环境地质学分论地面沉降PPT课件

1、地面沉降地面沉降第第1页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG2l一、概述一、概述l二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状l三、地面沉降形成机理及规律三、地面沉降形成机理及规律l四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征l五、地面沉降主要特点五、地面沉降主要特点l六、地面沉降的调查与评价六、地面沉降的调查与评价l七、地面沉降监测与预测七、地面沉降监测与预测l八、地面沉降防治八、地面沉降防治第第2页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG3一、概述一、概述u

2、地面沉降地面沉降 定义定义: :地壳运动或开采地下流体引起的区域性地面标高降低。 区别于地表塌陷、地裂缝区别于地表塌陷、地裂缝 世界上已有世界上已有 50 多个国家和地区发生了地面沉降，比较严重的国家多个国家和地区发生了地面沉降，比较严重的国家是美国、日本、墨西哥和意大利等。我国也有是美国、日本、墨西哥和意大利等。我国也有 50 多个大中城市出现多个大中城市出现了不同程度的地面沉降，较严重的有上海、天津、台北、苏州、常州、了不同程度的地面沉降，较严重的有上海、天津、台北、苏州、常州、无锡、宁波等。无锡、宁波等。第第3页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmen

3、tal Studies-CUG4u 地面沉降灾害地面沉降灾害地质灾害分类分级标准（试行）地质灾害分类分级标准（试行）（DZ0238-2004）定义定义：在自然和人为作用下发生的大面积地表高程降低，并对社会经济和环境造成危害的地质现象或过程。地面沉降灾害会给城市建筑物、道路交通、管道系统及给排水、防地面沉降灾害会给城市建筑物、道路交通、管道系统及给排水、防洪等带来诸多困难。因此，城市地面沉降已被列为十大地质灾害之一。洪等带来诸多困难。因此，城市地面沉降已被列为十大地质灾害之一。它具有生成缓慢、持续时间长、成因复杂和防治难度大等特点，其影响它具有生成缓慢、持续时间长、成因复杂和防治难度大等特点，其

4、影响范围之广、治理难度之大远远超过了其它城市地质灾害。范围之广、治理难度之大远远超过了其它城市地质灾害。 一、概述一、概述第第4页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG5地面沉降的危害地面沉降的危害一、概述一、概述第第5页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG61 1、洪涝灾害加剧、洪涝灾害加剧一、概述一、概述 地面沉降长期发展，使沉降中心的地面沉降长期发展，使沉降中心的地面高度明显地面高度明显降低降低，形成碟型洼地，改变了原始地表水径流条件，形成碟型洼地，改

5、变了原始地表水径流条件，影响排涝和排水管网运行能力，若遇较大洪水，就积影响排涝和排水管网运行能力，若遇较大洪水，就积水难排。水难排。 第第6页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG7苏州防汛堤有三次明显加高 据统计，嘉兴市平均田面高程为 2.29m，水位每增加 10mm ，淹没面积增加 1.6 万亩。洪涝灾害加剧洪涝灾害加剧一、概述一、概述第第7页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG8洪涝灾害加剧洪涝灾害加剧雨后西工大沉降中心太原市武家庄村常年积水一、概述一

6、、概述第第8页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG9洪涝灾害加剧洪涝灾害加剧河北平原地面沉降区宁波地面沉降区常年积水一、概述一、概述第第9页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG10 地面沉降尤其是地面沉降尤其是不均匀沉降及其引发的地裂缝不均匀沉降及其引发的地裂缝，会造，会造成铁路的路基沉降、桥梁裂缝、沥青路面开裂、地下管道成铁路的路基沉降、桥梁裂缝、沥青路面开裂、地下管道错断、供水井井管上升、泵房报废等；特别是对标高要求错断、供水井井管上升、泵房报废等；特

7、别是对标高要求严格的堤坝、水闸、桥梁、铁路、高架道路等基础设施标严格的堤坝、水闸、桥梁、铁路、高架道路等基础设施标高一旦降低，将使得安全运营和维护成本增高，造成的房高一旦降低，将使得安全运营和维护成本增高，造成的房屋开裂倒塌，甚至直接威胁到人的生命安全。屋开裂倒塌，甚至直接威胁到人的生命安全。 一、概述一、概述2 2、建筑物基础下沉、工程设施毁坏、建筑物基础下沉、工程设施毁坏 第第10页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG11建筑物受损建筑物受损2003年2月28日因地面不均匀沉降错断西安子午路2m粗的供水管道2002年12

8、月10因地面不均匀沉降错断西安翠华南路2米粗的供水管道一、概述一、概述第第11页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG12太原市太原市西安大雁塔西安大雁塔无锡市无锡市建筑物受损建筑物受损一、概述一、概述第第12页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG13建筑物受损建筑物受损太原市太原市江阴长泾江阴长泾西安长安路西安长安路一、概述一、概述第第13页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG14建筑物

9、受损建筑物受损一、概述一、概述第第14页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG15珠海西区海华新村住宅区落成仅10年，地面沉降最大达1.5m珠海西区高尔夫球场2001年11月2003年7月沉降量与时间关系图6094136456585.94927.051022.611148.311267.311464.611642.111789.512114.812232.712321.712390.712516.012611.912735.412816.712969.51025050075010001250150017502000225025

10、0027503000123456789101112131415161718192021累计月数(月)沉降总量(mm)建筑物受损建筑物受损一、概述一、概述第第15页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG16不均匀地面沉降加速了地铁隧道设施的磨损建筑物受损建筑物受损一、概述一、概述第第16页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG17一、概述一、概述3 3、导致地下水环境恶化、导致地下水环境恶化 地面沉降所造成的地面沉降所造成的地面标高下降和积水洼地的形成地面标高下

11、降和积水洼地的形成，严重影响着城市污水的排放，所造成的排污管道破坏也严重影响着城市污水的排放，所造成的排污管道破坏也使污水溢出，这都会污染地下水。在沿海地区，地面沉使污水溢出，这都会污染地下水。在沿海地区，地面沉降还会造成降还会造成海水入侵或海水倒灌海水入侵或海水倒灌，使地下水矿化度增高，使地下水矿化度增高，并引起土壤盐渍化。部分内陆地区在地面沉降过程中，并引起土壤盐渍化。部分内陆地区在地面沉降过程中，劣质地下水和许多有毒、有害元素污染的地下水会随着劣质地下水和许多有毒、有害元素污染的地下水会随着含水层的压密释水向淡水扩散，造成地下水水质变差。含水层的压密释水向淡水扩散，造成地下水水质变差。

12、第第17页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG18一、概述一、概述4 4、滨海地区风暴潮及海岸侵蚀加重、滨海地区风暴潮及海岸侵蚀加重 在沿海地区，地面沉降会造成在沿海地区，地面沉降会造成海平面相对上升海平面相对上升，风，风暴潮灾害加重。地面沉降使天津市部分地区已处于海平暴潮灾害加重。地面沉降使天津市部分地区已处于海平面以下，伴生的风暴潮灾害加剧。面以下，伴生的风暴潮灾害加剧。 第第18页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG19海岸灾害加剧海岸灾害加剧天津市

13、因地面沉降受风暴潮危害严重上海市因地面沉降致使防浪堤三次加高一、概述一、概述第第19页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG20根据长江三角洲、华北地区、汾渭地堑主要城市等根据长江三角洲、华北地区、汾渭地堑主要城市等的研究，粗略统计，建国以来，我国地面沉降和地裂缝的研究，粗略统计，建国以来，我国地面沉降和地裂缝造成的造成的损失累计高达损失累计高达4500450050005000亿元亿元，其中，直接经济，其中，直接经济损失累计为损失累计为350350400400亿元，年均总损失为亿元，年均总损失为9090100100亿元亿元,

14、,年均直接损失年均直接损失8 81010亿元。亿元。一、概述一、概述第第20页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG21第第21页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG22 到到20032003年地面年地面沉降面积已达到沉降面积已达到93,855km93,855km2 2，形成，形成长长三角、华北平三角、华北平原、和汾渭盆地原、和汾渭盆地等地面沉降灾害等地面沉降灾害严重区。严重区。二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第22页页/共共92页页中国地质大学环

15、境学院School of Environmental Studies-CUG23图 例沉降量大于2000mm沉降量5001000mm沉降量10002000mm沉降量小于500mm西安太原天津上海无锡唐海苏州常州杭州湖州阜阳沧州北京曲周绍兴宁波温岭温州南通泰州徐州衡水晋州石家庄大城任丘保定霸洲德州东营济宁菏泽许昌洛阳开封淮北宿州台北大同榆次临汾运城广州珠海海口昆明哈尔滨大庆福州嘉兴扬州00200100300400500KM洪湖屏东云林台北云林屏东广州珠海海口我国发现地面沉降的主要城市我国发现地面沉降的主要城市二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第23页页/共共92页页中国地质大学环境学院S

16、chool of Environmental Studies-CUG24长江三角洲地面沉降现状图长江三角洲地面沉降现状图二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第24页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG25上海市地面累积沉降量等值线上海市地面累积沉降量等值线图图（一九九六（一九九六二二一一年）年）二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第25页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG26苏锡常地区苏锡常地区2002年年地面沉降速率图地面沉降速率图 苏锡常

17、地区至苏锡常地区至2002年年地面累计沉降量等值线图地面累计沉降量等值线图二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第26页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG27华北平原地面沉降等值线图华北平原地面沉降等值线图二、我国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第27页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG28太原市累计地面沉降等值线图太原市累计地面沉降等值线图(19562000年年)大同市累计地面沉降等值线图大同市累计地面沉降等值线图(19881993年年)二、我

18、国地面沉降现状二、我国地面沉降现状第第28页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG29三、地面沉降的形成机理及规律三、地面沉降的形成机理及规律u1 1、饱水多孔介质的失水压密原理Hhh= + =土 H = 水h=(+)+(-) = 太沙基有效应力原理太沙基有效应力原理第第29页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG30（1 1）抽水条件下饱水多孔介质含水层的失水压密）抽水条件下饱水多孔介质含水层的失水压密 由太沙基公式可以看出，抽水时，含水层水位下降，会使颗粒

19、间由太沙基公式可以看出，抽水时，含水层水位下降，会使颗粒间的的孔隙水压力变小孔隙水压力变小，由于上覆地层，由于上覆地层自重不变自重不变，为保持平衡，为保持平衡，有效应力有效应力必然会增大必然会增大。如果有效应力的增量（附加应力）大于颗粒间的摩擦阻。如果有效应力的增量（附加应力）大于颗粒间的摩擦阻力时，颗粒就会位移、错动，形成更紧密的排列，含水层压密，体积力时，颗粒就会位移、错动，形成更紧密的排列，含水层压密，体积变小，地面下沉，直至形成新的压力平衡。变小，地面下沉，直至形成新的压力平衡。 式中，为有效应力的增量；为孔隙水压力的增量，因抽水是减压过程，所以用负值表示，|为孔隙水压力增量的绝对值。

20、 第第30页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG31（2 2）注水条件下饱水多孔介质含水层厚度变化）注水条件下饱水多孔介质含水层厚度变化 如果注水或水位恢复上升时，孔隙水压力如果注水或水位恢复上升时，孔隙水压力会增大且为正值，由会增大且为正值，由于上覆地层自重不变，于上覆地层自重不变，水的浮托力会使有效应力减小水的浮托力会使有效应力减小，颗粒会变得松，颗粒会变得松散，在宏观上含水层厚度变大。散，在宏观上含水层厚度变大。 第第31页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studie

21、s-CUG32（3 3）地面加载条件下饱水多孔介质含水层的失水压密）地面加载条件下饱水多孔介质含水层的失水压密 地面加载会使总压力地面加载会使总压力增大，孔隙水压力和有效应力也随之增大。增大，孔隙水压力和有效应力也随之增大。如果如果大于粒间阻力，而且大于大于粒间阻力，而且大于时，会引起骨架压密，表现为时，会引起骨架压密，表现为含水层总体积变小，水将从孔隙中挤出，进入水井中。这种平衡状态含水层总体积变小，水将从孔隙中挤出，进入水井中。这种平衡状态可用下式表示：可用下式表示： 第第32页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG33u

22、2 2、不同类型岩土失水压密特点 （1 1）砂粒质含水层失水压密特点）砂粒质含水层失水压密特点 砂砾质含水层一旦被抽汲，砂砾质含水层一旦被抽汲，释水快释水快，压力传递快，压密作用显，压力传递快，压密作用显现得快，地面可在较短时间内出现沉降，即现得快，地面可在较短时间内出现沉降，即滞后时间短滞后时间短，延迟效应不，延迟效应不明显；明显； 由于砂砾质含水层本身的孔隙度较小，可供压密的空间小，所由于砂砾质含水层本身的孔隙度较小，可供压密的空间小，所以，以，地面总沉降量较小地面总沉降量较小； 砂砾质含水层颗粒间为硬连接，失水和充水能够以砂砾质含水层颗粒间为硬连接，失水和充水能够以可逆方式进可逆方式进行

23、行，形成的地面沉降具有，形成的地面沉降具有弹性变形的特点弹性变形的特点，抽水时，地面下沉，水位，抽水时，地面下沉，水位恢复时，又可回弹。恢复时，又可回弹。 第第33页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG34（2 2）粘性土的失水压密特点）粘性土的失水压密特点 粘性土孔隙虽小，但孔隙度大，远远超过砂砾质土，粘性土一粘性土孔隙虽小，但孔隙度大，远远超过砂砾质土，粘性土一旦失水压密，旦失水压密，可压缩空间大可压缩空间大，能够产生较大的地面下沉量；，能够产生较大的地面下沉量； 由于粘性土中的水主要是结合水，水压传递和应力消散慢，失由

24、于粘性土中的水主要是结合水，水压传递和应力消散慢，失压后需要相当长的时间才可建立新的压力平衡，所以抽水对它的影响压后需要相当长的时间才可建立新的压力平衡，所以抽水对它的影响来得慢，即来得慢，即滞后时间长滞后时间长，延迟效应也十分明显延迟效应也十分明显，这就是为什么在许多，这就是为什么在许多粗细颗粒相迭置的地下水分布区抽水时地面沉降不明显，水位恢复后，粗细颗粒相迭置的地下水分布区抽水时地面沉降不明显，水位恢复后，地面沉降仍会持续发展的原因；地面沉降仍会持续发展的原因； 粘性土失水压密过程失去的水主要是结合水，骨架的压密是塑粘性土失水压密过程失去的水主要是结合水，骨架的压密是塑性变形，两者都是性变

25、形，两者都是不可逆过程不可逆过程，所以，所造成的，所以，所造成的地面沉降大部分是永地面沉降大部分是永久性的。久性的。 第第34页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG35u 1 1、垂直位移的变化图图1 江苏张家港市、广东珠海市的地面沉降江苏张家港市、广东珠海市的地面沉降四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第35页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG36垂直位移X地下水开采区集中开采井位置图图3 垂直位移量的空间变化垂直位移量的空间变化规律性：由沉

26、降中心向周边方向逐渐减小四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征 地面沉降以地层的垂直位移变形为主，并随各地点有效应力增量地面沉降以地层的垂直位移变形为主，并随各地点有效应力增量大小的不同而不同。大小的不同而不同。 第第36页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG37BABO垂直位移量四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征由于垂直应变不均匀，在沉降区中心，两侧土体会向中心挤压，产生剪切破裂面，地面出现地裂缝。 第第37页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies

27、-CUG38图图4 上海闵行区华漕地面沉降与地下水位变化发展趋势上海闵行区华漕地面沉降与地下水位变化发展趋势垂直位移量随着地下水位的降低而逐渐增大 四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第38页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG39图图5 苏锡常地区地面沉降面积不断扩大苏锡常地区地面沉降面积不断扩大1985年年1991年年2000年年四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第39页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG40u 2、水平位移的变

28、化图图6 在亚利桑那州皮卡乔附近，在亚利桑那州皮卡乔附近，因抽地下水的沉降引发地裂缝。因抽地下水的沉降引发地裂缝。图图7 河北沧州因开采地河北沧州因开采地下水而产生的地裂缝下水而产生的地裂缝四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第40页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG41X集中开采井位置地下水开采区水平位移图图8 水平位移量的空间变化水平位移量的空间变化规律性：最大位移在沉降中心的两侧，沉降中心及最外围较小四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征 地面沉降垂直变形的过程中，土体也会形成侧向拉力，产生水平位移。

29、地面沉降垂直变形的过程中，土体也会形成侧向拉力，产生水平位移。与垂直位移相比，水平位移形成的变形量要小得多，与垂直位移相比，水平位移形成的变形量要小得多， 第第41页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG42图图9 地面破坏的表现形式地面破坏的表现形式剪切破坏拉张破坏四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第42页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG43u 3、抽水对地面沉降的影响（1 1）抽水量的影响）抽水量的影响规律性：抽水量越大，沉降量、沉降速率

30、和沉降范围越大。图图10 10 抽水量对地面沉降的影响抽水量对地面沉降的影响QqQ2Q1Q1Q2四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第43页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG44（2 2）抽水方式的影响）抽水方式的影响连续抽水，抽水量恒定，补给充沛连续抽水，抽水量恒定，补给不足 间断抽水，抽水量恒定 间断抽水，抽水量不定 四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第44页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG45（3 3）开采布局的影响）开采

31、布局的影响Q1QQ2Q3Q=Q1+Q2+Q3图图12 12 不同的开采布局对地面沉降的影响不同的开采布局对地面沉降的影响四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第45页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG46u 4、地层对地面沉降的影响（1 1）地层岩性的影响）地层岩性的影响图图13 13 不同的地层岩性对地面沉降的影响不同的地层岩性对地面沉降的影响QQQ规律性：砂砾层的压缩量小于等有效应力作用下粘性土的压缩量。四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第46页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of

32、 Environmental Studies-CUG47（2 2）地层厚度的影响）地层厚度的影响图图14 14 不同的地层岩性对地面沉降的影响不同的地层岩性对地面沉降的影响QQ规律性：粘性土的累积厚度越大，压缩总量越大四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第47页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG48（3 3）地层组合的影响）地层组合的影响图图15 不同的地层组合对地面沉降的影响不同的地层组合对地面沉降的影响QQ规律性：在同等开采条件下，粘性土层数越多，沉降速率越大。四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第

33、48页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG49Q图图16 16 在某些情况下地下水开采漏斗区与地面沉降中心并不一致在某些情况下地下水开采漏斗区与地面沉降中心并不一致四、地面沉降的时空特征四、地面沉降的时空特征第第49页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG50五、地面沉降的主要特点五、地面沉降的主要特点l区域易发性l时间累进性l过程渐变性l成因复杂性l难以逆转性第第50页页/共共92页页区域易发性区域易发性 国内：国内：1717个个省（区市）省（区市）959

34、5个城市个城市多多 见见面面 广广国外：国外：200200多个城市或多个城市或地区地区三角洲平原：三角洲平原：上海、苏锡常、南通、嘉兴、桐乡、海宁、广州、珠海、中山、台山、东莞等城市。冲积海积平原：冲积海积平原：唐山、沧州、衡水、任丘、河间、南宫、保定等12个沉降中心；天津、盐城、大丰、宁波、温州、台州、海口、北海等城市。冲积洪积平原：冲积洪积平原：北京、许昌、濮阳、开封、商丘、洛阳、安阳；济宁、阜阳等城市。河谷平原和山间盆地：河谷平原和山间盆地：西安、太原、大同、榆次、临汾、昆明福州等城市 。世界上最早发现世界上最早发现地面沉降：地面沉降：18981898年在年在日本新泻日本新泻；有有505

35、0多个地区的多个地区的地面沉降量达到了地面沉降量达到了10m10m（墨西哥、（墨西哥、日本、美国等）日本、美国等）中国最早发现地面中国最早发现地面沉降：沉降：19211921年年上海上海；总沉降面积达总沉降面积达5 5万万多多kmkm2 2；最大沉降量最大沉降量3.14m3.14m（天津塘沽区）（天津塘沽区） 第第51页页/共共92页页时间累进性时间累进性长江三角洲典型城市地面沉降发展历时曲线第第52页页/共共92页页过程渐变性过程渐变性锡西地区石塘湾镇历年地面沉降图第第53页页/共共92页页成因复杂性成因复杂性l影响因素多影响因素多l构造沉降：新构造沉降、断裂活动构造沉降：新构造沉降、断裂活

36、动l软土层次固结变形沉降软土层次固结变形沉降l排水固结变形沉降排水固结变形沉降l工程加荷引起承载土体固结变形沉降工程加荷引起承载土体固结变形沉降l复合性强复合性强l二种、三种或四种因素叠加，综合作用二种、三种或四种因素叠加，综合作用第第54页页/共共92页页后果不可逆性后果不可逆性l粘性土粘性土释水压密时，结构发生不可逆转的变化，即释水压密时，结构发生不可逆转的变化，即使孔隙水压力恢复，粘性土仍保持压密状态，发生使孔隙水压力恢复，粘性土仍保持压密状态，发生塑性变形塑性变形。l当地下水水位持续下降，含水层附加应力增加至其当地下水水位持续下降，含水层附加应力增加至其前期固结压力时，含水层通过颗粒间

37、的明显滑动与前期固结压力时，含水层通过颗粒间的明显滑动与滚动来调整含水层颗粒骨架而逐渐形成新的应力平滚动来调整含水层颗粒骨架而逐渐形成新的应力平衡。当含水层附加应力超过其的前期固结压力时，衡。当含水层附加应力超过其的前期固结压力时，也将呈现塑性变形特征。也将呈现塑性变形特征。l地面沉降造成的社会经济损失是不可挽回的。地面沉降造成的社会经济损失是不可挽回的。第第55页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG56六、地面沉降的调查与评价六、地面沉降的调查与评价l 地质环境条件；地质环境条件；l 人类工程经济活动的方式、强度；人类工程

38、经济活动的方式、强度；l 地面沉降现状与发生发展历史；地面沉降现状与发生发展历史；l 分析预测沉降发展趋势及可能的成灾范围；分析预测沉降发展趋势及可能的成灾范围；l 了解地面沉降勘查、监测和防治现状（人工回灌、控了解地面沉降勘查、监测和防治现状（人工回灌、控制地下水开采量等措施）及效果，提出预防与控制地制地下水开采量等措施）及效果，提出预防与控制地面沉降的建议。面沉降的建议。第第56页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG57u 平原区地质环境条件l 地质构造：地质构造：新构造沉降、活动断裂；新构造沉降、活动断裂；l 地形地貌

39、地形地貌：滨海平原、三角洲平原、冲积海积平原、冲：滨海平原、三角洲平原、冲积海积平原、冲积湖积平原、冲积洪积平原前缘、山间盆地的地表形积湖积平原、冲积洪积平原前缘、山间盆地的地表形态及高程变化、水系分布及流向、湖沼水域面积及其变化；态及高程变化、水系分布及流向、湖沼水域面积及其变化；l 松散沉积层松散沉积层厚度、岩性、垂向组合；厚度、岩性、垂向组合；l 各各土体土体（重点是软弱压缩层）的分布及其工程地质特征；（重点是软弱压缩层）的分布及其工程地质特征；l 含水层含水层的分布、厚度、补给条件。的分布、厚度、补给条件。六、地面沉降的调查与评价六、地面沉降的调查与评价第第57页页/共共92页页中国地

40、质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG58u 人类工程经济活动的方式、强度l 地下水、油气资源的地下水、油气资源的开采利用开采利用现状；现状；l 地下水水位地下水水位降低及影响范围；降低及影响范围；l 城市建设（路、桥、高层建筑、地下工程等）对地质环境城市建设（路、桥、高层建筑、地下工程等）对地质环境的影响程度、施工中和竣工后出现的地质环境问题。的影响程度、施工中和竣工后出现的地质环境问题。六、地面沉降的调查与评价六、地面沉降的调查与评价第第58页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-C

41、UG59u 地面沉降现状与发生发展历史l 地面沉降区沉降发生时间、分布范围、形状、面积及累计地面沉降区沉降发生时间、分布范围、形状、面积及累计沉降量、历年变化与沉降速率的调查与分析；沉降量、历年变化与沉降速率的调查与分析；l 地面沉降影响因素分析；地面沉降影响因素分析；l 地面沉降造成的直接与间接经济损失评估。地面沉降造成的直接与间接经济损失评估。六、地面沉降的调查与评价六、地面沉降的调查与评价第第59页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG60长江三角洲（长江以南）地下水资源与长江三角洲（长江以南）地下水资源与地质灾害调查评

42、价（地质灾害调查评价（1：25万）万）南京地质矿产研究所江苏省地质调查研究院上海市地质调查研究院浙江省地质调查研究院第第60页页/共共92页页江苏省江苏省浙江省浙江省总面积总面积30340km2 ，海拔海拔高度高度35m, 环太湖地带环太湖地带12m，沿江，沿江68m 第第61页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG62v长江三角洲平原第四纪地质特征 厚度大，变化迅速厚度大，变化迅速 第四系厚度160210米，自西向东、自南向北厚度增大；上海浦东第四系厚度250米左右；苏锡常地区第四系相对较薄，厚度变化大，第四系厚度10020

43、0米，地下潜山分布区仅6080米。 成因类型多，沉积相变快成因类型多，沉积相变快 海相、海陆过渡相、冲积相、冲洪积相、湖相和湖沼相 历经破坏，难以对比历经破坏，难以对比 经历了长江大沉积、大破坏的形成过程，保留下来的第四系已非连续沉积，加大了建立第四纪地层层序、进行区域第四系划分对比的难度。 地质环境条件调查第第62页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG63充分收集、分析区内钻孔资料、物探资料；有针对性地部署了有针对性地部署了6 6个第四系综合测试孔，系统采集了古地磁个第四系综合测试孔，系统采集了古地磁测试、孢粉、微体古生物

44、分析、测试、孢粉、微体古生物分析、1414C C测年、测年、ESRESR测年、热释光测年、测年、热释光测年、粒度分析、重矿物、碳酸盐等样品，建立了依据较充分的第四系粒度分析、重矿物、碳酸盐等样品，建立了依据较充分的第四系基准孔。基准孔。由多个基准孔带动区内各类钻孔第四纪地层的划分和对比。由多个基准孔带动区内各类钻孔第四纪地层的划分和对比。在对第四系沉积结构新认识的基础上，进一步完善了区内含水在对第四系沉积结构新认识的基础上，进一步完善了区内含水层组的划分和对比，确定地下水资源评价的边界条件。层组的划分和对比，确定地下水资源评价的边界条件。 技术路线第第63页页/共共92页页中国地质大学环境学院

45、School of Environmental Studies-CUG64第第64页页/共共92页页第第65页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG66 地面沉降现状与发生发展历史调查、分析 地面沉降迹象及损失调查访问。井管拔高、海水倒灌，河（渠）水倒流、港口、码头或堤岸井管拔高、海水倒灌，河（渠）水倒流、港口、码头或堤岸失效加高、桥梁净空减少、城市排水不畅、河流泄洪能力降低、失效加高、桥梁净空减少、城市排水不畅、河流泄洪能力降低、建筑物破坏、农田受淹、一次降水过程地面积水范围等。建筑物破坏、农田受淹、一次降水过程地面积水范围

46、等。第第66页页/共共92页页以5年为间隔进行上海市水准复测，全面掌握了地面沉降的现状与发展趋势。上海市一九九六二一年累积地面沉降图第第67页页/共共92页页第第68页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG69 累积沉降量200-600mm的沉降面积约4650 km2； 0.6-1.0m的沉降面积约1350km2； 1.01.4m的沉降面积约300 km2； 1.41.8m的沉降面积约30 km2； 大于1.8m的沉降面积约6.5 km2。第第69页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environment

47、al Studies-CUG70地下水超量开采地下水超量开采是长江三角洲区域地面沉降的主要影响因素是长江三角洲区域地面沉降的主要影响因素（上海市区（上海市区90年代占年代占70%）。）。 地面沉降随地下水的开采而持续发展地面沉降随地下水的开采而持续发展 年内沉降量随地下水位的升降而变化年内沉降量随地下水位的升降而变化 地面沉降速率受地下水位控制地面沉降速率受地下水位控制大规模城市建设、建筑物荷载大规模城市建设、建筑物荷载是长江三角洲城市局部地区地是长江三角洲城市局部地区地面沉降的重要影响因素（上海市区面沉降的重要影响因素（上海市区90年代占年代占30%）。）。代表性高层建筑与所在地区对比代表性

48、高层建筑与所在地区对比典型区对比典型区对比 第第70页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG71 地质环境地质环境是区域地面沉降重要的是区域地面沉降重要的内在因素内在因素。松散沉积层厚度、岩性松散沉积层厚度、岩性松散沉积层垂向组合松散沉积层垂向组合含水层补给条件含水层补给条件第第71页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG72六、地面沉降的监测与预测六、地面沉降的监测与预测（1）基岩标、分层标组基岩标、分层标组；（2）地下水动态监测网地下水动态监测网； （3）

49、水准监测网水准监测网。第第72页页/共共92页页第第73页页/共共92页页第第74页页/共共92页页第第75页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG76（隧道口）（塘桥）（高化）（外滩）（劳动公园）（双阳中学）（吴淞）（宝钢）（汽二）（面粉厂）（姜家桥）（桃浦）J5（北新泾）（小闸）（吴泾）J14（华漕）L4L3L20L1L5L10L6L12L16L2（1）L19L17L15L24L25L22L21L27L28L23L30L29L7L115.317.030.98.110.04.210.94.78.410.34.97.695.2

50、814.26.915.36.016.411.53.215.9（源深、杨高路）（高行）（外高桥）L26L2（2）（复兴岛）L18L13L14（刘行）（上钢五厂）L8L93.142.38.812.32.49.55.28.410.27.5 黄黄 浦浦 江江浦东浦西上海市区一等水准网示意图上海市区一等水准网示意图第第76页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG77u 地面沉降自动监测系统建设（1） 自动化监测系统组成自动化监测系统组成七、地面沉降的监测与预测七、地面沉降的监测与预测第第77页页/共共92页页中国地质大学环境学院Scho

51、ol of Environmental Studies-CUG78（2 2）数据自动采集及处理）数据自动采集及处理七、地面沉降的监测与预测七、地面沉降的监测与预测第第78页页/共共92页页7 7、地面沉降的监测、地面沉降的监测第第79页页/共共92页页第第80页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG81 对抽水引起的地面沉降进行预测，因影响因素复杂，对抽水引起的地面沉降进行预测，因影响因素复杂，预测难度较大。近年来，国内外对此作了大量的研究工作。预测难度较大。近年来，国内外对此作了大量的研究工作。我国地面沉降问题较严重的几个城

52、市也先后进行了系统的我国地面沉降问题较严重的几个城市也先后进行了系统的沉降量观测、模型试验、沉降量计算和预测工作。沉降量观测、模型试验、沉降量计算和预测工作。 统计模型统计模型 传统的理论模型传统的理论模型 数值方法数值方法七、地面沉降的监测与预测七、地面沉降的监测与预测第第81页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG82这种方法适用于这种方法适用于已长期地面沉降及地下水位详细观测资料的地区已长期地面沉降及地下水位详细观测资料的地区。由于大量开采地下水（油、气）引起地下水位（油、气压）持续下降，由于大量开采地下水（油、气）引起

53、地下水位（油、气压）持续下降，进而引起介质失水压密是地面沉降的根本原因。所以可利用地下水开采进而引起介质失水压密是地面沉降的根本原因。所以可利用地下水开采量或地下水水位与地面沉降量的资料，建立两者之间的量或地下水水位与地面沉降量的资料，建立两者之间的回归方程回归方程。例如：根据天津市资料，可得例如：根据天津市资料，可得 S =28.13 +0.0067QS =28.13 +0.0067Q式中：式中：S S为地面累计沉降量；为地面累计沉降量；Q Q为累计开采量。为累计开采量。又如，根据上海市资料，得：又如，根据上海市资料，得： S = B0 + B1h +B2D +B3HS = B0 + B1h

54、 +B2D +B3H式中：式中：B0B0、B1B1、B2B2、B3B3为回归系数；为回归系数；h h为水位变幅；为水位变幅；D D为水位作用天为水位作用天数；数；H H为该水作用期间平均水位。为该水作用期间平均水位。u 统计模型七、地面沉降的监测与预测七、地面沉降的监测与预测第第82页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG83统计模型优缺点统计模型优缺点如果建立如果建立S S Q Q或或S S h h的回归方程，即可根据未来的开采的回归方程，即可根据未来的开采计划推算地面沉降量的值。计划推算地面沉降量的值。这种方法的优点是这种

55、方法的优点是简单明了简单明了，适用范围广。只要把主，适用范围广。只要把主要的影响因素考虑进去，可以不考虑复杂的物理过程。但要的影响因素考虑进去，可以不考虑复杂的物理过程。但该方法有很大的弱点，从理论上讲，该方法有很大的弱点，从理论上讲，不能对机理有更深刻不能对机理有更深刻的了解。的了解。七、地面沉降的监测与预测七、地面沉降的监测与预测第第83页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG84u 传统的理论模型 这类模型主要是根据土力学固结理论的基本原理，这类模型主要是根据土力学固结理论的基本原理，对在某一特定抽水条件下，各岩性层对应

56、的有效应力增量，对在某一特定抽水条件下，各岩性层对应的有效应力增量，分别计算器压缩变形量，然后累加，计算地面沉降量。分别计算器压缩变形量，然后累加，计算地面沉降量。（1）砂砾质土的变形量计算）砂砾质土的变形量计算（2）粘性土层的变形量计算）粘性土层的变形量计算（3）地表某一地点的累计计算量）地表某一地点的累计计算量七、地面沉降的监测与预测七、地面沉降的监测与预测第第84页页/共共92页页中国地质大学环境学院School of Environmental Studies-CUG85（1 1）砂砾质土的变形量计算）砂砾质土的变形量计算对砂砾质土层可按对砂砾质土层可按弹性理论弹性理论处理，其变形可在短时间内完成。处理，其变形可在短时间内完成。 S =(BS =(B* *)/E)/E式中：式中：SS为变形增量；为变形增量；B B为该层的初始厚度；为该层的初始厚度；E E为平均的变形模量；为平均的变形模量；唯有效应力增量唯有效应力增量。具体的计算公式为：具体的计算公式为： S =(wS =(w* *g g* *h)/Esh)/Es* *B B式中：式中：SS为变形增量（为变形增量（cmcm）；）；hh为水头变化值（为水头变化值（m m）；）；w w为水的为水的密度（密