地質(zhì)災(zāi)害之地面變形（ppt51）

第六講變形地質(zhì)災(zāi)害地面1.概述2.類型3.分布規(guī)律4.地面沉降一、概述地面變形地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害的定義義廣義：指因內(nèi)、外動動力地質(zhì)作用用和人類活動動而使地面形形態(tài)發(fā)生變形形破壞，造成成經(jīng)濟損失和和（或）人員員傷亡的現(xiàn)象象和過程。如，構(gòu)造運動動引起的山地臺升和盆盆地下沉；抽取地下水水、開采地下下礦產(chǎn)等人類類活動造成的的地裂縫、地面面沉降和塌陷陷等。狹義：指地面沉降、地地裂縫和地面面塌陷等以地面垂直直變形破壞或或地面標高改改變?yōu)橹鞯牡氐刭|(zhì)災(zāi)害。二、地面變形形地質(zhì)災(zāi)害的的類型按地面變形的的形式分類地面沉降—逐步的地面塌陷—突然的地裂縫滲透變形特殊巖土脹縮縮變形—黃土濕陷性，，膨脹土等。。地面沉降降主要內(nèi)容一、概述二、我國地面沉降降的現(xiàn)狀三、地面沉降的危危害四、地面沉降的成成因機制五、地面沉降的時時空特征六、地面沉降的主主要特點七、地面沉降的監(jiān)監(jiān)測與預(yù)測八、地面沉降的防防治一、概述1、定義地面沉降：發(fā)發(fā)生在較大面積的地表高高程降低、地地面舒緩變形的現(xiàn)象和和持續(xù)過程。。2、成因類型（1）自然因素構(gòu)造升降運動動地震火山活動地面加載（2）人為因素開采地下水、油氣資源地面加載形成的地面沉沉降范圍大、、速率小形成的地面沉沉降范圍小、、速率和幅度度較大歸屬于地殼形形變或構(gòu)造運運動的范疇，，作為自然動動力現(xiàn)象加以以研究歸屬于地質(zhì)災(zāi)災(zāi)害現(xiàn)象進行行研究和防治治構(gòu)造運動引起起的地面沉降降急劇變形：因基底斷塊塊快速下降造造成地表高程程降低，地面面急劇變形，，如地震。構(gòu)造蠕變：構(gòu)造運動以以一種緩慢連連續(xù)的方式進進行，表現(xiàn)為為基底斷塊持持續(xù)的緩慢沉沉降或巖層的的拗陷。變形速率小、、持續(xù)時間長長天津市基底下降形成成的沉降值約約為1.7mm/a地面加載引起起的地面沉降降自然原因：冰川期大陸冰冰蓋形成厚度達2000m巨大靜壓力挪威/芬蘭發(fā)生地面面沉降最大值達2.5m冰川消融回彈人為原因：如如修建水庫、、建造房屋等等上海市30%地面沉降來自自高層建筑和和大型工程的的影響浦東陸家嘴2004年地面沉降降量達3cm上海沉降最嚴嚴重的地區(qū)二、我國地面面沉降現(xiàn)狀到2003年地面沉降面面積已達到93,855km2，形成長三角、華北北平原、和汾渭盆地等地面沉降災(zāi)災(zāi)害嚴重區(qū)。。華北平原地面面沉降等值線線圖三、地面沉降降的危害1.地面標高損失失，地表積水水，放泄洪能能力下降曼谷洪水泛濫的原原因“除了了氣候，就是是地面沉降鬧鬧的，海水回回灌進曼谷了了，前幾天，，邢臺強調(diào)自己地勢勢低，污染物物也容易聚集集2.標高降低，海海平面升高，，雙重因素，，海水倒灌，，桑田變滄海海了。3.地下管線扭曲曲斷裂，天然然氣泄漏，自自來水管泄漏漏。次生災(zāi)害害很多。4.橋梁凈空減小小，影響通航航5.農(nóng)村積水，農(nóng)農(nóng)作物減產(chǎn)。。6.高程資料失效效。7.房屋下沉，花花錢買一樓，，過幾年變成成地下室了。。8.樁基礎(chǔ)負摩擦擦，降低樁承承載力-以后《基礎(chǔ)工程》詳細講不均勻沉降危危害更大，造造成房屋傾斜斜、開裂、倒倒塌。建筑物受損地面不均勻沉沉降錯斷供水水管道四、地面沉降降的成因機制制1、飽水多孔介質(zhì)質(zhì)的失水壓密密原理（1）抽水條件、地面加載條件件下壓密2、不同類型巖土土失水壓密特特點（1）砂礫質(zhì)含水層失水壓壓密特點（2）粘性土的失水壓密特特點3、地面沉降的產(chǎn)產(chǎn)生條件土力學(xué)p90-板書一下地面原水位下降后水位2、不同類型巖巖土失水壓密密特點（1）砂礫質(zhì)含水水層失水壓密密特點（做含水率實實驗時講過，，沙子孔隙度度小，但孔隙隙大，親水礦礦物含量低，，持水性差，，要求取樣粘性土5～10g，砂性土20～30g）①砂礫質(zhì)含水層層一旦被抽汲汲，釋水快，壓力傳遞快快，壓密作用用顯現(xiàn)得快，，地面可在較較短時間內(nèi)出出現(xiàn)沉降，即即滯后時間短，延遲效應(yīng)不不明顯；②由于于砂礫礫質(zhì)含含水層層本身身的孔隙度度較小小，可供供壓密密的空空間小小，所所以，，地面總總沉降降量較較??；--天然砂砂層一一般都都比較較密實實③砂礫礫質(zhì)含含水層層顆粒粒間為為硬連連接，，失水水和充充水能能夠以以可逆方方式進進行，形成成的地地面沉沉降具具有彈性變變形的的特點點，抽水水時，，地面面下沉沉，水水位恢恢復(fù)時時，又又可回彈彈。-基坑回回彈，，所以以基坑坑開挖挖后要要盡快快施工工，否否則，，一是是風(fēng)吹吹日曬曬水泡泡，而而是回回彈使使得建建筑物物沉降降大，，土的的性質(zhì)質(zhì)，大大家學(xué)學(xué)過壓壓縮系系數(shù)，，回彈彈指數(shù)數(shù)，見見土力力學(xué)。。（2）粘性性土的的失水水壓密密特點點①粘性土土孔隙隙雖小小，但但孔隙度度大，遠遠遠超過過砂礫礫質(zhì)土土，粘粘性土土一旦旦失水水壓密密，可壓縮縮空間間大，能夠夠產(chǎn)生生較大大的地地面下下沉量量；--尤其是是軟土土，如如上海海。②由于于粘性性土中中的水水主要要是結(jié)結(jié)合水水，水水壓傳傳遞和和應(yīng)力力消散散慢，，失壓壓后需需要相相當(dāng)長長的時時間才才可建建立新新的壓壓力平平衡，，所以以抽水水對它它的影影響來來得慢慢，即即滯后時時間長長，延遲效效應(yīng)也也十分分明顯顯，這就就是為為什么么在許許多粗粗細顆顆粒相相迭置置的地地下水水分布布區(qū)抽抽水時時地面面沉降降不明明顯，，水位位恢復(fù)復(fù)后，，地面面沉降降仍會會持續(xù)續(xù)發(fā)展展的原原因；；③粘性性土失失水壓壓密過過程失失去的的水主主要是是結(jié)合合水，，骨架架的壓壓密是是塑性性變形形，兩兩者都都是不可逆逆過程程，所以以，所所造成成的地面沉沉降大大部分分是永永久性性的。。---回彈很很小。4、地面面沉降降的產(chǎn)產(chǎn)生條條件(1)厚層松松散細細粒土土層的的存在在(2)長期過過量開開采地地下流流體(3)新構(gòu)造造運動動的影影響(4)城市建建設(shè)對對地面面沉降降的影影響五、地地面沉沉降的的時空空特征征綜合影影響的的結(jié)果果導(dǎo)致致地面面沉降降時空空分布布呈現(xiàn)現(xiàn)復(fù)雜雜的局局面，，后面面詳細細講。。1、地面面沉降降的變變形形形式垂直位位移水平位位移（1）垂直直位移移地面沉沉降以以地層層的垂垂直位位移變變形為為主，，并隨隨各地地點有有效應(yīng)應(yīng)力增增量大大小的的不同同而不不同。。初始地地形面面垂直位位移量量的空空間變變化圖圖規(guī)律性性：由由沉降降中心心向周周邊方方向逐逐漸減減小ABO垂直位位移量量由于垂垂直應(yīng)應(yīng)變不不均勻勻，在在沉降降區(qū)中中心，，兩側(cè)側(cè)土體體會向向中心心擠壓壓，產(chǎn)產(chǎn)生剪剪切破破裂面面，地地面出出現(xiàn)地地裂縫縫。上海閔閔行區(qū)區(qū)華漕漕地面面沉降降與地地下水水位變變化發(fā)發(fā)展趨趨勢垂直位位移量量隨著著地下下水位位的降降低而而逐漸漸增大大（2）水平平位移移地面沉沉降垂垂直變變形的的過程程中，，土體體也會會形成成側(cè)向向拉力力，產(chǎn)產(chǎn)生水水平位位移。。與垂垂直位位移相相比，，水平平位移移形成成的變變形量量要小得多2、地面面沉降降的影影響因因素及及其對對地面面形變變的作作用（1）地層層組組合合對對地地面面沉沉降降的的影影響響作作用用地層層巖巖性性地層層厚厚度度巖性性組組合合（2）抽水水對對地地面面沉沉降降的的影影響響距抽抽水水井井遠遠近近的的影影響響抽水水量量的的影影響響抽水水方方式式（1）地地層層組組合合對對地地面面沉沉降降的的影影響響作作用用1）地地層層巖巖性性的的影影響響不同同的的地地層層巖巖性性對對地地面面沉沉降降的的影影響響規(guī)律律性性：：砂砂礫礫層層的的壓壓縮縮量量小小。。2）地地層層厚厚度度的的影影響響不同同的的地地層層巖巖性性對對地地面面沉沉降降的的影影響響規(guī)律律性性：：粘粘性性土土的的累累積積厚厚度度越越大大，，壓壓縮縮總總量量越越大大3）地地層層組組合合的的影影響響規(guī)律律性性：：在在同同等等開開采采條條件件下下，，粘粘性性土土層層數(shù)數(shù)越越多多，，沉沉降降速速率率越越大大。。不同同的的地地層層組組合合對對地地面面沉沉降降的的影影響響在某某些些情情況況下下地地下下水水開開采采漏漏斗斗區(qū)區(qū)與與地地面面沉沉降降中中心心并并不不一一致致，，還和和巖巖性性有有關(guān)關(guān)（2）抽抽水水對對地地面面沉沉降降的的影影響響作作用用1）距距抽抽水水井井遠遠近近的的影影響響規(guī)律律性性：：地地層層巖巖性性組組合合相相似似時時，，地地面面沉沉降降中中心心往往往往與與地地下下水水開開采采中中心心在在位位置置上上吻吻合合一一致致。。

距離抽水井遠近對地面沉降的影響Q1（2）抽抽水水對對地地面面沉沉降降的的影影響響作作用用2）抽抽水水量量的的影影響響規(guī)律律性性：：抽抽水水量量越越大大，，沉沉降降量量、、沉沉降降速速率率和和沉沉降降范范圍圍越越大大。。

抽水量對地面沉降的影響Q2Q1Q1<Q23）抽抽水水方方式式的的影影響響連續(xù)抽水，抽水量恒定，補給充沛連續(xù)抽水，抽水量恒定，補給不足間斷抽水，抽水量恒定

間斷抽水，抽水量不定

eб土體反復(fù)受壓縮過程4）開開采采布布局局的的影影響響不同同的的開開采采布布局局對對地地面面沉沉降降的的影影響響規(guī)律律性性：：同同樣樣的的開開采采量量，，集集中中布布井井方方式式產(chǎn)產(chǎn)生生的的地地面面沉沉降降量量和和危危害害比比分分散散布布井井方方式式大大。。六、、地地面面沉沉降降的的主主要要特特點點區(qū)域域易易發(fā)發(fā)性性—三大大區(qū)區(qū)，，回回憶憶時間間累累進進性性-上海海1921年過程程漸漸變變性性-累計計才才能能顯顯出出，，但稍稍一一留留心心，，還還是是會會發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)許許多多細細節(jié)節(jié)：：穿穿過過城城區(qū)區(qū)的的京京滬滬鐵鐵路路，，由由于于地地面面沉沉降降，，鐵鐵軌軌下下面面需需要要年年年年墊墊石石，，市市區(qū)區(qū)里里，，新新修修的的街街道道路路面面要要比比舊舊馬馬路路高高出出一一截截，，以mm為單位統(tǒng)統(tǒng)計，大大家感受受不強烈烈，生活活中，別別人的孩孩子長得得快。有有人用溫溫水煮青青蛙比喻喻，都是是文科人人的杜撰撰，許多多媒體都都是迷信信傳播的的幫兇，，博眼球球，而且且有利可可圖，無無知者無無畏，而而且，中中國人清清談多，，實驗少少，饅頭頭哪層先先熟，討討論了十十萬字。。沒一個個做實驗驗的。所所以，大大家還應(yīng)應(yīng)該做好好實驗，，比如，，比重試試驗，15g土占的體體積才6g左右，測測水的質(zhì)質(zhì)量時，，稍微不不注意，，1g誤差對實實驗結(jié)果果影響很很大，大大家計算算的從2.2-2.9的都有，，3.0以上的都都讓大家家重做了了，所以以要特別別仔細，，另外，，我自己己也試驗驗了一下下，多加加點土，，50g，這樣的的話1g誤差對實實驗結(jié)果果影響就就小多了了，當(dāng)然然，主要要是大家家不細心心，大家家知道1g水是多少少嗎？滴滴管50滴，比重重瓶那個個圓柱形形小嘴剛剛好1g。成因復(fù)雜雜性—巖層，地地下水，，加載難以逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)性-地面標高高，經(jīng)濟損失失無力回天天（地））七、地面面沉降的的監(jiān)測與與預(yù)測區(qū)域地面面沉降監(jiān)監(jiān)測技術(shù)術(shù)精密水準準測量GPS測量InSAR技術(shù)2.地面沉降降分層動動態(tài)監(jiān)測測3.自動化監(jiān)監(jiān)測技術(shù)術(shù)4.地面沉降降量預(yù)測測區(qū)域地面面沉降監(jiān)監(jiān)測技術(shù)術(shù)精密水準準測量目前較為為普遍和和常用的的方法特點：精度高高，成果果可靠，，操作方方便，儀儀器便宜宜效率低、、勞動強強度大、、難以自自動化GPS測量近10多年來，，美國等等國家開開始將GPS技術(shù)用于于區(qū)域地地面沉降降監(jiān)測，，并取得得初步成成效。我國的成成功經(jīng)驗驗不多，，這就是為為什么經(jīng)緯儀退出歷史史舞臺測距儀退出歷史史舞臺了了水準儀還在大范范圍使用用的原因因，就是是因為一一般的全站儀和GPS都不能滿滿足監(jiān)測測環(huán)境下下的高程要求。特點：設(shè)備昂貴貴，精度度低，難難以進行行大規(guī)模模布網(wǎng)InSAR技術(shù)利用不同同時間測測量的地地面圖像像相重疊疊而形成成微分干干涉圖像像，圖像像中一個個相干顏顏色條紋紋循環(huán)代代表一定定數(shù)量的的地面變變形量，，并通過過對比地地面變形形實測值值來確定定，最終終處理成成地面變變形等值值線圖。。特點：具有大面面積、快快速的優(yōu)優(yōu)勢，是是水準測測量和GPS測量的有效效補充。。2、地面沉沉降分層層動態(tài)監(jiān)監(jiān)測基巖標和和分層標標監(jiān)測室室進行地地面沉降降監(jiān)測的的重要技技術(shù)手段段?；鶐r標：：埋設(shè)在地地下完整整基巖上上的特殊殊觀測點點，可作作為地面面沉降測測量的高高程控制制點。分層標：根據(jù)土土層的性性質(zhì)，埋埋設(shè)在地地下不同同深度土土層和含含砂層中中的特殊殊觀測點點，是有有效測量量松散土土層變形形量的設(shè)設(shè)施。3、自動化化監(jiān)測技技術(shù)（1）自動動化監(jiān)測測系統(tǒng)組組成4、地面沉沉降量預(yù)預(yù)測對抽水引引起的地地面沉降降進行預(yù)預(yù)測，因因影響因因素復(fù)雜雜，預(yù)測測難度較較大。近近年來，，國內(nèi)外外對此作作了大量量的研究究工作。。我國地地面沉降降問題較較嚴重的的幾個城城市也先先后進行行了系統(tǒng)統(tǒng)的沉降降量觀測測、模型型試驗、、沉降量量計算和和預(yù)測工工作。統(tǒng)計模型型傳統(tǒng)的理理論模型型數(shù)值方法法這種方法法適用于于已長期地地面沉降降及地下下水位詳詳細觀測測資料的的地區(qū)。由于大大量開采采地下水水（油、、氣）引引起地下下水位（（油、氣氣壓）持持續(xù)下降降，進而而引起介介質(zhì)失水水壓密是是地面沉沉降的根根本原因因。所以以可利用用地下水水開采量量或地下下水水位位與地面面沉降量量的資料料，建立立兩者之之間的回歸方程程。例如：根根據(jù)天津津市資料料，可得得S=28.13+0.0067Q式中：S為地面累累計沉降降量；Q為累計開開采量。。又如，根根據(jù)上海海市資料料，得：：S=B0+B1h+B2D+B3H式中：B0、B1、B2、B3為回歸系系數(shù)；h為水位變變幅；D為水位作作用天數(shù)數(shù)；H為該水作作用期間間平均水水位。統(tǒng)計模型型統(tǒng)計模型型優(yōu)缺點點如果建立立S~Q或S~h的回歸方方程，即可根根據(jù)未來來的開采采計劃推推算地面面沉降量量的值。。這種方法法的優(yōu)點是簡單明明了，適適用范圍圍廣。只只要把主主要的影影響因素素考慮進進去，可可以不考考慮復(fù)雜雜的物理理過程。。但該方方法有很很大的弱點，從理論論上講，，不能對對機理有更深刻刻的了解解。-比如，很很多統(tǒng)計計報告，，都是事事后諸葛葛亮，先先有靶子子，再射射箭，比比如，中中央2臺的股票票新聞““由于xx，某股票票大漲””如果你你知道這這個規(guī)律律，你怎怎么不買買股票？？還有，，很多彩彩民，個個個都