地質(zhì)災害之地面沉降二

第六講變形地質(zhì)災害地面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。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。2、成因類型型（1）自然因素素構(gòu)造升降運運動地震火山活動地面加載（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)造運動的的范疇，作作為自然動動力現(xiàn)象加加以研究歸屬于地質(zhì)質(zhì)災害現(xiàn)象象進行研究究和防治構(gòu)造運動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)造運動動以一種緩緩慢連續(xù)的的方式進行行，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)時時間長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2000m巨大靜壓力力挪威/芬蘭發(fā)生地地面沉降最大值達2.5m冰川消融回彈人為原因：：如修建水水庫、建造造房屋等上海市30%地面沉降來來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3cm上海沉降最最嚴重的地地區(qū)二、我國地地面沉降現(xiàn)現(xiàn)狀到2003年地面沉降降面積已達達到93,855km2，形成長三角、華華北平原、、和汾渭盆地等地面沉降降災害嚴重重區(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，海水水回灌進曼曼谷了，前前幾天，邢臺強調(diào)自己地地勢低，污污染物也容容易聚集2.標高降低，，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，自來來水管泄漏漏。次生災災害很多。。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，過幾幾年變成地地下室了。。8.樁基礎負摩摩擦，降低低樁承載力力-以后《基礎工程》詳細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斷斷供水管道道四、地面沉沉降的成因因機制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（1）砂礫質(zhì)含水層失水水壓密特點點（2）粘性土的失水壓密密特點3、地面沉降的的產(chǎn)生條件件土力學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點（1）砂礫質(zhì)含含水層失水水壓密特點點（做含水率率實驗時講講過，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間內(nèi)內(nèi)出現(xiàn)沉降降，即滯后時間短短，延遲效應應不明顯；；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進行，形成的地地面沉降具具有彈性變形的的特點，抽水時，，地面下沉沉，水位恢恢復時，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)，大大家學過壓壓縮系數(shù)，，回彈指數(shù)數(shù)，見土力力學。（2）粘性土的的失水壓密密特點①粘性土孔隙隙雖小，但但孔隙度大，遠遠超過過砂礫質(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，水水壓傳遞和和應力消散散慢，失壓壓后需要相相當長的時時間才可建建立新的壓壓力平衡，，所以抽水水對它的影影響來得慢慢，即滯后時間長長，延遲效應也也十分明顯顯，這就是為為什么在許許多粗細顆顆粒相迭置置的地下水水分布區(qū)抽抽水時地面面沉降不明明顯，水位位恢復后，，地面沉降降仍會持續(xù)續(xù)發(fā)展的原原因；③粘性土失失水壓密過過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)厚層松散細粒土土層的存在(2)長期過量開采地地下流體(3)新構(gòu)造運動的影影響(4)城市建設對地面面沉降的影響五、地面沉降的的時空特征綜合影響的結(jié)果果導致地面沉降降時空分布呈現(xiàn)現(xiàn)復雜的局面，，后面詳細講。。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，并隨隨各地點有效應應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變不不均勻，在沉降降區(qū)中心，兩側(cè)側(cè)土體會向中心心擠壓，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程中，，土體也會形成成側(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對地面形變的作作用（1）地層組合對地面面沉降的影響作作用地層巖性地層厚度巖性組合（2）抽水對地面沉降降的影響距抽水井遠近的的影響抽水量的影響抽水方式（1）地層組合對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（2）抽水對地面沉沉降的影響作用用1）距抽水井遠近近的影響規(guī)律性：地層巖巖性組合相似時時，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。

距離抽水井遠近對地面沉降的影響Q1（2）抽水對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4）開采布局的影影響不同的開采布局局對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，還還是會發(fā)現(xiàn)許多多細節(jié)：穿過城城區(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，大大家感受不強烈烈，生活中，別別人的孩子長得得快。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，無無知者無畏，而而且，中國人清清談多，實驗少少，饅頭哪層先先熟，討論了十十萬字。沒一個個做實驗的。所所以，大家還應應該做好實驗，，比如，比重試試驗，15g土占的體積才6g左右，測水的質(zhì)質(zhì)量時，稍微不不注意，1g誤差對實驗結(jié)果果影響很大，大大家計算的從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，，另外，我自己己也試驗了一下下，多加點土，，50g，這樣的話1g誤差對實驗結(jié)果果影響就小多了了，當然，主要要是大家不細心心，大家知道1g水是多少嗎？滴滴管50滴，比重瓶那個個圓柱形小嘴剛剛好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））七、地面沉降的的監(jiān)測與預測區(qū)域地面沉降監(jiān)監(jiān)測技術(shù)精密水準測量GPS測量InSAR技術(shù)2.地面沉降分層動動態(tài)監(jiān)測3.自動化監(jiān)測技術(shù)術(shù)4.地面沉降量預測測區(qū)域地面沉降監(jiān)監(jiān)測技術(shù)精密水準測量目前較為普遍和和常用的方法特點：精度高，成果果可靠，操作方方便，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，美國等等國家開始將GPS技術(shù)用于區(qū)域地地面沉降監(jiān)測，，并取得初步成成效。我國的成功經(jīng)驗驗不多，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了水準儀還在大范圍使用用的原因，就是是因為一般的全站儀和GPS都不能滿足監(jiān)測測環(huán)境下的高程要求。特點：設備昂貴，精度度低，難以進行行大規(guī)模布網(wǎng)InSAR技術(shù)利用不同時間測測量的地面圖像像相重疊而形成成微分干涉圖像像，圖像中一個個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，并通過過對比地面變形形實測值來確定定，最終處理成成地面變形等值值線圖。特點：具有大面積、快快速的優(yōu)勢，是是水準測量和GPS測量的有效補充。。2、地面沉降分層層動態(tài)監(jiān)測基巖標和分層標標監(jiān)測室進行地地面沉降監(jiān)測的的重要技術(shù)手段段?；鶐r標：埋設在地下完整整基巖上的特殊殊觀測點，可作作為地面沉降測測量的高程控制制點。分層標：根據(jù)土層的性性質(zhì)，埋設在地地下不同深度土土層和含砂層中中的特殊觀測點點，是有效測量量松散土層變形形量的設施。3、自動化監(jiān)測技技術(shù)（1）自動化監(jiān)測測系統(tǒng)組成4、地面沉降量預預測對抽水引起的地地面沉降進行預預測，因影響因因素復雜，預測測難度較大。近近年來，國內(nèi)外外對此作了大量量的研究工作。。我國地面沉降降問題較嚴重的的幾個城市也先先后進行了系統(tǒng)統(tǒng)的沉降量觀測測、模型試驗、、沉降量計算和和預測工作。統(tǒng)計模型傳統(tǒng)的理論模型型數(shù)值方法這種方法適用于于已長期地面沉降降及地下水位詳詳細觀測資料的的地區(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為地面累計沉降降量；Q為累計開采量。。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)計模型統(tǒng)計模型優(yōu)缺點點如果建立S~Q或S~h的回歸方程，即可根據(jù)未來來的開采計劃推推算地面沉降量量的值。這種方法的優(yōu)點是簡單明了，適適用范圍廣。只只要把主要的影影響因素考慮進進去，可以不考考慮復雜的物理理過程。但該方方法有很大的弱點，從理論上講，，不能對機理有更深刻的了解解。-比如，很多統(tǒng)計計報告，都是事事后諸葛亮，先先有靶子，再射射箭，比如，中中央2臺的股票新聞““由于xx，某股票大漲””如果你知道這這個規(guī)律，你怎怎么不買股票？？還有，很多彩彩民，個個都是是數(shù)學家，費勁勁心思找規(guī)律，，本來就是隨機機事件，非要找找出規(guī)律來，結(jié)結(jié)果只能是機關關算盡太聰明。。傳統(tǒng)的理論模型型這類模型主要是是根據(jù)土力學固結(jié)理論論的基本原理，對對在某一特定抽抽水條件下，各各巖性層對應的的有效應力增量量，分別計算器器壓縮變形量，，然后累加，計計算地面沉降量量。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措措施，自己看。。這是在開采利用用地下水之前進進行的一項工作作，包括：①取水地點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，不要形成長長期增長的開采局局面。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，嚴禁私私自取地下水，只只要開個口子，就就是無底洞，比如如，某家不安電表表，估計用電的超超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人工回灌對抽抽汲的液體進行等等體積替換，以保保證孔隙水（油））壓力不造成明顯顯下降。課堂作業(yè)學以致用以自己家鄉(xiāng)（最好好是本縣市，若實實在沒有，本省也也行）為例，舉例例說明地面沉降的的危害，也可以從從網(wǎng)絡上了解。字字數(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，一定定要交，否則沒成成績。上升的經(jīng)濟和下沉沉的地面---平遙、滄州和上海海為例我來個拋磚引玉吧吧，說說我的家鄉(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非洲水水池旁動物們的生生死戰(zhàn)吧，這時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，為水打架來記記仇”，解放前前甚至油鍋抓銅錢錢。機井越打越深，小小時候在菜園子和和父親用轆轤澆水水的場景只能留在在夢里了，現(xiàn)在都都是靠深層水，每每天定點放水。千里迢迢來到保定定，看到老鄉(xiāng)院子子里都有壓水井，，還能種個小菜園園，很是羨慕，（（現(xiàn)在也多改為機機井了。）滄州山西缺水，華北也也缺水。黃驊市，是整個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。過去，海河與黃河河的多次泛濫，給給滄州帶來大量的的泥沙沉淀，改善善了土壤，反而利利于耕作。如今，，且不說洪水，就就連地下水也越來來越少，地里的土土層越來越薄，不不利于耕種。-----中央電視臺報道的的人工造地，坡上上毀樹造地，反而而造成了滑坡和泥泥石流的危險。滄州所以華北平原的農(nóng)農(nóng)業(yè)一年耗水量高高達870毫米，而多年平均均降雨量只有500毫米左右，這多出出來的370毫米，都依