地質(zhì)災(zāi)害之地面沉降二

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)災(zāi)害的定義廣義：指因內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用和人類活動(dòng)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(guò)程。如，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的山地臺(tái)升和盆地下沉；抽取地下水、開采地下礦產(chǎn)等人類活動(dòng)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。地面沉降-塌陷馬路塌陷，還有的人被熱水活活燙死山西構(gòu)造地裂縫-平原，不是滑坡的張裂隙。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。地面沉降主要內(nèi)容一、概述二、我國(guó)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(shí)空特征六、地面沉降的主要特點(diǎn)七、地面沉降的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)八、地面沉降的防治一、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(guò)程。2、成因類型型（1）自然因素素構(gòu)造升降運(yùn)運(yùn)動(dòng)地震火山活動(dòng)地面加載（2）人為因素素開采地下水水、油氣資源地面加載形成的地面面沉降范圍圍大、速率率小形成的地面面沉降范圍圍小、速率率和幅度較較大歸屬于地殼殼形變或構(gòu)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的的范疇，作作為自然動(dòng)動(dòng)力現(xiàn)象加加以研究歸屬于地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象象進(jìn)行研究究和防治構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引引起的地面面沉降急劇變形：因基底斷斷塊快速下下降造成地地表高程降降低，地面面急劇變形形，如地震震。構(gòu)造蠕變：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)動(dòng)以一種緩緩慢連續(xù)的的方式進(jìn)行行，表現(xiàn)為為基底斷塊塊持續(xù)的緩緩慢沉降或或巖層的拗拗陷。變形速率小小、持續(xù)時(shí)時(shí)間長(zhǎng)天津市基底下降形形成的沉降降值約為1.7mm/a地面加載引引起的地面面沉降自然原因：：冰川期大陸陸冰蓋形成成厚度達(dá)2000m巨大靜壓力力挪威/芬蘭發(fā)生地地面沉降最大值達(dá)2.5m冰川消融回彈人為原因：：如修建水水庫(kù)、建造造房屋等上海市30%地面沉降來(lái)來(lái)自高層建建筑和大型型工程的影影響浦東陸家嘴2004年地面沉沉降量達(dá)3cm上海沉降最最嚴(yán)重的地地區(qū)二、我國(guó)地地面沉降現(xiàn)現(xiàn)狀到2003年地面沉降降面積已達(dá)達(dá)到93,855km2，形成長(zhǎng)三角、華華北平原、、和汾渭盆地等地面沉降降災(zāi)害嚴(yán)重重區(qū)。涇渭分明渭水是黃河河最大的支支流，涇水水又是渭河河的支流，，現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)分不清楚楚那條河流流的清與濁濁了，同流流合污了。。長(zhǎng)江濁黃，，漢江碧綠綠華北平原地地面沉降等等值線圖三、地面沉沉降的危害害1.地面標(biāo)高損損失，地表表積水，放放泄洪能力力下降曼谷洪水泛濫的的原因““除了氣候候，就是地地面沉降鬧鬧的，海水水回灌進(jìn)曼曼谷了，前前幾天，邢臺(tái)強(qiáng)調(diào)自己地地勢(shì)低，污污染物也容容易聚集2.標(biāo)高降低，，海平面升升高，雙重重因素，海海水倒灌，，桑田變滄滄海了。3.地下管線扭扭曲斷裂，，天然氣泄泄漏，自來(lái)來(lái)水管泄漏漏。次生災(zāi)災(zāi)害很多。。4.橋梁凈空減減小，影響響通航5.農(nóng)村積水，，農(nóng)作物減減產(chǎn)。6.高程資料失失效。7.房屋下沉，，花錢買一一樓，過(guò)幾幾年變成地地下室了。。8.樁基礎(chǔ)負(fù)摩摩擦，降低低樁承載力力-以后《基礎(chǔ)工程》詳細(xì)講不均勻沉降降危害更大大，造成房房屋傾斜、、開裂、倒倒塌。建筑物受損損地面不均勻勻沉降錯(cuò)斷斷供水管道道四、地面沉沉降的成因因機(jī)制1、飽水多孔介介質(zhì)的失水水壓密原理理（1）抽水條件、地面加載條條件下壓密2、不同類型巖巖土失水壓壓密特點(diǎn)（1）砂礫質(zhì)含水層失水水壓密特點(diǎn)點(diǎn)（2）粘性土的失水壓密密特點(diǎn)3、地面沉降的的產(chǎn)生條件件土力學(xué)p90-板書一下地面原水位下降后水位位2、不同類型型巖土失水水壓密特點(diǎn)點(diǎn)（1）砂礫質(zhì)含含水層失水水壓密特點(diǎn)點(diǎn)（做含水率率實(shí)驗(yàn)時(shí)講講過(guò)，沙子子孔隙度小小，但孔隙隙大，親水水礦物含量量低，持水水性差，要求取樣粘性土5～10g，砂性土20～30g）①砂礫質(zhì)含水水層一旦被被抽汲，釋水快，壓力傳遞遞快，壓密密作用顯現(xiàn)現(xiàn)得快，地地面可在較較短時(shí)間內(nèi)內(nèi)出現(xiàn)沉降降，即滯后時(shí)間短短，延遲效應(yīng)應(yīng)不明顯；；②由于砂礫礫質(zhì)含水層層本身的孔隙度較小小，可供壓密密的空間小小，所以，，地面總沉降降量較??；--天然砂層一一般都比較較密實(shí)③砂礫質(zhì)含含水層顆粒粒間為硬連連接，失水水和充水能能夠以可逆方式進(jìn)進(jìn)行，形成的地地面沉降具具有彈性變形的的特點(diǎn)，抽水時(shí)，，地面下沉沉，水位恢恢復(fù)時(shí)，又又可回彈。-基坑回彈，，所以基坑坑開挖后要要盡快施工工，否則，，一是風(fēng)吹吹日曬水泡泡，而是回回彈使得建建筑物沉降降大，土的的性質(zhì)，大大家學(xué)過(guò)壓壓縮系數(shù)，，回彈指數(shù)數(shù)，見土力力學(xué)。（2）粘性土的的失水壓密密特點(diǎn)①粘性土孔隙隙雖小，但但孔隙度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)砂礫質(zhì)土土，粘性土土一旦失水水壓密，可壓縮空間間大，能夠產(chǎn)生生較大的地地面下沉量量；--尤其是軟土土，如上海海。②由于粘性性土中的水水主要是結(jié)結(jié)合水，水水壓傳遞和和應(yīng)力消散散慢，失壓壓后需要相相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)時(shí)間才可建建立新的壓壓力平衡，，所以抽水水對(duì)它的影影響來(lái)得慢慢，即滯后時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)，延遲效應(yīng)也也十分明顯顯，這就是為為什么在許許多粗細(xì)顆顆粒相迭置置的地下水水分布區(qū)抽抽水時(shí)地面面沉降不明明顯，水位位恢復(fù)后，，地面沉降降仍會(huì)持續(xù)續(xù)發(fā)展的原原因；③粘性土失失水壓密過(guò)過(guò)程失去的的水主要是是結(jié)合水，，骨架的壓壓密是塑性性變形，兩兩者都是不可逆過(guò)程程，所以，所所造成的地面沉降大大部分是永永久性的。。---回彈很小。4、地面沉降降的產(chǎn)生條條件(1)厚層松散細(xì)粒土土層的存在(2)長(zhǎng)期過(guò)量開采地地下流體(3)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影影響(4)城市建設(shè)對(duì)地面面沉降的影響五、地面沉降的的時(shí)空特征綜合影響的結(jié)果果導(dǎo)致地面沉降降時(shí)空分布呈現(xiàn)現(xiàn)復(fù)雜的局面，，后面詳細(xì)講。。1、地面沉降的變變形形式垂直位移水平位移（1）垂直位移地面沉降以地層層的垂直位移變變形為主，并隨隨各地點(diǎn)有效應(yīng)應(yīng)力增量大小的的不同而不同。。初始地形面垂直位移量的空空間變化圖規(guī)律性：由沉降降中心向周邊方方向逐漸減小ABO垂直位移量由于垂直應(yīng)變不不均勻，在沉降降區(qū)中心，兩側(cè)側(cè)土體會(huì)向中心心擠壓，產(chǎn)生剪剪切破裂面，地地面出現(xiàn)地裂縫縫。上海閔行區(qū)華漕漕地面沉降與地地下水位變化發(fā)發(fā)展趨勢(shì)垂直位移量隨著著地下水位的降降低而逐漸增大大（2）水平位移地面沉降垂直變變形的過(guò)程中，，土體也會(huì)形成成側(cè)向拉力，產(chǎn)產(chǎn)生水平位移。。與垂直位移相相比，水平位移移形成的變形量量要小得多2、地面沉降的影影響因素及其對(duì)對(duì)地面形變的作作用（1）地層組合對(duì)地面面沉降的影響作作用地層巖性地層厚度巖性組合（2）抽水對(duì)地面沉降降的影響距抽水井遠(yuǎn)近的的影響抽水量的影響抽水方式（1）地層組合對(duì)地地面沉降的影響響作用1）地層巖性的影影響不同的地層巖性性對(duì)地面沉降的的影響規(guī)律性：砂礫層層的壓縮量小。。2）地層厚度的影影響不同的地層巖性性對(duì)地面沉降的的影響規(guī)律性：粘性土土的累積厚度越越大，壓縮總量量越大3）地層組合的影影響規(guī)律性：在同等等開采條件下，，粘性土層數(shù)越越多，沉降速率率越大。不同的地層組合合對(duì)地面沉降的的影響在某些情況下地地下水開采漏斗斗區(qū)與地面沉降降中心并不一致致，還和巖性有關(guān)（2）抽水對(duì)地面沉沉降的影響作用用1）距抽水井遠(yuǎn)近近的影響規(guī)律性：地層巖巖性組合相似時(shí)時(shí)，地面沉降中中心往往與地下下水開采中心在在位置上吻合一一致。

距離抽水井遠(yuǎn)近對(duì)地面沉降的影響Q1（2）抽水對(duì)地面沉沉降的影響作用用2）抽水量的影響響規(guī)律性：抽水量量越大，沉降量量、沉降速率和和沉降范圍越大大。

抽水量對(duì)地面沉降的影響Q2Q1Q1<Q23）抽水方式的影影響連續(xù)抽水，抽水量恒定，補(bǔ)給充沛連續(xù)抽水，抽水量恒定，補(bǔ)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(guò)程4）開采布局的影影響不同的開采布局局對(duì)地面沉降的的影響規(guī)律性：同樣的的開采量，集中中布井方式產(chǎn)生生的地面沉降量量和危害比分散散布井方式大。。六、地面沉降的的主要特點(diǎn)區(qū)域易發(fā)性—三大區(qū)，回憶時(shí)間累進(jìn)性-上海1921年過(guò)程漸變性-累計(jì)才能顯出，，但稍一留心，還還是會(huì)發(fā)現(xiàn)許多多細(xì)節(jié)：穿過(guò)城城區(qū)的京滬鐵路路，由于地面沉沉降，鐵軌下面面需要年年墊石石，市區(qū)里，新新修的街道路面面要比舊馬路高高出一截，以mm為單位統(tǒng)計(jì)，大大家感受不強(qiáng)烈烈，生活中，別別人的孩子長(zhǎng)得得快。有人用溫溫水煮青蛙比喻喻，都是文科人人的杜撰，許多多媒體都是迷信信傳播的幫兇，，博眼球，而且且有利可圖，無(wú)無(wú)知者無(wú)畏，而而且，中國(guó)人清清談多，實(shí)驗(yàn)少少，饅頭哪層先先熟，討論了十十萬(wàn)字。沒一個(gè)個(gè)做實(shí)驗(yàn)的。所所以，大家還應(yīng)應(yīng)該做好實(shí)驗(yàn)，，比如，比重試試驗(yàn)，15g土占的體積才6g左右，測(cè)水的質(zhì)質(zhì)量時(shí)，稍微不不注意，1g誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果影響很大，大大家計(jì)算的從2.2-2.9的都有，3.0以上的都讓大家家重做了，所以以要特別仔細(xì)，，另外，我自己己也試驗(yàn)了一下下，多加點(diǎn)土，，50g，這樣的話1g誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果影響就小多了了，當(dāng)然，主要要是大家不細(xì)心心，大家知道1g水是多少嗎？滴滴管50滴，比重瓶那個(gè)個(gè)圓柱形小嘴剛剛好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(wú)力回天（地））七、地面沉降的的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)區(qū)域地面沉降監(jiān)監(jiān)測(cè)技術(shù)精密水準(zhǔn)測(cè)量GPS測(cè)量InSAR技術(shù)2.地面沉降分層動(dòng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)3.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)術(shù)4.地面沉降量預(yù)測(cè)測(cè)區(qū)域地面沉降監(jiān)監(jiān)測(cè)技術(shù)精密水準(zhǔn)測(cè)量目前較為普遍和和常用的方法特點(diǎn)：精度高，成果果可靠，操作方方便，儀器便宜宜效率低、勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度大、難以自自動(dòng)化GPS測(cè)量近10多年來(lái)，美國(guó)等等國(guó)家開始將GPS技術(shù)用于區(qū)域地地面沉降監(jiān)測(cè)，，并取得初步成成效。我國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)不多，這就是為什么經(jīng)緯儀退出歷史舞臺(tái)測(cè)距儀退出歷史舞臺(tái)了了水準(zhǔn)儀還在大范圍使用用的原因，就是是因?yàn)橐话愕娜緝x和GPS都不能滿足監(jiān)測(cè)測(cè)環(huán)境下的高程要求。特點(diǎn)：設(shè)備昂貴，精度度低，難以進(jìn)行行大規(guī)模布網(wǎng)InSAR技術(shù)利用不同時(shí)間測(cè)測(cè)量的地面圖像像相重疊而形成成微分干涉圖像像，圖像中一個(gè)個(gè)相干顏色條紋紋循環(huán)代表一定定數(shù)量的地面變變形量，并通過(guò)過(guò)對(duì)比地面變形形實(shí)測(cè)值來(lái)確定定，最終處理成成地面變形等值值線圖。特點(diǎn)：具有大面積、快快速的優(yōu)勢(shì)，是是水準(zhǔn)測(cè)量和GPS測(cè)量的有效補(bǔ)充。。2、地面沉降分層層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)基巖標(biāo)和分層標(biāo)標(biāo)監(jiān)測(cè)室進(jìn)行地地面沉降監(jiān)測(cè)的的重要技術(shù)手段段?；鶐r標(biāo)：埋設(shè)在地下完整整基巖上的特殊殊觀測(cè)點(diǎn)，可作作為地面沉降測(cè)測(cè)量的高程控制制點(diǎn)。分層標(biāo)：根據(jù)土層的性性質(zhì)，埋設(shè)在地地下不同深度土土層和含砂層中中的特殊觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，是有效測(cè)量量松散土層變形形量的設(shè)施。3、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技技術(shù)（1）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)組成4、地面沉降量預(yù)預(yù)測(cè)對(duì)抽水引起的地地面沉降進(jìn)行預(yù)預(yù)測(cè)，因影響因因素復(fù)雜，預(yù)測(cè)測(cè)難度較大。近近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外外對(duì)此作了大量量的研究工作。。我國(guó)地面沉降降問(wèn)題較嚴(yán)重的的幾個(gè)城市也先先后進(jìn)行了系統(tǒng)統(tǒng)的沉降量觀測(cè)測(cè)、模型試驗(yàn)、、沉降量計(jì)算和和預(yù)測(cè)工作。統(tǒng)計(jì)模型傳統(tǒng)的理論模型型數(shù)值方法這種方法適用于于已長(zhǎng)期地面沉降降及地下水位詳詳細(xì)觀測(cè)資料的的地區(qū)。由于大量開采采地下水（油、、氣）引起地下下水位（油、氣氣壓）持續(xù)下降降，進(jìn)而引起介介質(zhì)失水壓密是是地面沉降的根根本原因。所以以可利用地下水水開采量或地下下水水位與地面面沉降量的資料料，建立兩者之之間的回歸方程。例如：根據(jù)天津津市資料，可得得S=28.13+0.0067Q式中：S為地面累計(jì)沉降降量；Q為累計(jì)開采量。。又如，根據(jù)上海海市資料，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)數(shù)；H為該水作用期間間平均水位。統(tǒng)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)模型優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)如果建立S~Q或S~h的回歸方程，即可根據(jù)未來(lái)來(lái)的開采計(jì)劃推推算地面沉降量量的值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了，適適用范圍廣。只只要把主要的影影響因素考慮進(jìn)進(jìn)去，可以不考考慮復(fù)雜的物理理過(guò)程。但該方方法有很大的弱點(diǎn)，從理論上講，，不能對(duì)機(jī)理有更深刻的了解解。-比如，很多統(tǒng)計(jì)計(jì)報(bào)告，都是事事后諸葛亮，先先有靶子，再射射箭，比如，中中央2臺(tái)的股票新聞““由于xx，某股票大漲””如果你知道這這個(gè)規(guī)律，你怎怎么不買股票？？還有，很多彩彩民，個(gè)個(gè)都是是數(shù)學(xué)家，費(fèi)勁勁心思找規(guī)律，，本來(lái)就是隨機(jī)機(jī)事件，非要找找出規(guī)律來(lái)，結(jié)結(jié)果只能是機(jī)關(guān)關(guān)算盡太聰明。。傳統(tǒng)的理論模型型這類模型主要是是根據(jù)土力學(xué)固結(jié)理論論的基本原理，對(duì)對(duì)在某一特定抽抽水條件下，各各巖性層對(duì)應(yīng)的的有效應(yīng)力增量量，分別計(jì)算器器壓縮變形量，，然后累加，計(jì)計(jì)算地面沉降量量。八、地面沉降的的防治合理規(guī)劃水資源源開發(fā)利用布局局-根據(jù)影響因素可可以采取相關(guān)措措施，自己看。。這是在開采利用用地下水之前進(jìn)進(jìn)行的一項(xiàng)工作作，包括：①取水地點(diǎn)盡可能安排在砂砂礫石層厚、粘粘性土夾層少的的地段；②在粘性土層多多且相變復(fù)雜的的地區(qū)，盡量以以地表水作為供供水水源，減少或不開采地下下水；③減少開采量，且且盡量采用恒定開采辦法，不要形成長(zhǎng)長(zhǎng)期增長(zhǎng)的開采局局面。④將集中開采變?yōu)闉榉稚㈤_采；⑤減少各地開采強(qiáng)度，使降落漏斗平且且緩，減少沉降的的不均勻性和局部部沉降過(guò)大，避免免出現(xiàn)明顯的擠壓壓帶和拉張帶，以以減少水平位移和和垂直位移集中的的現(xiàn)象。--------要求半天，嚴(yán)禁私私自取地下水，只只要開個(gè)口子，就就是無(wú)底洞，比如如，某家不安電表表，估計(jì)用電的超超n家，2010年，上海地下水開開采量已壓縮到1963年開采量的十分之之一，才有效遏制了地下下水引起的地面沉沉降等量置換主要用于油氣田通過(guò)人工回灌對(duì)抽抽汲的液體進(jìn)行等等體積替換，以保保證孔隙水（油））壓力不造成明顯顯下降。課堂作業(yè)學(xué)以致用以自己家鄉(xiāng)（最好好是本縣市，若實(shí)實(shí)在沒有，本省也也行）為例，舉例例說(shuō)明地面沉降的的危害，也可以從從網(wǎng)絡(luò)上了解。字字?jǐn)?shù)大于300字。下節(jié)課交作業(yè)，尤尤其是上次作業(yè)沒沒交的同學(xué)，一定定要交，否則沒成成績(jī)。上升的經(jīng)濟(jì)和下沉沉的地面---平遙、滄州和上海海為例我來(lái)個(gè)拋磚引玉吧吧，說(shuō)說(shuō)我的家鄉(xiāng)鄉(xiāng)古城平遙，“我我家住在黃土高坡坡”，父母或許許太喜歡水了，給給我取名張洪泉。。水就是錢，就是命命根子，大家或許許都看到過(guò)非洲水水池旁動(dòng)物們的生生死戰(zhàn)吧，這時(shí)候候可沒有上甘嶺戰(zhàn)戰(zhàn)友間的謙讓，““天上下雨地下流流，為水打架來(lái)記記仇”，解放前前甚至油鍋?zhàn)ャ~錢錢。機(jī)井越打越深，小小時(shí)候在菜園子和和父親用轆轤澆水水的場(chǎng)景只能留在在夢(mèng)里了，現(xiàn)在都都是靠深層水，每每天定點(diǎn)放水。千里迢迢來(lái)到保定定，看到老鄉(xiāng)院子子里都有壓水井，，還能種個(gè)小菜園園，很是羨慕，（（現(xiàn)在也多改為機(jī)機(jī)井了。）滄州山西缺水，華北也也缺水。黃驊市，是整個(gè)滄滄州最缺水的地方方，衛(wèi)星地圖上，，該地區(qū)所有的河河道都顯示為白色色，即為干涸。過(guò)去，海河與黃河河的多次泛濫，給給滄州帶來(lái)大量的的泥沙沉淀，改善善了土壤，反而利利于耕作。如今，，且不說(shuō)洪水，就就連地下水也越來(lái)來(lái)越少，地里的土土層越來(lái)越薄，不不利于耕種。-----中央電視臺(tái)報(bào)道的的人工造地，坡上上毀樹造地，反而而造成了滑坡和泥泥石流的危險(xiǎn)。滄州所以華北平原的農(nóng)農(nóng)業(yè)一年耗水量高高達(dá)870毫米，而多年平均均降雨量只有500毫米左右，這多出出來(lái)的370毫米，都依