地面變形地質(zhì)災害地面沉降

關于地面變形地質(zhì)災害地面沉降1.概述2.類型3.分布規(guī)律4.地面沉降第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天一、概述地面變形地質(zhì)災害的定義廣義：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高改變?yōu)橹鞯牡刭|(zhì)災害。第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天地面沉降-塌陷第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天馬路塌陷，還有的人被熱水活活燙死第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天山西構(gòu)造地裂縫-平原，不是滑坡的張裂隙。第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天二、地面變形地質(zhì)災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，2024年2月25日，星期天地面沉降第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天主要內(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)測與預測八、地面沉降的防治第9頁,共63頁，2024年2月25日，星期天一、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，2024年2月25日，星期天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)災害現(xiàn)象進行研究和防治第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天構(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，2024年2月25日，星期天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2000m巨大靜壓力挪威/芬蘭發(fā)生地面沉降最大值達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3cm上海沉降最嚴重的地區(qū)第13頁,共63頁，2024年2月25日，星期天二、我國地面沉降現(xiàn)狀

到2003年地面沉降面積已達到93,855km2，形成長三角、華北平原、和汾渭盆地等地面沉降災害嚴重區(qū)。第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天長江濁黃，漢江碧綠第16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天華北平原地面沉降等值線圖第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天三、地面沉降的危害1.地面標高損失，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，海水回灌進曼谷了，前幾天，邢臺強調(diào)自己地勢低，污染物也容易聚集

2.標高降低，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。次生災害很多。第18頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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.樁基礎負摩擦，降低樁承載力-以后《基礎工程》詳細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，2024年2月25日，星期天建筑物受損地面不均勻沉降錯斷供水管道第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天四、地面沉降的成因機制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，2024年2月25日，星期天土力學p90-板書一下地面原水位下降后水位第22頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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，延遲效應不明顯；

第23頁,共63頁，2024年2月25日，星期天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，地面總沉降量較小；--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)，大家學過壓縮系數(shù)，回彈指數(shù)，見土力學。第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（2）粘性土的失水壓密特點

①粘性土孔隙雖小，但孔隙度大，遠遠超過砂礫質(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，2024年2月25日，星期天②由于粘性土中的水主要是結(jié)合水，水壓傳遞和應力消散慢，失壓后需要相當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，延遲效應也十分明顯，這就是為什么在許多粗細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，2024年2月25日，星期天4、地面沉降的產(chǎn)生條件(1)厚層松散細粒土層的存在(2)長期過量開采地下流體(3)新構(gòu)造運動的影響(4)城市建設對地面沉降的影響第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天五、地面沉降的時空特征綜合影響的結(jié)果導致地面沉降時空分布呈現(xiàn)復雜的局面，后面詳細講。

第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1、地面沉降的變形形式垂直位移水平位移第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（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，2024年2月25日，星期天ABO垂直位移量由于垂直應變不均勻，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，2024年2月25日，星期天

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，2024年2月25日，星期天（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，2024年2月25日，星期天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近的影響抽水量的影響抽水方式第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（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，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天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，還和巖性有關第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（2）抽水對地面沉降的影響作用1）距抽水井遠近的影響規(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。

距離抽水井遠近對地面沉降的影響Q1第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天（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，2024年2月25日，星期天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土體反復受壓縮過程第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

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，2024年2月25日，星期天六、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，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，當然，主要是大家不細心，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。成因復雜性—巖層，地下水，加載難以逆轉(zhuǎn)性-地面標高，經(jīng)濟損失無力回天（地）第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天七、地面沉降的監(jiān)測與預測區(qū)域地面沉降監(jiān)測技術

精密水準測量GPS測量InSAR技術2.地面沉降分層動態(tài)監(jiān)測3.自動化監(jiān)測技術4.地面沉降量預測第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天區(qū)域地面沉降監(jiān)測技術

精密水準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、勞動強度大、難以自動化第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

GPS測量近10多年來，美國等國家開始將GPS技術用于區(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：設備昂貴，精度低，難以進行大規(guī)模布網(wǎng)第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天

InSAR技術

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，是水準測量和GPS測

量的有效補充。第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2、地面沉降分層動態(tài)監(jiān)測基巖標和分層標監(jiān)測室進行地面沉降監(jiān)測的重要技術手段。基巖標：埋設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：根據(jù)土層的性質(zhì)，埋設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施。第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天3、自動化監(jiān)測技術（1）自動化監(jiān)測系統(tǒng)組成第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天4、地面沉降量預測

對抽水引起的地面沉降進行預測，因影響因素復雜，預測難度較大。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重的幾個城市也先后進行了系統(tǒng)的沉降量觀測、模型試驗、沉降量計算和預測工作。

統(tǒng)計模型傳統(tǒng)的理論模型數(shù)值方法第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天這種方法適用于已長期地面沉降及地下水位詳細觀測資料的地區(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，2024年2月25日，星期天統(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去，可以不考慮復雜的物理過程。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)學家，費勁心思找規(guī)律，本來就是隨機事件，非要找出規(guī)律來，結(jié)果只能是機關算盡太聰明。第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天傳統(tǒng)的理論模型

這類模型主要是根據(jù)土力學固結(jié)理論的基本原理，對在某一特定抽水條件下，各巖性層對應的有效應力增量，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，2024年2月25日，星期天八、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措施，自己看。這是在開采利用地下水之前進行的一項工作，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，2024年2月25日，星期天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，2024年2月25日，星期天等量置換主要用于油氣田通過人工回灌對抽汲的液體進行等體積替換，以保證孔隙水（油）壓力不造成明顯下降。第56頁,共63頁，2024年2月25日，星期天課堂作業(yè)學以致用以自己家鄉(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)絡上了解。字數(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，一定要交，否則沒成績。第57頁,共63頁，2024年2月25日，星期天上升的經(jīng)濟和下沉的地面

---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)在也多改為機井了。）第58頁,共63頁，2024年2月25日，星期天滄州山西缺水，華北也缺水。黃驊市，是整個滄州最缺水的地方，