地面沉降地裂縫地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

地面沉降、地裂縫、地面塌陷

地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估坍陷（沉降）的分析調(diào)查

前言1、坍陷（沉降）的定義2、土體壓密3、土體收縮4、地面沉降5、地裂縫6、巖溶坍陷7、構(gòu)造與火山活動(dòng)引起的沉降8、人工開挖引起的坍陷結(jié)語補(bǔ)充材料亞利桑那州地面沉降和地裂縫成因前言

地質(zhì)事件本身具有二大特點(diǎn)：

1）事件都不完全相同；

2）事件都不是單因素造成。

所以地質(zhì)事件不存在有模式可套，只能從最基本的原理去分析和掌握。

本講義要著重介紹一些基本原理和實(shí)際例子。

1、坍陷（沉降）的定義

坍陷、沉降（Subsidence），該專有名詞用于地殼表面，通常定義為地面的點(diǎn)下沉到更低的水平位置。換句話說，亦可定義為點(diǎn)的垂向位移，同時(shí)意味著臨近點(diǎn)借助于向下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生橫向位移。2、土體壓密

2.1影響土體壓密的重要因素

2.2土體壓密過程概要

實(shí)例2—1砂土液化概述實(shí)例2—1砂土液化概述

（摘自Pipkin，B.WandTrent.T.T，2001，GeologyandtheEnvironment）日本新瀉1964年地震時(shí)砂土液化影響。這些設(shè)計(jì)為抗震的建筑物傾斜而未受損壞。加州沃森維爾附近的野外涌沙圖C2—1—2砂土液化（橫向移動(dòng)）系因地震時(shí)球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振動(dòng)造成這種固體顆粒堆集更加有效，這會(huì)占據(jù)少量體積。一部分覆蓋層荷載由水來支撐，這就無法阻止水體橫向運(yùn)移。震前，水，不穩(wěn)定（立體）堆集，震后，液化土中剩余孔隙水負(fù)擔(dān)覆蓋層荷載穩(wěn)定（六邊形）堆集C2—1—3唐山地造成的噴水冒砂區(qū)分布圖震（a）圣華金河谷位置置。濕陷土幾乎乎完全沿河谷西西界分布，因抽抽地下水引起的的沉降在整個(gè)河河谷隨處可見。。（b）在河谷的濕陷土土中，做注水試試驗(yàn)的小塊地。。這小塊地的總總沉降達(dá)到3m（10英尺）。3、土體收縮3.1季節(jié)性收縮試試驗(yàn)3.2樹根效應(yīng)3.3粘土收縮效應(yīng)應(yīng)3.4土體收縮過程程概要實(shí)例3—1茂名民房裂縫縫和膨脹土圖3-1樹根效應(yīng)（SHE1965）4、地面沉降4.1含水層彈性的的概念4.2含水層壓密引引起沉降的模模擬4.3水位下降引起起沉降過程概概要實(shí)例4—1上海市地面沉沉降監(jiān)測(cè)資料料實(shí)例4—2上海地面沉降降和開采水量量關(guān)系4.1含水層彈性的的概念4.2含水層壓密引引起沉降的模模擬圖4-2含水層壓密過過程模擬彈簧簧，靜水壓力力，過剩壓力力圖10.7降落漏斗的形形成與效應(yīng)（A）在潛水含水層層中，一個(gè)抽抽水井周圍降降落漏斗的水水位下降。（B）重迭的降落漏漏斗造成水位位的凈下降，，淺井干枯。圖10.9過度開采地下下水引起的地地面沉降使威威尼斯下沉，，慢慢淹掉具具有建筑藝術(shù)術(shù)的寶庫(kù)。4.3上海市地面沉沉降(摘自上海市地地質(zhì)調(diào)查研究究院成果)4.3.1地面沉降動(dòng)態(tài)態(tài)F16F11F174.3.2地面沉降與地地下水開采分分析圖4-2-13第2含水層采灌量量與地下水位位圖4-2-14第3含水層采灌量量與地下水位位圖4-2-15第4含水層采灌量量與地下水位位圖4-2-16第5含水層采灌量量與地下水位位圖4-2-5第2含水層水量量、水位、、沉降歷時(shí)時(shí)變化曲線線圖圖4-2-6第3含水層水量量、水位、、沉降歷時(shí)時(shí)變化曲線線圖圖4-2-7第4含水層水量量、水位、、沉降歷時(shí)時(shí)變化曲線線圖圖4-2-8第5含水層水量量、水位、、沉降歷時(shí)時(shí)變化曲線線圖4.3.3地面沉降體體積和地下下水開采水水量體積大大致相當(dāng)通過基本以以5年為間隔的的全市水準(zhǔn)準(zhǔn)復(fù)測(cè)，可可以全面地地了解地面面沉降的現(xiàn)現(xiàn)狀與發(fā)展展趨勢(shì)。在1980、1996、2001年一、二等等水準(zhǔn)測(cè)量量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)礎(chǔ)上，編制制了全市1980~1995、1996~2001年地面沉降降等值線圖圖。上海市1980~1995年累積地面面沉降圖反映出地面面沉降主要要發(fā)育在中中心城區(qū)、、閔行華漕漕地區(qū)，影影響范圍不不斷擴(kuò)大；；受鄰近省區(qū)區(qū)地下水開開采影響，，在金山楓楓涇、嘉定定華亭附近近沉降量較較大。上海市1996~2001年累積地面面沉降圖上海外灘百百年巨變，，外灘防汛汛墻不斷加加高的過程程從側(cè)面反反映了市區(qū)區(qū)地面沉降降的演化歷歷史！4.4上海地面沉沉降選例(摘自上海市市地質(zhì)調(diào)查查研究院成成果)4.4.1京滬高速鐵鐵路(上海段)圖3-4-3京滬高速鐵鐵路(上海段)工程地質(zhì)分分區(qū)圖圖4-2-2京滬高速鐵鐵路(上海段)

1980-1995沉降等值線圖4-2-3京滬高速鐵路(上海段)

1995-2001沉降等值線4.4.2南浦大橋南浦大橋4.3.3延安東路隧道4.4.4地鐵二號(hào)線由于地鐵等線型型市政設(shè)施穿越越不同沉降速率率的空間，不可可避免地受到不不均勻沉降的影影響！區(qū)域地面沉降是是地鐵一、二號(hào)號(hào)線隧道變形的的主要影響因素素。盾構(gòu)掘進(jìn)中擾動(dòng)動(dòng)土體產(chǎn)生的固固結(jié)變形隨時(shí)間間逐漸趨于穩(wěn)定定后，隧道變形形則表現(xiàn)出區(qū)域域地面沉降動(dòng)態(tài)態(tài)的規(guī)律。地鐵二號(hào)線隧道道平均累計(jì)沉降降量為40.3毫米，東方路—人民廣場(chǎng)區(qū)間隧隧道累計(jì)沉降量量為59.7毫米。隧道穿越黃浦江江段沉降量明顯顯小于相鄰區(qū)間間。隧道差異性性變形明顯，陸陸家嘴—黃浦江段、黃浦浦江段—人民廣場(chǎng)、人民民廣場(chǎng)—石門路段累計(jì)差差異性變形分別別為74.3、131.2、91.9毫米/公里。5、地裂縫5.1張裂隙發(fā)育成地地裂縫5.2不均勻沉降引起起張裂隙實(shí)例5—1西安地裂縫成因因及治理措施實(shí)例5—2蘇錫常地區(qū)地裂裂縫成因分析實(shí)例5—3亞利桑那州菲尼尼克斯的地裂縫縫5.1張裂隙發(fā)育成地地裂縫圖5-1地裂縫發(fā)育概圖圖（Bell1981）西安地裂縫分布布面積約155km2，由11條地裂縫組成，，其中最長(zhǎng)的有有20余公里。西安地裂縫造成成房屋和城墻開開裂河北滄州地裂縫縫長(zhǎng)4公里2002年滄州市給水管管網(wǎng)破裂776次在亞利桑那州皮皮卡喬附近，因因抽地下水的沉沉降引發(fā)地裂縫縫。無錫市東亭鎮(zhèn)，，地裂縫錯(cuò)斷無無錫--上海公路，兩側(cè)側(cè)高差達(dá)15-20cm，威脅行駛安全。。江陰市市長(zhǎng)涇涇鎮(zhèn)雙雙平大大樓因因地裂裂縫影影響現(xiàn)現(xiàn)已被被迫拆拆除蘇錫常常地區(qū)區(qū)地裂裂縫對(duì)對(duì)房屋屋造成成嚴(yán)重重破壞壞圖C5-3-2亞利桑桑那州州卡薩薩格蘭蘭德西西南約約32km泰布爾爾山附附近顯顯示地地裂縫縫的航航空照照片A.小比例例尺航航片，，箭頭頭指向向地裂裂縫圖C5-1-1西安市市地裂裂縫與與地貌貌的關(guān)關(guān)系圖圖5.2不均勻勻沉降降引起起張裂裂隙圖5-2與地裂裂縫有有關(guān)的的三種種地質(zhì)質(zhì)條件件（M.K.LarsonandT.L.Pewe1986）圖C5-3-3顯示亞亞利桑桑那州州南部部地裂裂縫與與地下下水下下降和和地貌貌關(guān)系系的示示意圖圖A和B盆地和和山脈脈的理理想化化演化化。C由于地地下水水下降降形成成的地地裂縫縫亞利桑桑那州州中南南部的的水位位下降降，地地面沉沉降與與地裂裂縫圖C5——2——2地裂縫縫成因因模式式圖C5-2-1江陰——無錫地地裂縫縫分布布圖（（吳士士良、、王瑞瑞久，，2001）1、基巖巖殘丘丘；2、地面面沉降降等值值線（（m）；3、地裂縫縫及方方向6、巖溶溶坍陷陷6.1碳酸鹽鹽巖地地區(qū)的的地基基問題題6.2灰?guī)r巖巖層中中自然然坍陷陷發(fā)育育的基基本特特征6.3巖溶坍坍陷的的概要要6.4充泥洞穴內(nèi)壓密作作用引起坍陷6.5洞穴充填物的地下下侵蝕過程實(shí)例6—1貴州甕福磷礦供水水的抽水試驗(yàn)實(shí)例6—2武漢市陸家街地區(qū)區(qū)巖溶坍陷巖溶地形的地面和和地下特征圖6-2充泥洞穴壓密作用用引起坍陷A.原水面B.水平下降引起鈣質(zhì)質(zhì)紅土和充填物壓壓密圖6-3由于抽水引起灰?guī)r巖充填物的地下侵侵蝕A.水位下下降前前的平平衡狀狀態(tài)；；B.水位下下降，，隨著著向上上侵蝕蝕過程程使通通道被被排空空，出出現(xiàn)活活躍的的地下下侵蝕蝕（潛潛蝕進(jìn)進(jìn)入開開闊的的洞穴穴）；；C.洞穴的的頂部部逐漸漸坍陷陷，可可能短短期內(nèi)內(nèi)受鐵鐵化中中礫標(biāo)標(biāo)志層層的抑抑制；；D.最后的的拱頂頂坍陷陷，形形成了了被同同心球球狀張張力裂裂縫包包圍的的落水水洞（a）開始沉沉下去去不久久，注注意昂昂貴的的賽車車掉入入坑內(nèi)內(nèi)。（b）從空中中看，，這個(gè)個(gè)坑幾幾乎完完全對(duì)對(duì)稱。。（c）堵塞后后的景景觀，，落水水洞地地區(qū)現(xiàn)現(xiàn)在成成了一一個(gè)城城市公佛羅里里達(dá)州州溫特特帕克克的落落水洞洞表示巖巖溶地地區(qū)有有斷開開的河河流，，上百百個(gè)湖湖泊和和幾千千個(gè)落落水洞洞。佛佛羅里里達(dá)州州中部部下伏伏第三三紀(jì)歐歐卡拉拉灰?guī)r巖，沿沿海地地帶由由年輕輕的碎碎屑砂砂質(zhì)沉沉積組組成。。這張張圖解解釋了了沿著著該州州南北北軸向向的巖巖溶地地區(qū)位位置。。佛羅里里達(dá)州州中部部的衛(wèi)衛(wèi)星照照片實(shí)例武武漢市市陸家家街地地區(qū)巖巖溶坍坍陷自1977年以來來，陸陸家街街地區(qū)區(qū)及周周圍已已發(fā)生生多次次地面面塌陷陷，計(jì)計(jì)有：：1977年漢陽(yáng)陽(yáng)中南南軋鋼鋼廠堆堆料場(chǎng)場(chǎng)塌陷陷1983年阮家家巷塌塌陷1988年武昌昌陸家家街塌塌陷1999年茅坦坦村小小學(xué)塌塌陷2000年2月武昌昌司法法學(xué)校校塌陷陷2000年4月青菱菱鄉(xiāng)烽烽火村村塌陷陷陸家街街降水潛潛蝕-重力致致塌形形成過過程模模式略略圖h1孔隙水水位；；h2巖溶水水位；；h3混合水水位陸家街街地區(qū)區(qū)巖溶溶地面面塌陷陷預(yù)測(cè)測(cè)分區(qū)區(qū)圖1.相對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定區(qū)區(qū)；2.潛在塌塌陷區(qū)區(qū)；3.塌陷危危險(xiǎn)區(qū)區(qū)；4.區(qū)；5.亞區(qū)；；6.塌陷坑坑7、構(gòu)造造與火火山活活動(dòng)引引起的的沉降降7.1構(gòu)造和和火山山活動(dòng)動(dòng)引起起沉降降的過過程概概述7.2地震活活動(dòng)引引起沉沉降圖圖解7.3地殼運(yùn)運(yùn)動(dòng)引引起自自然沉沉降圖7-2主要地地殼運(yùn)運(yùn)動(dòng)引引起自自然沉沉降基基本特特征在1964年耶穌穌受難難節(jié)，，阿拉拉斯加加地震震導(dǎo)致致沉降降和上上升（（傾斜斜）的的地區(qū)區(qū)，發(fā)發(fā)生的的沉降降達(dá)到到1m。8、人工工開挖挖引起起的坍坍陷8.1地下采采煤沉沉陷機(jī)機(jī)理的的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)8.2地下采采煤引引起巖巖層的的非彈彈性變變形和和時(shí)間間有關(guān)關(guān)8.3地下硐硐室開開挖的的精密密測(cè)量量8.4和采煤煤巷道道有關(guān)關(guān)的應(yīng)應(yīng)力再再分布布8.5和采煤煤巷道道有關(guān)關(guān)的地地下活活動(dòng)8.6巖石擴(kuò)擴(kuò)容的的基礎(chǔ)礎(chǔ)理論論8.2地下采采煤引引起巖巖層的的非彈彈性變變形和和時(shí)時(shí)間有有關(guān)8.3地下硐硐室開開挖的的精密密測(cè)量量圖8-2洞室邊邊壁的的收斂斂E單點(diǎn)伸伸長(zhǎng)計(jì)計(jì)；M多點(diǎn)伸伸長(zhǎng)計(jì)計(jì)圖8-3一些典典型伸伸長(zhǎng)計(jì)計(jì)的時(shí)時(shí)間-變形曲曲線圖8-4多點(diǎn)典典型伸伸長(zhǎng)計(jì)計(jì)