地面沉降、地裂缝、地面塌陷地质灾害危险性评估

地面沉降、地裂缝、地面塌陷地质灾害危险性评估,王瑞久,坍陷（沉降）的分析调查,前 言1、坍陷（沉降）的定义2、土体压密3、土体收缩4、地面沉降5、地裂缝6、岩溶坍陷7、构造与火山活动引起的沉降8、人工开挖引起的坍陷结 语补充材料 亚利桑那州地面沉降和地裂缝成因,前 言地质事件本身具有二大特点： 1）事件都不完全相同； 2）事件都不是单因素造成。所以地质事件不存在有模式可套，只能从最基本的原理去分析和掌握。 本讲义要着重介绍一些基本原理和实际例子。,1、坍陷（沉降）的定义 坍陷、沉降（Subsidence），该专有名词用于地壳表面，通常定义为地面的点下沉到更低的水平位置。换句话说，亦可定义为点的垂向位移，同时意味着临近点借助于向下运动而产生横向位移。,2、土体压密 2.1 影响土体压密的重要因素 2.2 土体压密过程概要实例21 砂土液化概述,实例21 砂土液化概述（摘自Pipkin，B.W and Trent.T.T，2001，Geology and the Environment）,日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。,加州沃森维尔附近的野外涌沙,图C212 砂土液化（横向移动）系因地震时球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振动造成这种固体颗粒堆集更加有效，这会占据少量体积。一部分覆盖层荷载由水来支撑，这就无法阻止水体横向运移。,震前，水，不稳定（立体）堆集，震后，液化土中剩余孔隙水负担覆盖层荷载 稳定（六边形）堆集,C213 唐山地造成的喷水冒砂区分布图震,（a）圣华金河谷位置。湿陷土几乎完全沿河谷西界分布，因抽地下水引起的沉降在整个河谷随处可见。（b）在河谷的湿陷土中，做注水试验的小块地。这小块地的总沉降达到3m（10英尺）。,3、土体收缩 3.1 季节性收缩试验 3.2 树根效应 3.3 粘土收缩效应 3.4 土体收缩过程概要实例31 茂名民房裂缝和膨胀土,图3-1 树根效应（SHE 1965）,4、地面沉降 4.1 含水层弹性的概念 4.2 含水层压密引起沉降的模拟 4.3 水位下降引起沉降过程概要实例41 上海市地面沉降监测资料实例42 上海地面沉降和开采水量关系,4.1 含水层弹性的概念,4.2 含水层压密引起沉降的模拟,图4-2 含水层压密过程模拟弹簧，静水压力，过剩压力,图10.7降落漏斗的形成与效应（A）在潜水含水层中，一个抽水井周围降落漏斗的水位下降。（B）重迭的降落漏斗造成水位的净下降，浅井干枯 。,图10.9过度开采地下水引起的地面沉降使威尼斯下沉，慢慢淹掉具有建筑艺术的宝库。,4.3 上海市地面沉降(摘自上海市地质调查研究院成果),4.3.1 地面沉降动态,F16,F11,F17,4.3.2 地面沉降与地下水开采分析,图4-2-13 第2含水层采灌量与地下水位,图4-2-14 第3含水层采灌量与地下水位,图4-2-15 第4含水层采灌量与地下水位,图4-2-16 第5含水层采灌量与地下水位,图4-2-5 第2含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,图4-2-6 第3含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,图4-2-7 第4含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,图4-2-8 第5含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,4.3.3 地面沉降体积和地下水开采水量体积大致相当,通过基本以5年为间隔的全市水准复测，可以全面地了解地面沉降的现状与发展趋势。在1980、1996、2001年一、二等水准测量数据基础上，编制了全市19801995、19962001年地面沉降等值线图。,上海市19801995年累积地面沉降图,反映出地面沉降主要发育在中心城区、闵行华漕地区，影响范围不断扩大；受邻近省区地下水开采影响，在金山枫泾、嘉定华亭附近沉降量较大。,上海市19962001年累积地面沉降图,上海外滩百年巨变，外滩防汛墙不断加高的过程从侧面反映了市区地面沉降的演化历史！,4.4 上海地面沉降选例(摘自上海市地质调查研究院成果),4.4.1 京沪高速铁路(上海段),图3-4-3 京沪高速铁路(上海段)工程地质分区图,图4-2-2 京沪高速铁路(上海段)1980-1995沉降等值线,图4-2-3 京沪高速铁路(上海段)1995-2001沉降等值线,4.4.2 南浦大桥,南浦大桥,4.3.3 延安东路隧道,4.4.4 地铁二号线,由于地铁等线型市政设施穿越不同沉降速率的空间，不可避免地受到不均匀沉降的影响！,区域地面沉降是地铁一、二号线隧道变形的主要影响因素。盾构掘进中扰动土体产生的固结变形随时间逐渐趋于稳定后，隧道变形则表现出区域地面沉降动态的规律。,地铁二号线隧道平均累计沉降量为40.3毫米，东方路人民广场区间隧道累计沉降量为59.7毫米。隧道穿越黄浦江段沉降量明显小于相邻区间。隧道差异性变形明显，陆家嘴黄浦江段、黄浦江段人民广场、人民广场石门路段累计差异性变形分别为74.3、131.2、91.9毫米/公里。,5、地裂缝 5.1 张裂隙发育成地裂缝 5.2 不均匀沉降引起张裂隙实例51 西安地裂缝成因及治理措施实例52 苏锡常地区地裂缝成因分析实例53 亚利桑那州菲尼克斯的地裂缝,5.1 张裂隙发育成地裂缝,图5-1 地裂缝发育概图（Bell 1981）,西安地裂缝分布面积约155km2，由11条地裂缝组成，其中最长的有20余公里。,西安地裂缝造成房屋和城墙开裂,河北沧州地裂缝长4公里,2002年沧州市给水管网破裂776次,在亚利桑那州皮卡乔附近，因抽地下水的沉降引发地裂缝。,无锡市东亭镇，地裂缝错断无锡-上海公路，两侧高差达15-20cm，威胁行驶安全。,江阴市长泾镇双平大楼因地裂缝影响现已被迫拆除,苏锡常地区地裂缝对房屋造成严重破坏,图C5-3-2 亚利桑那州卡萨格兰德西南约32km泰布尔山附近显示地裂缝的航空照片A.小比例尺航片，箭头指向地裂缝,图C5-1-1 西安市地裂缝与地貌的关系图,5.2 不均匀沉降引起张裂隙,图5-2 与地裂缝有关的三种地质条件（M.K.Larson and T.L.Pewe 1986）,图C5-3-3 显示亚利桑那州南部地裂缝与地下水下降和地貌关系的示意图A和B盆地和山脉的理想化演化。C由于地下水下降形成的地裂缝,亚利桑那州中南部的水位下降，地面沉降与地裂缝,图C522 地裂缝成因模式,图C5-2-1 江阴无锡地裂缝分布图（吴士良、王瑞久，2001）1、基岩残丘； 2、地面沉降等值线（m）； 3、地裂缝及方向,6、岩溶坍陷 6.1 碳酸盐岩地区的地基问题 6.2 灰岩岩层中自然坍陷发育的基本特征 6.3 岩溶坍陷的概要 6.4 充泥洞穴内压密作用引起坍陷 6.5 洞穴充填物的地下侵蚀过程实例61 贵州瓮福磷矿供水的抽水试验实例62 武汉市陆家街地区岩溶坍陷,岩溶地形的地面和地下特征,图6-2 充泥洞穴压密作用引起坍陷 A.原水面 B.水平下降引起钙质红土和充填物压密,图6-3 由于抽水引起灰岩充填物的地下侵蚀A.水位下降前的平衡状态；B.水位下降，随着向上侵蚀过程使通道被排空，出现活跃的地下侵蚀（潜蚀进入开阔的洞穴）；C.洞穴的顶部逐渐坍陷，可能短期内受铁化中砾标志层的抑制；D.最后的拱顶坍陷，形成了被同心球状张力裂缝包围的落水洞,（a）开始沉下去不久，注意昂贵的赛车掉入坑内。,（b）从空中看，这个坑几乎完全对称。,（c）堵塞后的景观，落水洞地区现在成了一个城市公园。,佛罗里达州温特帕克的落水洞,表示岩溶地区有断开的河流，上百个湖泊和几千个落水洞。佛罗里达州中部下伏第三纪欧卡拉灰岩，沿海地带由年轻的碎屑砂质沉积组成。这张图解释了沿着该州南北轴向的岩溶地区位置。,佛罗里达州中部的卫星照片,实例 武汉市陆家街地区岩溶坍陷自1977年以来，陆家街地区及周围已发生多次地面塌陷，计有： 1977年汉阳中南轧钢厂堆料场塌陷 1983年阮家巷塌陷 1988年武昌陆家街塌陷 1999年茅坦村小学塌陷 2000年2月武昌司法学校塌陷 2000年4月青菱乡烽火村塌陷,陆家街降水潜蚀-重力致塌形成过程模式略图h1孔隙水位 ；h2岩溶水位；h3混合水位,7 、构造与火山活动引起的沉降 7.1 构造和火山活动引起沉降的过程概述 7.2 地震活动引起沉降图解 7.3 地壳运动引起自然沉降,8、人工开挖引起的坍陷 8.1 地下采煤沉陷机理的发现 8.2 地下采煤引起岩层的非弹性变形 和时间有关 8.3 地下硐室开挖的精密测量 8.4 和采煤巷道有关的应力再分布 8.5 和采煤巷道有关的地下活动 8.6 岩石扩容的基础理论,8.2 地下采煤引起岩层的非弹性变形和时间有关,8.3 地下硐室开挖的