环境地质学地面沉降学习教案

1、会计学1环境环境(hunjng)地质学地质学 地面沉降地面沉降第一页，共93页。一、概述(i sh)u 地面沉降(d min chn jin) 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 世界(shji)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。第1页/共92页第二页，共93页。u 地面沉降(d min chn jin)灾害地质灾害分类分级标准（试行）（DZ0238-2004）定义：在自然和人为作用(zu

2、yng)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(jyu)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、概述第2页/共92页第三页，共93页。地面沉降(d min chn jin)的危害一、概述(i sh)第3页/共92页第四页，共93页。苏州防汛(fn xn)堤有三次明显加高 据统计，嘉兴市平均(pngjn)田面高程为 2.29m，水位每增加 10mm ，淹没面积增加 1

3、.6 万亩。洪涝灾害加剧(jij)一、概述第4页/共92页第五页，共93页。洪涝灾害加剧(jij)雨后西工大沉降(chnjing)中心太原市武家庄村常年(chngnin)积水一、概述第5页/共92页第六页，共93页。洪涝灾害加剧(jij)河北平原地面沉降(d min chn jin)区宁波地面沉降区常年(chngnin)积水一、概述第6页/共92页第七页，共93页。建筑物受损2003年2月28日因地面不均匀沉降错断(cu dun)西安子午路2m粗的供水管道2002年12月10因地面不均匀沉降错断(cu dun)西安翠华南路2米粗的供水管道一、概述(i sh)第7页/共92页第八页，共93页。太

4、原市西安大雁塔无锡市建筑物受损一、概述(i sh)第8页/共92页第九页，共93页。建筑物受损太原市江阴(jin yn)长泾西安长安(chn n)路一、概述(i sh)第9页/共92页第十页，共93页。建筑物受损一、概述(i sh)第10页/共92页第十一页，共93页。珠海西区海华新村住宅区落成(luchng)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6094136456585.94927.051022.611148.311267.311464.611642.111789.512114.812232.712321.712390.71251

5、6.012611.912735.412816.712969.510250500750100012501500175020002250250027503000123456789101112131415161718192021累计月数(月)沉降总量(mm)建筑物受损一、概述(i sh)第11页/共92页第十二页，共93页。不均匀地面沉降加速(ji s)了地铁隧道设施的磨损建筑物受损一、概述(i sh)第12页/共92页第十三页，共93页。不均匀地面沉降加速了地铁隧道设施(shsh)的磨损建筑物受损一、概述(i sh)第13页/共92页第十四页，共93页。海岸(hi n)灾害加剧天津市因地面沉降受风

6、暴潮危害(wihi)严重上海市因地面沉降致使(zhsh)防浪堤三次加高一、概述第14页/共92页第十五页，共93页。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(tngj)，建国以来，我国地面沉降和地裂缝造成的损失累计高达45005000亿元，其中，直接经济损失累计为350400亿元，年均总损失为90100亿元,年均直接损失810亿元。一、概述(i sh)第15页/共92页第十六页，共93页。第16页/共92页第十七页，共93页。 到2003年地面沉降面 积 已 达 到 ( d do)93,855km2，形成长三角、华北平原、和汾渭盆地等地面沉降灾害严重区。二、我国地面沉降(d

7、 min chn jin)现状第17页/共92页第十八页，共93页。图 例沉降(chnjing)量大于2000mm沉降(chnjing)量5001000mm沉降(chnjing)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二、我国地面沉降现状第18页/共92页第十九页，共93页。长江三角洲地面

8、沉降(d min chn jin)现状图二、我国地面沉降(d min chn jin)现状第19页/共92页第二十页，共93页。上海市地面(dmin)累积沉降量等值线图（一九九六二一年）二、我国地面沉降(d min chn jin)现状第20页/共92页第二十一页，共93页。苏锡常地区2002年地面沉降(d min chn jin)速率图 苏锡常地区(dq)至2002年地面累计沉降量等值线图二、我国地面沉降(d min chn jin)现状第21页/共92页第二十二页，共93页。华北平原(hu bi pn yun)地面沉降等值线图二、我国地面沉降(d min chn jin)现状第22页/共9

9、2页第二十三页，共93页。太原市累计(li j)地面沉降等值线图(19562000年)大同市累计(li j)地面沉降等值线图(19881993年)二、我国地面沉降(d min chn jin)现状第23页/共92页第二十四页，共93页。三、地面沉降三、地面沉降(d min chn jin)(d min chn jin)的形成机的形成机理及规律理及规律Hhh= + =土 H = 水h=(+)+(-) =第24页/共92页第二十五页，共93页。u 垂直(chuzh)位移的变化图1 江苏张家港市、广东(gung dng)珠海市的地面沉降三、地面沉降(d min chn jin)的形成机理及规律第25

10、页/共92页第二十六页，共93页。图3 垂直(chuzh)位移量的空间变化垂直位移X地下水开采区集中开采井位置规律性：由沉降中心向周边方向(fngxing)逐渐减小三、地面沉降(d min chn jin)的形成机理及规律第26页/共92页第二十七页，共93页。ABABOO垂直(chuzh)位移量三、地面沉降的形成(xngchng)机理及规律第27页/共92页第二十八页，共93页。图4 上海闵行区华漕地面沉降(d min chn jin)与地下水位变化发展趋势垂直位移量随着(su zhe)地下水位的降低而逐渐增大 三、地面沉降的形成机理(j l)及规律第28页/共92页第二十九页，共93页。图

11、5 苏锡常地区(dq)地面沉降面积不断扩大1985年1991年2000年三、地面沉降(d min chn jin)的形成机理及规律第29页/共92页第三十页，共93页。u 水平(shupng)位移的变化图6 在亚利桑那州皮卡乔附近，因抽地下水的沉降引发(yn f)地裂缝。图7 河北沧州(cn zhu)因开采地下水而产生的地裂缝三、地面沉降的形成机理及规律第30页/共92页第三十一页，共93页。图8 水平位移量的空间(kngjin)变化X集中开采井位置地下水开采区水平位移规律性：最大位移在沉降中心(zhngxn)的两侧，沉降中心(zhngxn)及最外围较小三、地面沉降的形成(xngchng)机理

12、及规律第31页/共92页第三十二页，共93页。图9 地面(dmin)破坏的表现形式剪切破坏拉张破坏三、地面沉降的形成机理(j l)及规律第32页/共92页第三十三页，共93页。u 抽水对地面沉降抽水对地面沉降(d min chn (d min chn jin)jin)的影响的影响（1）抽水量(shu lin)的影响规律性：抽水量(shu lin)越大，沉降量、沉降速率和沉降范围越大。图10 抽水量对地面沉降的影响QqQ2Q1Q1Q2三、地面沉降的形成机理及规律第33页/共92页第三十四页，共93页。u 抽水对地面沉降抽水对地面沉降(d min chn (d min chn jin)jin)的影

13、响的影响（2）抽水方式(fngsh)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 三、地面沉降(d min chn jin)的形成机理及规律第34页/共92页第三十五页，共93页。卸荷加荷e图11 土体反复受压缩过程三、地面沉降三、地面沉降(d min chn jin)(d min chn jin)的形成机理的形成机理及规律及规律第35页/共92页第三十六页，共93页。（3）开采(kici)布局的影响Q1QQ2Q3Q=Q1+Q2+Q3图12 不同的开采布局对地面沉降(d min chn jin)的影响u 抽水(chu shu)对

14、地面沉降的影响三、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第36页/共92页第三十七页，共93页。u 地层对地面沉降(d min chn jin)的影响（1）地层(dcng)岩性的影响图13 不同(b tn)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。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第37页/共92页第三十八页，共93页。u 地层地层(dcng)(dcng)对地面沉降的影响对地面沉降的影响（2）地层(dcng)厚度的影响图14 不同(b tn)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

15、大三、地面沉降的形成机理及规律第38页/共92页第三十九页，共93页。u 地层对地面沉降地层对地面沉降(d min chn (d min chn jin)jin)的影响的影响（3）地层组合(zh)的影响图15 不同(b tn)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。三、地面沉降的形成机理及规律第39页/共92页第四十页，共93页。Q图16 在某些情况下地下水开采漏斗区与地面沉降(d min chn jin)中心并不一致三、地面沉降三、地面沉降(d min chn jin)(d min chn jin)的形成的形成机理及规律机理及规律第40页/共92

16、页第四十一页，共93页。四、地面沉降的主要(zhyo)特点第41页/共92页第四十二页，共93页。区域(qy)易发性 国内：17个省（区市）95个城市(chngsh)多 见面 广国外：200多个城市(chngsh)或地区三角洲平原：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：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：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：西安、太原、大同、榆次、临汾、昆明福州等城市 。世界上最早发现地面沉降：1

17、898年在日本新泻；有50多个地区的地面沉降量达到了10m（墨西哥、日本、美国等）中国最早发现地面沉降：1921年上海；总沉降面积达5万多km2；最大沉降量3.14m（天津塘沽区） 第42页/共92页第四十三页，共93页。时间(shjin)累进性长江三角洲典型城市地面沉降(d min chn jin)发展历时曲线第43页/共92页第四十四页，共93页。过程(guchng)渐变性锡西地区(dq)石塘湾镇历年地面沉降图第44页/共92页第四十五页，共93页。成因成因(chngyn)(chngyn)复杂复杂性性第45页/共92页第四十六页，共93页。后果后果(hugu)(hugu)不可逆不可逆性性第

18、46页/共92页第四十七页，共93页。五、地面沉降(d min chn jin)的调查与评价第47页/共92页第四十八页，共93页。五、地面沉降的调查(dio ch)与评价u 平原区地质平原区地质(dzh)(dzh)环境条件环境条件第48页/共92页第四十九页，共93页。u 人类工程经济活动的方式人类工程经济活动的方式(fngsh)(fngsh)、强度、强度五、地面沉降(d min chn jin)的调查与评价第49页/共92页第五十页，共93页。u 地面沉降现状与发生地面沉降现状与发生(fshng)(fshng)发展历史发展历史五、地面沉降(d min chn jin)的调查与评价第50页/

19、共92页第五十一页，共93页。第51页/共92页第五十二页，共93页。江苏省浙江省总面积30340km2 ，海拔高度35m, 环太湖(ti h)地带12m，沿江68m 第52页/共92页第五十三页，共93页。 地质(dzh)环境条件调查第53页/共92页第五十四页，共93页。 技术(jsh)路线第54页/共92页第五十五页，共93页。第55页/共92页第五十六页，共93页。第56页/共92页第五十七页，共93页。 地面沉降现状与发生地面沉降现状与发生(fshng)(fshng)发展历史调查、分发展历史调查、分析析 第57页/共92页第五十八页，共93页。上海市一九九六二一年累积(lij)地面沉

20、降图第58页/共92页第五十九页，共93页。第59页/共92页第六十页，共93页。 累积沉降(chnjing)量200-600mm的沉降(chnjing)面积约4650 km2； 0.6-1.0m的沉降(chnjing)面积约1350km2； 1.01.4m的沉降(chnjing)面积约300 km2； 1.41.8m的沉降(chnjing)面积约30 km2； 大于1.8m的沉降(chnjing)面积约6.5 km2。第60页/共92页第六十一页，共93页。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面沉降的重要影响因素（上海市区90年代占30%）。代表性高层建筑与所在地区对比(du

21、b)典型区对比(dub) 第61页/共92页第六十二页，共93页。第62页/共92页第六十三页，共93页。六、地面沉降的监测六、地面沉降的监测(jin c)(jin c)与预测与预测（1）基岩(j yn)标、分层标组；（2）地下水动态监测网； （3）水准监测网。第63页/共92页第六十四页，共93页。第64页/共92页第六十五页，共93页。第65页/共92页第六十六页，共93页。第66页/共92页第六十七页，共93页。（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）L4L3L20L1L5L

22、10L6L12L16L2（1）L19L17L15L24L25L22L21L27L28L23L30L29L7L115.317.030.98.110.04.210.94.78.410.34.97.695.2814.26.915.36.016.411.53.215.9（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 浦 江浦东浦西上海市区一等水准网示意图第67页/共92页第六十八页，共93页。u 地面沉降(d min chn jin)自动监测系统建设（1） 自动化监测(ji

23、n c)系统组成六、地面沉降(d min chn jin)的监测与预测第68页/共92页第六十九页，共93页。（2） JS型静力水准(shuzhn)自动化监测系统 六、地面沉降(d min chn jin)的监测与预测第69页/共92页第七十页，共93页。（3）数据(shj)自动采集及处理六、地面沉降的监测(jin c)与预测第70页/共92页第七十一页，共93页。7 7、地面沉降、地面沉降(d min chn jin)(d min chn jin)的监测的监测第71页/共92页第七十二页，共93页。第72页/共92页第七十三页，共93页。 对抽水引起的地面沉降进行预测，因影响(yngxing

24、)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。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。 统计模型 传统(chuntng)的理论模型 数值方法六、地面沉降的监测(jin c)与预测第73页/共92页第七十四页，共93页。u 统计(tngj)模型六、地面沉降(d min chn jin)的监测与预测第74页/共92页第七十五页，共93页。如果建立SQ或Sh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。这种方法的优点(yudin)是简单明了，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。但该方法有很

25、大的弱点，从理论上讲，不能对机理有更深刻的了解。六、地面沉降的监测(jin c)与预测第75页/共92页第七十六页，共93页。u 传统的理论(lln)模型 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(chu shu)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。（1）砂砾质土的变形量计算（2）粘性土层的变形量计算（3）地表某一地点(ddin)的累计计算量六、地面沉降的监测与预测第76页/共92页第七十七页，共93页。六、地面沉降(d min chn jin)的监测与预测第77页/共92页第七十八页，共93页。（2）粘性(zhn xn)土层

26、的变形量计算粘性(zhn xn)土的变形量可采用线性公式计算： S=a0/(1+0)P*B式中：S为粘性(zhn xn)土的变形量；a0为某一压应力区间(1-2)的压缩系数；0为粘性(zhn xn)土起始孔隙比；B为粘性(zhn xn)土层起始厚度；P为水头下降值。若按静水压力来考虑，上式可写成： S =mr/(1+0)*h*B六、地面沉降(d min chn jin)的监测与预测第78页/共92页第七十九页，共93页。 S总(t)=Si(t)=avi/(1+i0)*Bi0*wiw*g*hi式中：S总(t)为t时刻地面沉降累计(li j)量；avi为第i层压缩系数；i0为第i层起始时刻(t0)的孔隙比；Bi0为第i层起始时刻(t0)的厚度；wiw第i层水的密度；hi(t)为第i层t时刻的水头与起始水头的差值。六、地面沉降(d min chn jin)的监测与预测第79页/共92页第八十页，共93页。u 数值(shz)方法地下水渗流模型(