地质灾害之地面变形（ppt51）

第六讲变形地质灾害地面1.概述2.类型3.分布规律4.地面沉降一、概述地面变形地质质灾害的定义义广义：指因内、外动动力地质作用用和人类活动动而使地面形形态发生变形形破坏，造成成经济损失和和（或）人员员伤亡的现象象和过程。如，构造运动动引起的山地台升和盆盆地下沉；抽取地下水水、开采地下下矿产等人类类活动造成的的地裂缝、地面面沉降和塌陷陷等。狭义：指地面沉降、地地裂缝和地面面塌陷等以地面垂直直变形破坏或或地面标高改改变为主的地地质灾害。二、地面变形形地质灾害的的类型按地面变形的的形式分类地面沉降—逐步的地面塌陷—突然的地裂缝渗透变形特殊岩土胀缩缩变形—黄土湿陷性，，膨胀土等。。地面沉降降主要内容一、概述二、我国地面沉降降的现状三、地面沉降的危危害四、地面沉降的成成因机制五、地面沉降的时时空特征六、地面沉降的主主要特点七、地面沉降的监监测与预测八、地面沉降的防防治一、概述1、定义地面沉降：发发生在较大面积的地表高高程降低、地地面舒缓变形的现象和和持续过程。。2、成因类型（1）自然因素构造升降运动动地震火山活动地面加载（2）人为因素开采地下水、油气资源地面加载形成的地面沉沉降范围大、、速率小形成的地面沉沉降范围小、、速率和幅度度较大归属于地壳形形变或构造运运动的范畴，，作为自然动动力现象加以以研究归属于地质灾灾害现象进行行研究和防治治构造运动引起起的地面沉降降急剧变形：因基底断块块快速下降造造成地表高程程降低，地面面急剧变形，，如地震。构造蠕变：构造运动以以一种缓慢连连续的方式进进行，表现为为基底断块持持续的缓慢沉沉降或岩层的的拗陷。变形速率小、、持续时间长长天津市基底下降形成成的沉降值约约为1.7mm/a地面加载引起起的地面沉降降自然原因：冰川期大陆冰冰盖形成厚度达2000m巨大静压力挪威/芬兰发生地面面沉降最大值达2.5m冰川消融回弹人为原因：如如修建水库、、建造房屋等等上海市30%地面沉降来自自高层建筑和和大型工程的的影响浦东陆家嘴2004年地面沉降降量达3cm上海沉降最严严重的地区二、我国地面面沉降现状到2003年地面沉降面面积已达到93,855km2，形成长三角、华北北平原、和汾渭盆地等地面沉降灾灾害严重区。。华北平原地面面沉降等值线线图三、地面沉降降的危害1.地面标高损失失，地表积水水，放泄洪能能力下降曼谷洪水泛滥的原原因“除了了气候，就是是地面沉降闹闹的，海水回回灌进曼谷了了，前几天，，邢台强调自己地势势低，污染物物也容易聚集集2.标高降低，海海平面升高，，双重因素，，海水倒灌，，桑田变沧海海了。3.地下管线扭曲曲断裂，天然然气泄漏，自自来水管泄漏漏。次生灾害害很多。4.桥梁净空减小小，影响通航航5.农村积水，农农作物减产。。6.高程资料失效效。7.房屋下沉，花花钱买一楼，，过几年变成成地下室了。。8.桩基础负摩擦擦，降低桩承承载力-以后《基础工程》详细讲不均匀沉降危危害更大，造造成房屋倾斜斜、开裂、倒倒塌。建筑物受损地面不均匀沉沉降错断供水水管道四、地面沉降降的成因机制制1、饱水多孔介质质的失水压密密原理（1）抽水条件、地面加载条件件下压密2、不同类型岩土土失水压密特特点（1）砂砾质含水层失水压压密特点（2）粘性土的失水压密特特点3、地面沉降的产产生条件土力学p90-板书一下地面原水位下降后水位2、不同类型岩岩土失水压密密特点（1）砂砾质含水水层失水压密密特点（做含水率实实验时讲过，，沙子孔隙度度小，但孔隙隙大，亲水矿矿物含量低，，持水性差，，要求取样粘性土5～10g，砂性土20～30g）①砂砾质含水层层一旦被抽汲汲，释水快，压力传递快快，压密作用用显现得快，，地面可在较较短时间内出出现沉降，即即滞后时间短，延迟效应不不明显；②由于于砂砾砾质含含水层层本身身的孔隙度度较小小，可供供压密密的空空间小小，所所以，，地面总总沉降降量较较小；--天然砂砂层一一般都都比较较密实实③砂砾砾质含含水层层颗粒粒间为为硬连连接，，失水水和充充水能能够以以可逆方方式进进行，形成成的地地面沉沉降具具有弹性变变形的的特点点，抽水水时，，地面面下沉沉，水水位恢恢复时时，又又可回弹弹。-基坑回回弹，，所以以基坑坑开挖挖后要要尽快快施工工，否否则，，一是是风吹吹日晒晒水泡泡，而而是回回弹使使得建建筑物物沉降降大，，土的的性质质，大大家学学过压压缩系系数，，回弹弹指数数，见见土力力学。。（2）粘性性土的的失水水压密密特点点①粘性土土孔隙隙虽小小，但但孔隙度度大，远远远超过过砂砾砾质土土，粘粘性土土一旦旦失水水压密密，可压缩缩空间间大，能够够产生生较大大的地地面下下沉量量；--尤其是是软土土，如如上海海。②由于于粘性性土中中的水水主要要是结结合水水，水水压传传递和和应力力消散散慢，，失压压后需需要相相当长长的时时间才才可建建立新新的压压力平平衡，，所以以抽水水对它它的影影响来来得慢慢，即即滞后时时间长长，延迟效效应也也十分分明显显，这就就是为为什么么在许许多粗粗细颗颗粒相相迭置置的地地下水水分布布区抽抽水时时地面面沉降降不明明显，，水位位恢复复后，，地面面沉降降仍会会持续续发展展的原原因；；③粘性性土失失水压压密过过程失失去的的水主主要是是结合合水，，骨架架的压压密是是塑性性变形形，两两者都都是不可逆逆过程程，所以以，所所造成成的地面沉沉降大大部分分是永永久性性的。。---回弹很很小。4、地面面沉降降的产产生条条件(1)厚层松松散细细粒土土层的的存在在(2)长期过过量开开采地地下流流体(3)新构造造运动动的影影响(4)城市建建设对对地面面沉降降的影影响五、地地面沉沉降的的时空空特征征综合影影响的的结果果导致致地面面沉降降时空空分布布呈现现复杂杂的局局面，，后面面详细细讲。。1、地面面沉降降的变变形形形式垂直位位移水平位位移（1）垂直直位移移地面沉沉降以以地层层的垂垂直位位移变变形为为主，，并随随各地地点有有效应应力增增量大大小的的不同同而不不同。。初始地地形面面垂直位位移量量的空空间变变化图图规律性性：由由沉降降中心心向周周边方方向逐逐渐减减小ABO垂直位位移量量由于垂垂直应应变不不均匀匀，在在沉降降区中中心，，两侧侧土体体会向向中心心挤压压，产产生剪剪切破破裂面面，地地面出出现地地裂缝缝。上海闵闵行区区华漕漕地面面沉降降与地地下水水位变变化发发展趋趋势垂直位位移量量随着着地下下水位位的降降低而而逐渐渐增大大（2）水平平位移移地面沉沉降垂垂直变变形的的过程程中，，土体体也会会形成成侧向向拉力力，产产生水水平位位移。。与垂垂直位位移相相比，，水平平位移移形成成的变变形量量要小得多2、地面面沉降降的影影响因因素及及其对对地面面形变变的作作用（1）地层层组组合合对对地地面面沉沉降降的的影影响响作作用用地层层岩岩性性地层层厚厚度度岩性性组组合合（2）抽水水对对地地面面沉沉降降的的影影响响距抽抽水水井井远远近近的的影影响响抽水水量量的的影影响响抽水水方方式式（1）地地层层组组合合对对地地面面沉沉降降的的影影响响作作用用1）地地层层岩岩性性的的影影响响不同同的的地地层层岩岩性性对对地地面面沉沉降降的的影影响响规律律性性：：砂砂砾砾层层的的压压缩缩量量小小。。2）地地层层厚厚度度的的影影响响不同同的的地地层层岩岩性性对对地地面面沉沉降降的的影影响响规律律性性：：粘粘性性土土的的累累积积厚厚度度越越大大，，压压缩缩总总量量越越大大3）地地层层组组合合的的影影响响规律律性性：：在在同同等等开开采采条条件件下下，，粘粘性性土土层层数数越越多多，，沉沉降降速速率率越越大大。。不同同的的地地层层组组合合对对地地面面沉沉降降的的影影响响在某某些些情情况况下下地地下下水水开开采采漏漏斗斗区区与与地地面面沉沉降降中中心心并并不不一一致致，，还和和岩岩性性有有关关（2）抽抽水水对对地地面面沉沉降降的的影影响响作作用用1）距距抽抽水水井井远远近近的的影影响响规律律性性：：地地层层岩岩性性组组合合相相似似时时，，地地面面沉沉降降中中心心往往往往与与地地下下水水开开采采中中心心在在位位置置上上吻吻合合一一致致。。

距离抽水井远近对地面沉降的影响Q1（2）抽抽水水对对地地面面沉沉降降的的影影响响作作用用2）抽抽水水量量的的影影响响规律律性性：：抽抽水水量量越越大大，，沉沉降降量量、、沉沉降降速速率率和和沉沉降降范范围围越越大大。。

抽水量对地面沉降的影响Q2Q1Q1<Q23）抽抽水水方方式式的的影影响响连续抽水，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

eб土体反复受压缩过程4）开开采采布布局局的的影影响响不同同的的开开采采布布局局对对地地面面沉沉降降的的影影响响规律律性性：：同同样样的的开开采采量量，，集集中中布布井井方方式式产产生生的的地地面面沉沉降降量量和和危危害害比比分分散散布布井井方方式式大大。。六、、地地面面沉沉降降的的主主要要特特点点区域域易易发发性性—三大大区区，，回回忆忆时间间累累进进性性-上海海1921年过程程渐渐变变性性-累计计才才能能显显出出，，但稍稍一一留留心心，，还还是是会会发发现现许许多多细细节节：：穿穿过过城城区区的的京京沪沪铁铁路路，，由由于于地地面面沉沉降降，，铁铁轨轨下下面面需需要要年年年年垫垫石石，，市市区区里里，，新新修修的的街街道道路路面面要要比比旧旧马马路路高高出出一一截截，，以mm为单位统统计，大大家感受受不强烈烈，生活活中，别别人的孩孩子长得得快。有有人用温温水煮青青蛙比喻喻，都是是文科人人的杜撰撰，许多多媒体都都是迷信信传播的的帮凶，，博眼球球，而且且有利可可图，无无知者无无畏，而而且，中中国人清清谈多，，实验少少，馒头头哪层先先熟，讨讨论了十十万字。。没一个个做实验验的。所所以，大大家还应应该做好好实验，，比如，，比重试试验，15g土占的体体积才6g左右，测测水的质质量时，，稍微不不注意，，1g误差对实实验结果果影响很很大，大大家计算算的从2.2-2.9的都有，，3.0以上的都都让大家家重做了了，所以以要特别别仔细，，另外，，我自己己也试验验了一下下，多加加点土，，50g，这样的的话1g误差对实实验结果果影响就就小多了了，当然然，主要要是大家家不细心心，大家家知道1g水是多少少吗？滴滴管50滴，比重重瓶那个个圆柱形形小嘴刚刚好1g。成因复杂杂性—岩层，地地下水，，加载难以逆转转性-地面标高高，经济损失失无力回天天（地））七、地面面沉降的的监测与与预测区域地面面沉降监监测技术术精密水准准测量GPS测量InSAR技术2.地面沉降降分层动动态监测测3.自动化监监测技术术4.地面沉降降量预测测区域地面面沉降监监测技术术精密水准准测量目前较为为普遍和和常用的的方法特点：精度高高，成果果可靠，，操作方方便，仪仪器便宜宜效率低、、劳动强强度大、、难以自自动化GPS测量近10多年来，，美国等等国家开开始将GPS技术用于于区域地地面沉降降监测，，并取得得初步成成效。我国的成成功经验验不多，，这就是为为什么经纬仪退出历史史舞台测距仪退出历史史舞台了了水准仪还在大范范围使用用的原因因，就是是因为一一般的全站仪和GPS都不能满满足监测测环境下下的高程要求。特点：设备昂贵贵，精度度低，难难以进行行大规模模布网InSAR技术利用不同同时间测测量的地地面图像像相重叠叠而形成成微分干干涉图像像，图像像中一个个相干颜颜色条纹纹循环代代表一定定数量的的地面变变形量，，并通过过对比地地面变形形实测值值来确定定，最终终处理成成地面变变形等值值线图。。特点：具有大面面积、快快速的优优势，是是水准测测量和GPS测量的有效效补充。。2、地面沉沉降分层层动态监监测基岩标和和分层标标监测室室进行地地面沉降降监测的的重要技技术手段段。基岩标：：埋设在地地下完整整基岩上上的特殊殊观测点点，可作作为地面面沉降测测量的高高程控制制点。分层标：根据土土层的性性质，埋埋设在地地下不同同深度土土层和含含砂层中中的特殊殊观测点点，是有有效测量量松散土土层变形形量的设设施。3、自动化化监测技技术（1）自动动化监测测系统组组成4、地面沉沉降量预预测对抽水引引起的地地面沉降降进行预预测，因因影响因因素复杂杂，预测测难度较较大。近近年来，，国内外外对此作作了大量量的研究究工作。。我国地地面沉降降问题较较严重的的几个城城市也先先后进行行了系统统的沉降降量观测测、模型型试验、、沉降量量计算和和预测工工作。统计模型型传统的理理论模型型数值方法法这种方法法适用于于已长期地地面沉降降及地下下水位详详细观测测资料的的地区。由于大大量开采采地下水水（油、、气）引引起地下下水位（（油、气气压）持持续下降降，进而而引起介介质失水水压密是是地面沉沉降的根根本原因因。所以以可利用用地下水水开采量量或地下下水水位位与地面面沉降量量的资料料，建立立两者之之间的回归方程程。例如：根根据天津津市资料料，可得得S=28.13+0.0067Q式中：S为地面累累计沉降降量；Q为累计开开采量。。又如，根根据上海海市资料料，得：：S=B0+B1h+B2D+B3H式中：B0、B1、B2、B3为回归系系数；h为水位变变幅；D为水位作作用天数数；H为该水作作用期间间平均水水位。统计模型型统计模型型优缺点点如果建立立S~Q或S~h的回归方方程，即可根根据未来来的开采采计划推推算地面面沉降量量的值。。这种方法法的优点是简单明明了，适适用范围围广。只只要把主主要的影影响因素素考虑进进去，可可以不考考虑复杂杂的物理理过程。。但该方方法有很很大的弱点，从理论论上讲，，不能对对机理有更深刻刻的了解解。-比如，很很多统计计报告，，都是事事后诸葛葛亮，先先有靶子子，再射射箭，比比如，中中央2台的股票票新闻““由于xx，某股票票大涨””如果你你知道这这个规律律，你怎怎么不买买股票？？还有，，很多彩彩民，个个个都