位下降引起地面沉降的形成機制1 承壓水位降低所引起的應(yīng)力轉(zhuǎn)變及土層的壓密 位于未固結(jié)或半固結(jié)疏松沉積層地區(qū)內(nèi)的大城市，因為潛水易于污染往往開發(fā)深層的承壓水作為工業(yè)及生活用水的水源。 在孔隙承壓含水層中，抽汲地下水所引

8、起的承壓水位的降低，必然(brn)要使含水層本身和其上、下相對含水層中的孔隙水壓力隨之而減小。根據(jù)有效應(yīng)力原理可知，土中由覆蓋層荷載引起的總應(yīng)力是由孔隙中的水和土顆粒骨架共同承擔(dān)的。共三十五頁共三十五頁圖1共三十五頁圖2 由承壓水頭降低引起的土層固結(jié)的模擬(mn)試驗結(jié)果共三十五頁 土層內(nèi)現(xiàn)有的剩余孔隙(kngx)水壓力的大小，是衡量該土層在現(xiàn)存的應(yīng)力條件下可能最終產(chǎn)生的固結(jié)、壓密的強烈程度的重要標(biāo)志，通?？梢酝ㄟ^實測加以查明。 以上通過一種較簡單的三層結(jié)構(gòu)、單層抽水模式的機制。其它多層結(jié)構(gòu)(甚至多層抽水)類型的沉降機制仍然是相同的，所以就不再一一地進行討論了。共三十五頁2. 土層的性質(zhì)及其變

9、化與地面沉降的關(guān)系(1). 土層的固結(jié)狀態(tài)與地面沉降的關(guān)系 在土的固結(jié)、壓密過程中起作用的只是(zhsh)有效應(yīng)力，也就是說，土的固結(jié)、壓密程度主要取決于曾經(jīng)作用于土體上的有效應(yīng)力的大小。 通常將曾經(jīng)作用于土層中的最大有效應(yīng)力稱為該土層的預(yù)固結(jié)應(yīng)力(或先期固結(jié)應(yīng)力)，它相當(dāng)于壓縮曲線上開始的近水理欠固結(jié)土層的壓平段終點處的壓力值，故可通過實驗加以測定。在相同的條件下，超固結(jié)( ji)土層的壓密量將小于正常固結(jié)( ji)土層，同密量則將大于正常固結(jié)( ji)土層。共三十五頁共三十五頁 (2). 砂層與粘土層壓密在地面沉降中的相對重要性 在較低的有效應(yīng)力(yngl)增長條件下，粘土層的壓密在地面沉

10、降中起主要作用，而在水位回升過程中，砂層的膨脹回彈則有決定意義。共三十五頁地面沉降(d min chn jin)量測系統(tǒng)：基巖標(biāo)、分層標(biāo)和地面標(biāo)。共三十五頁2. 地面沉降的防治（1）對已經(jīng)產(chǎn)生地面沉降的地區(qū)a壓縮地下水開采量，減少水位降深幅度 b向含水層進行人工灌溉上海采取控制地下水開采和地下水人工回灌兩大措施，使上海地面沉降從歷史最高的年沉降量110毫米，下降(xijing)至目前的年沉降量10毫米左右。c調(diào)整開采地下水層次d在沿海低平原地帶修筑或加高擋潮堤、防洪堤e改造低洼地形f改建給排水系統(tǒng)和輸水管線g修改城市建設(shè)計劃共三十五頁（2）對可能發(fā)生地面沉降的地區(qū)a估算( sun)沉降量b確定合理開采方案c采取適當(dāng)建筑措施共三十五頁本章(bn zhn)結(jié)束共三十五頁內(nèi)容摘要第九章 地面沉降問題的工程地質(zhì)分析。地面沉降是指地殼表面在內(nèi)力地質(zhì)作用、外力地質(zhì)作用與人類活動的作用下，造成地殼表面某一局部范圍內(nèi)或大面積的區(qū)域性的沉降活動，其垂直位移一般大于水平(shupng)位移。(2)一些港口城市，由于碼頭、堤岸的沉降而喪失或降低了港灣設(shè)施的能力。(3)橋墩下沉，橋梁凈空減小