第九章 地面沉降的工程地质研究

1、第九章 地面沉降问题(wnt)的工程地质分析共三十五页提 要基本概念及研究意义地面沉降的形成机制地面沉降的产生条件地面沉降的研究、预测(yc)及防治共三十五页一. 基本概念及研究(ynji)意义地面沉降地面沉降是指地壳表面在内力地质作用、外力地质作用与人类(rnli)活动的作用下，造成地壳表面某一局部范围内或大面积的区域性的沉降活动，其垂直位移一般大于水平位移。共三十五页地面沉降的地质原因 1.地表松散地层(dcng)或半松散地层(dcng)等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层(dcng)厚度的变小而发生沉降。 2.因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。 3.地

2、震导致地面沉降。 共三十五页地面沉降的人为原因 近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。在我国，由于各大中城市(chngsh)都处于巨大的人口压力之下，地下水的过度开采更为严重，导致大部分城市(chngsh)出现地面沉降，在沿海地区还造成了海水入侵。 地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿元人民币以上。共三十五页国 名 地 点沉降面积（km2）最大沉降速率（cm/a）最大沉降量（m）发生沉降的主要时间备 注州或省市具体地点 日 本东京江东及城北工业区29019.54.2318921968开发地下

3、水大阪16.32.819251968九州 佐 贺 县白石平原882019541965尼崎3.1 美 国加州圣克拉拉流域600213.9019151967圣华金流域900046.08.5519351968洛斯贝诺斯开脱尔曼市2330404.88 1955邱拉里华兹科303.9619261954长滩市威明顿油田3271919261968开采石油内华达州拉斯维加斯500119351963抽取地下水亚利桑那州凤凰城310319521970得克萨斯州休斯顿加尔维斯顿100001219431969路易斯安那州巴吞鲁日5000.319341965墨西哥墨西哥城7560427.518901957共三十五页意大

4、利波河三角洲800300.2519531960开采石油 中 国上海天津台湾市区及郊区台北盆地730010.121.622.6671.761.701921198719591983 1963抽取地下水共三十五页主要危害 (1)沿海地区沉降使地面(dmin)低于海面，受海水侵袭； (2)一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力; (3)桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通. (4)在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉陷而发生的较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害; (5)在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高摆脱空，桥墩的不均匀下沉

5、等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。共三十五页比 萨 斜 塔1173年：动工1360年：再复工，至1370年竣工， 全塔共8层，高度为55m1272年：复工，经6年，至7层， 高48m，再停工1178年：至4层中，高约29m， 因倾斜停工1360年：再复工，至1370年竣工， 全塔共8层，高度为55m1272年：复工，经6年，至7层， 高48m，再停工1178年：至4层中，高约29m， 因倾斜停工共三十五页地面沉降使桥墩(qiodn)错位共三十五页苏州虎丘(h qi)塔概况：位于虎丘公园山顶，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。砖砌七层，高47.5m，底层

6、直径13.7m。呈八角形，问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物。原因(yunyn)：位于倾斜基岩上，复盖层一边深3.8m，另一边为5.8m。不均匀粉质粘土层产生不均匀沉降。处理：在四周建造圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身。共三十五页共三十五页天津市地面沉降(d min chn jin)共三十五页共三十五页西安市地面沉降(d min chn jin)共三十五页共三十五页 上个世纪90年代以来，长江三角洲地区的地面沉降在区域上有连成一片的趋势。苏州市自1949年以来累计地面沉降600毫米的面积已达180平方公

7、里，常州43平方公里，无锡59.5平方公里。 地面沉降最严重的是上海。40年来，上海市因地面沉降的直接经济损失达2900亿元，其中(qzhng)潮损1755亿元，涝损848亿元，安全高程损失189亿元。共三十五页共三十五页 北京供水三分之二来自地下水。近年来，由于地下水的超量开采，北京平原(pngyun)地面沉降呈快速增加趋势。共三十五页共三十五页共三十五页共三十五页9.3 承压水位下降引起地面沉降的形成机制1 承压水位降低所引起的应力转变及土层的压密 位于未固结或半固结疏松沉积层地区内的大城市，因为潜水易于污染往往开发深层的承压水作为工业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中，抽汲地下水所引

8、起的承压水位的降低，必然(brn)要使含水层本身和其上、下相对含水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有效应力原理可知，土中由覆盖层荷载引起的总应力是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。共三十五页共三十五页图1共三十五页图2 由承压水头降低引起的土层固结的模拟(mn)试验结果共三十五页 土层内现有的剩余孔隙(kngx)水压力的大小，是衡量该土层在现存的应力条件下可能最终产生的固结、压密的强烈程度的重要标志，通常可以通过实测加以查明。 以上通过一种较简单的三层结构、单层抽水模式的机制。其它多层结构(甚至多层抽水)类型的沉降机制仍然是相同的，所以就不再一一地进行讨论了。共三十五页2. 土层的性质及其变

9、化与地面沉降的关系(1). 土层的固结状态与地面沉降的关系 在土的固结、压密过程中起作用的只是(zhsh)有效应力，也就是说，土的固结、压密程度主要取决于曾经作用于土体上的有效应力的大小。 通常将曾经作用于土层中的最大有效应力称为该土层的预固结应力(或先期固结应力)，它相当于压缩曲线上开始的近水理欠固结土层的压平段终点处的压力值，故可通过实验加以测定。在相同的条件下，超固结( ji)土层的压密量将小于正常固结( ji)土层，同密量则将大于正常固结( ji)土层。共三十五页共三十五页 (2). 砂层与粘土层压密在地面沉降中的相对重要性 在较低的有效应力(yngl)增长条件下，粘土层的压密在地面沉

10、降中起主要作用，而在水位回升过程中，砂层的膨胀回弹则有决定意义。共三十五页地面沉降(d min chn jin)量测系统：基岩标、分层标和地面标。共三十五页2. 地面沉降的防治（1）对已经产生地面沉降的地区a压缩地下水开采量，减少水位降深幅度 b向含水层进行人工灌溉上海采取控制地下水开采和地下水人工回灌两大措施，使上海地面沉降从历史最高的年沉降量110毫米，下降(xijing)至目前的年沉降量10毫米左右。c调整开采地下水层次d在沿海低平原地带修筑或加高挡潮堤、防洪堤e改造低洼地形f改建给排水系统和输水管线g修改城市建设计划共三十五页（2）对可能发生地面沉降的地区a估算( sun)沉降量b确定合理开采方案c采取适当建筑措施共三十五页本章(bn zhn)结束共三十五页内容摘要第九章 地面沉降问题的工程地质分析。地面沉降是指地壳表面在内力地质作用、外力地质作用与人类活动的作用下，造成地壳表面某一局部范围内或大面积的区域性的沉降活动，其垂直位移一般大于水平(shupng)位移。(2)一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力。(3)桥墩下沉，桥梁净空减小