地面變形地質(zhì)災(zāi)害地面沉降

關(guān)于地面變形地質(zhì)災(zāi)害地面沉降第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三1.概述2.類型3.分布規(guī)律4.地面沉降第2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三一、概述地面變形地質(zhì)災(zāi)害的定義廣義：指因內(nèi)、外動力地質(zhì)作用和人類活動而使地面形態(tài)發(fā)生變形破壞，造成經(jīng)濟(jì)損失和（或）人員傷亡的現(xiàn)象和過程。如，構(gòu)造運動引起的山地臺升和盆地下沉；抽取地下水、開采地下礦產(chǎn)等人類活動造成的地裂縫、地面沉降和塌陷等。狹義：指地面沉降、地裂縫和地面塌陷等以地面垂直變形破壞或地面標(biāo)高改變?yōu)橹鞯牡刭|(zhì)災(zāi)害。第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三地面沉降-塌陷第4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三馬路塌陷，還有的人被熱水活活燙死第5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三山西構(gòu)造地裂縫-平原，不是滑坡的張裂隙。第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三二、地面變形地質(zhì)災(zāi)害的類型按地面變形的形式分類

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變形—黃土濕陷性，膨脹土等。第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三地面沉降第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容一、概述二、我國地面沉降的現(xiàn)狀三、地面沉降的危害四、地面沉降的成因機(jī)制五、地面沉降的時空特征六、地面沉降的主要特點七、地面沉降的監(jiān)測與預(yù)測八、地面沉降的防治第9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三一、概述1、定義地面沉降：發(fā)生在較大面積的地表高程降低、地面舒緩變形的現(xiàn)象和持續(xù)過程。第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2、成因類型（1）自然因素構(gòu)造升降運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降范圍大、速率小形成的地面沉降范圍小、速率和幅度較大歸屬于地殼形變或構(gòu)造運動的范疇，作為自然動力現(xiàn)象加以研究歸屬于地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行研究和防治第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三構(gòu)造運動引起的地面沉降急劇變形：因基底斷塊快速下降造成地表高程降低，地面急劇變形，如地震。構(gòu)造蠕變：構(gòu)造運動以一種緩慢連續(xù)的方式進(jìn)行，表現(xiàn)為基底斷塊持續(xù)的緩慢沉降或巖層的拗陷。變形速率小、持續(xù)時間長天津市基底下降形成的沉降值約為1.7mm/a

第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三地面加載引起的地面沉降自然原因：冰川期大陸冰蓋形成厚度達(dá)2000m巨大靜壓力挪威/芬蘭發(fā)生地面沉降最大值達(dá)2.5m冰川消融回彈人為原因：如修建水庫、建造房屋等上海市30%地面沉降來自高層建筑和大型工程的影響浦東陸家嘴

2004年地面沉降量達(dá)3cm上海沉降最嚴(yán)重的地區(qū)第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三二、我國地面沉降現(xiàn)狀

到2003年地面沉降面積已達(dá)到93,855km2，形成長三角、華北平原、和汾渭盆地等地面沉降災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)。第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三涇渭分明渭水是黃河最大的支流，涇水又是渭河的支流，現(xiàn)在已經(jīng)分不清楚那條河流的清與濁了，同流合污了。

第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三長江濁黃，漢江碧綠第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三華北平原地面沉降等值線圖第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三三、地面沉降的危害1.地面標(biāo)高損失，地表積水，放泄洪能力下降曼谷洪水泛濫的原因“除了氣候，就是地面沉降鬧的，海水回灌進(jìn)曼谷了，前幾天，邢臺強(qiáng)調(diào)自己地勢低，污染物也容易聚集

2.標(biāo)高降低，海平面升高，雙重因素，海水倒灌，桑田變滄海了。3.地下管線扭曲斷裂，天然氣泄漏，自來水管泄漏。次生災(zāi)害很多。第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4.橋梁凈空減小，影響通航5.農(nóng)村積水，農(nóng)作物減產(chǎn)。6.高程資料失效。7.房屋下沉，花錢買一樓，過幾年變成地下室了。8.樁基礎(chǔ)負(fù)摩擦，降低樁承載力-以后《基礎(chǔ)工程》詳細(xì)講不均勻沉降危害更大，造成房屋傾斜、開裂、倒塌。第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三建筑物受損地面不均勻沉降錯斷供水管道第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三四、地面沉降的成因機(jī)制1、飽水多孔介質(zhì)的失水壓密原理

（1）抽水條件、地面加載條件下壓密2、不同類型巖土失水壓密特點

（1）砂礫質(zhì)含水層失水壓密特點

（2）粘性土的失水壓密特點3、地面沉降的產(chǎn)生條件第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三土力學(xué)p90-板書一下地面原水位下降后水位第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2、不同類型巖土失水壓密特點（1）砂礫質(zhì)含水層失水壓密特點（做含水率實驗時講過，沙子孔隙度小，但孔隙大，親水礦物含量低，持水性差，要求取樣粘性土5～10g，砂性土20～30g

）

①砂礫質(zhì)含水層一旦被抽汲，釋水快，壓力傳遞快，壓密作用顯現(xiàn)得快，地面可在較短時間內(nèi)出現(xiàn)沉降，即滯后時間短，延遲效應(yīng)不明顯；

第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三②由于砂礫質(zhì)含水層本身的孔隙度較小，可供壓密的空間小，所以，地面總沉降量較?。?-天然砂層一般都比較密實③砂礫質(zhì)含水層顆粒間為硬連接，失水和充水能夠以可逆方式進(jìn)行，形成的地面沉降具有彈性變形的特點，抽水時，地面下沉，水位恢復(fù)時，又可回彈。-基坑回彈，所以基坑開挖后要盡快施工，否則，一是風(fēng)吹日曬水泡，而是回彈使得建筑物沉降大，土的性質(zhì)，大家學(xué)過壓縮系數(shù)，回彈指數(shù)，見土力學(xué)。第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（2）粘性土的失水壓密特點

①粘性土孔隙雖小，但孔隙度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過砂礫質(zhì)土，粘性土一旦失水壓密，可壓縮空間大，能夠產(chǎn)生較大的地面下沉量；--尤其是軟土，如上海。

第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三②由于粘性土中的水主要是結(jié)合水，水壓傳遞和應(yīng)力消散慢，失壓后需要相當(dāng)長的時間才可建立新的壓力平衡，所以抽水對它的影響來得慢，即滯后時間長，延遲效應(yīng)也十分明顯，這就是為什么在許多粗細(xì)顆粒相迭置的地下水分布區(qū)抽水時地面沉降不明顯，水位恢復(fù)后，地面沉降仍會持續(xù)發(fā)展的原因；③粘性土失水壓密過程失去的水主要是結(jié)合水，骨架的壓密是塑性變形，兩者都是不可逆過程，所以，所造成的地面沉降大部分是永久性的。---回彈很小。第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4、地面沉降的產(chǎn)生條件(1)厚層松散細(xì)粒土層的存在(2)長期過量開采地下流體(3)新構(gòu)造運動的影響(4)城市建設(shè)對地面沉降的影響第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三五、地面沉降的時空特征綜合影響的結(jié)果導(dǎo)致地面沉降時空分布呈現(xiàn)復(fù)雜的局面，后面詳細(xì)講。

第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三1、地面沉降的變形形式垂直位移水平位移第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（1）垂直位移

地面沉降以地層的垂直位移變形為主，并隨各地點有效應(yīng)力增量大小的不同而不同。初始地形面

垂直位移量的空間變化圖規(guī)律性：由沉降中心向周邊方向逐漸減小第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三ABO垂直位移量由于垂直應(yīng)變不均勻，在沉降區(qū)中心，兩側(cè)土體會向中心擠壓，產(chǎn)生剪切破裂面，地面出現(xiàn)地裂縫。第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

上海閔行區(qū)華漕地面沉降與地下水位變化發(fā)展趨勢垂直位移量隨著地下水位的降低而逐漸增大第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（2）水平位移

地面沉降垂直變形的過程中，土體也會形成側(cè)向拉力，產(chǎn)生水平位移。與垂直位移相比，水平位移形成的變形量要小得多第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2、地面沉降的影響因素及其對地面形變的作用（1）地層組合對地面沉降的影響作用地層巖性地層厚度巖性組合（2）抽水對地面沉降的影響距抽水井遠(yuǎn)近的影響抽水量的影響抽水方式第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（1）地層組合對地面沉降的影響作用1）地層巖性的影響不同的地層巖性對地面沉降的影響規(guī)律性：砂礫層的壓縮量小。第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2）地層厚度的影響不同的地層巖性對地面沉降的影響規(guī)律性：粘性土的累積厚度越大，壓縮總量越大第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三3）地層組合的影響規(guī)律性：在同等開采條件下，粘性土層數(shù)越多，沉降速率越大。不同的地層組合對地面沉降的影響第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三在某些情況下地下水開采漏斗區(qū)與地面沉降中心并不一致，還和巖性有關(guān)第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（2）抽水對地面沉降的影響作用1）距抽水井遠(yuǎn)近的影響規(guī)律性：地層巖性組合相似時，地面沉降中心往往與地下水開采中心在位置上吻合一致。

距離抽水井遠(yuǎn)近對地面沉降的影響Q1第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三（2）抽水對地面沉降的影響作用2）抽水量的影響規(guī)律性：抽水量越大，沉降量、沉降速率和沉降范圍越大。

抽水量對地面沉降的影響Q2Q1Q1<Q2第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三3）抽水方式的影響連續(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)受壓縮過程第41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

4）開采布局的影響不同的開采布局對地面沉降的影響規(guī)律性：同樣的開采量，集中布井方式產(chǎn)生的地面沉降量和危害比分散布井方式大。第42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三六、地面沉降的主要特點區(qū)域易發(fā)性—三大區(qū)，回憶時間累進(jìn)性-上海1921年過程漸變性-累計才能顯出，但稍一留心，還是會發(fā)現(xiàn)許多細(xì)節(jié)：穿過城區(qū)的京滬鐵路，由于地面沉降，鐵軌下面需要年年墊石，市區(qū)里，新修的街道路面要比舊馬路高出一截，以mm為單位統(tǒng)計，大家感受不強(qiáng)烈，生活中，別人的孩子長得快。有人用溫水煮青蛙比喻，都是文科人的杜撰，許多媒體都是迷信傳播的幫兇，博眼球，而且有利可圖，無知者無畏，而且，中國人清談多，實驗少，饅頭哪層先熟，討論了十萬字。沒一個做實驗的。所以，大家還應(yīng)該做好實驗，比如，比重試驗，15g土占的體積才6g左右，測水的質(zhì)量時，稍微不注意，1g誤差對實驗結(jié)果影響很大，大家計算的從2.2-2.9的都有，3.0以上的都讓大家重做了，所以要特別仔細(xì)，另外，我自己也試驗了一下，多加點土，50g，這樣的話1g誤差對實驗結(jié)果影響就小多了，當(dāng)然，主要是大家不細(xì)心，大家知道1g水是多少嗎？滴管50滴，比重瓶那個圓柱形小嘴剛好1g。成因復(fù)雜性—巖層，地下水，加載難以逆轉(zhuǎn)性-地面標(biāo)高，經(jīng)濟(jì)損失無力回天（地）第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三七、地面沉降的監(jiān)測與預(yù)測區(qū)域地面沉降監(jiān)測技術(shù)

精密水準(zhǔn)測量GPS測量InSAR技術(shù)2.地面沉降分層動態(tài)監(jiān)測3.自動化監(jiān)測技術(shù)4.地面沉降量預(yù)測第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三區(qū)域地面沉降監(jiān)測技術(shù)

精密水準(zhǔn)測量目前較為普遍和常用的方法特點：精度高，成果可靠，操作方便，儀器便宜

效率低、勞動強(qiáng)度大、難以自動化第45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

GPS測量近10多年來，美國等國家開始將GPS技術(shù)用于區(qū)域地面沉降監(jiān)測，并取得初步成效。我國的成功經(jīng)驗不多，這就是為什么經(jīng)緯儀退出歷史舞臺測距儀退出歷史舞臺了水準(zhǔn)儀還在大范圍使用的原因，就是因為一般的全站儀和GPS都不能滿足監(jiān)測環(huán)境下的高程要求。

特點：設(shè)備昂貴，精度低，難以進(jìn)行大規(guī)模布網(wǎng)第46頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

InSAR技術(shù)

利用不同時間測量的地面圖像相重疊而形成微分干涉圖像，圖像中一個相干顏色條紋循環(huán)代表一定數(shù)量的地面變形量，并通過對比地面變形實測值來確定，最終處理成地面變形等值線圖。特點：具有大面積、快速的優(yōu)勢，是水準(zhǔn)測量和GPS測

量的有效補充。第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2、地面沉降分層動態(tài)監(jiān)測基巖標(biāo)和分層標(biāo)監(jiān)測室進(jìn)行地面沉降監(jiān)測的重要技術(shù)手段?；鶐r標(biāo)：埋設(shè)在地下完整基巖上的特殊觀測點，可作為地面沉降測量的高程控制點。分層標(biāo)：根據(jù)土層的性質(zhì)，埋設(shè)在地下不同深度土層和含砂層中的特殊觀測點，是有效測量松散土層變形量的設(shè)施。第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三3、自動化監(jiān)測技術(shù)（1）自動化監(jiān)測系統(tǒng)組成第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三4、地面沉降量預(yù)測

對抽水引起的地面沉降進(jìn)行預(yù)測，因影響因素復(fù)雜，預(yù)測難度較大。近年來，國內(nèi)外對此作了大量的研究工作。我國地面沉降問題較嚴(yán)重的幾個城市也先后進(jìn)行了系統(tǒng)的沉降量觀測、模型試驗、沉降量計算和預(yù)測工作。

統(tǒng)計模型傳統(tǒng)的理論模型數(shù)值方法第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三這種方法適用于已長期地面沉降及地下水位詳細(xì)觀測資料的地區(qū)。由于大量開采地下水（油、氣）引起地下水位（油、氣壓）持續(xù)下降，進(jìn)而引起介質(zhì)失水壓密是地面沉降的根本原因。所以可利用地下水開采量或地下水水位與地面沉降量的資料，建立兩者之間的回歸方程。例如：根據(jù)天津市資料，可得

S=28.13+0.0067Q式中：S為地面累計沉降量；Q為累計開采量。又如，根據(jù)上海市資料，得：

S=B0+B1h+B2D+B3H式中：B0、B1、B2、B3為回歸系數(shù)；h為水位變幅；D為水位作用天數(shù)；H為該水作用期間平均水位。

統(tǒng)計模型第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三統(tǒng)計模型優(yōu)缺點如果建立S~Q或S~h的回歸方程，即可根據(jù)未來的開采計劃推算地面沉降量的值。這種方法的優(yōu)點是簡單明了，適用范圍廣。只要把主要的影響因素考慮進(jìn)去，可以不考慮復(fù)雜的物理過程。但該方法有很大的弱點，從理論上講，不能對機(jī)理有更深刻的了解。-比如，很多統(tǒng)計報告，都是事后諸葛亮，先有靶子，再射箭，比如，中央2臺的股票新聞“由于xx，某股票大漲”如果你知道這個規(guī)律，你怎么不買股票？還有，很多彩民，個個都是數(shù)學(xué)家，費勁心思找規(guī)律，本來就是隨機(jī)事件，非要找出規(guī)律來，結(jié)果只能是機(jī)關(guān)算盡太聰明。第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三傳統(tǒng)的理論模型

這類模型主要是根據(jù)土力學(xué)固結(jié)理論的基本原理，對在某一特定抽水條件下，各巖性層對應(yīng)的有效應(yīng)力增量，分別計算器壓縮變形量，然后累加，計算地面沉降量。第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三八、地面沉降的防治合理規(guī)劃水資源開發(fā)利用布局-根據(jù)影響因素可以采取相關(guān)措施，自己看。這是在開采利用地下水之前進(jìn)行的一項工作，包括：①取水地點盡可能安排在砂礫石層厚、粘性土夾層少的地段；②在粘性土層多且相變復(fù)雜的地區(qū)，盡量以地表水作為供水水源，減少或不開采地下水；第54頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三③減少開采量，且盡量采用恒定開采辦法，不要形成長期增長的開采局面。④將集中開采變?yōu)榉稚㈤_采；⑤減少各地開采強(qiáng)度，使降落漏斗平且緩，減少沉降的不均勻性和局部沉降過大，避免出現(xiàn)明顯的擠壓帶和拉張帶，以減少水平位移和垂直位移集中的現(xiàn)象。--------要求半天，嚴(yán)禁私自取地下水，只要開個口子，就是無底洞，比如，某家不安電表，估計用電的超n家，2010年，上海地下水開采量已壓縮到1963年開采量的十分之一

，才有效遏制了地下水引起的地面沉降第55頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三等量置換主要用于油氣田通過人工回灌對抽汲的液體進(jìn)行等體積替換，以保證孔隙水（油）壓力不造成明顯下降。第56頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三課堂作業(yè)學(xué)以致用以自己家鄉(xiāng)（最好是本縣市，若實在沒有，本省也行）為例，舉例說明地面沉降的危害，也可以從網(wǎng)絡(luò)上了解。字?jǐn)?shù)大于300字。下節(jié)課交作業(yè)，尤其是上次作業(yè)沒交的同學(xué)，一定要交，否則沒成績。第57頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三上升的經(jīng)濟(jì)和下沉的地面

---平遙、滄州和上海為例我來個拋磚引玉吧，說說我的家鄉(xiāng)古城平遙，“我家住在黃土高坡”，父母或許太喜歡水了，給我取名張洪泉。水就是錢，就是命根子，大家或許都看到過非洲水池旁動物們的生死戰(zhàn)吧，這時候可沒有上甘嶺戰(zhàn)友間的謙讓，“天上下雨地下流，為水打架來記仇”，解放前甚至油鍋抓銅錢。機(jī)井越打越深，小時候在菜園子和父親用轆轤澆水的場景只能留在夢里了，現(xiàn)在都是靠深層水，每天定點放水。千里迢迢來到保定，看到老鄉(xiāng)院子里都有壓水井，還能種個小菜園，很是羨慕，（現(xiàn)在也多改為機(jī)井了。）第58頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三滄州山西缺水，華北也缺水。黃驊市，是整個滄州最缺水的地方，衛(wèi)星地圖上，該地區(qū)所有