地质灾害之地面沉降版共

第六六讲讲变形形地质质灾灾害害地面面1.概述述2.类型型3.分布布规规律律4.地面面沉沉降降一、、概概述述地面面变变形形地地质质灾灾害害的的定定义义广义义：：指因因内内、、外外动动力力地地质质作作用用和和人人类类活活动动而而使使地地面面形形态态发发生生变变形形破破坏坏，，造造成成经经济济损损失失和和（（或或））人人员员伤伤亡亡的的现现象象和和过过程程。。如，，构构造造运运动动引引起起的的山地地台台升升和和盆盆地地下下沉沉；抽抽取取地地下下水水、、开开采采地地下下矿矿产产等等人人类类活活动动造造成成的的地裂裂缝缝、、地地面面沉沉降降和和塌塌陷陷等。。狭义义：：指地面面沉沉降降、、地地裂裂缝缝和和地地面面塌塌陷陷等以以地地面面垂垂直直变变形形破破坏坏或或地地面面标标高高改改变变为为主主的的地地质质灾灾害害。。地面面沉沉降降-塌陷陷马路路塌塌陷陷，，还还有有的的人人被被热热水水活活活活烫烫死死山西西构造造地地裂裂缝缝-平原原，，不不是是滑滑坡坡的的张张裂裂隙隙。。二、、地地面面变变形形地地质质灾灾害害的的类类型型按地地面面变变形形的的形形式式分分类类地面面沉沉降降—逐步步的的地面面塌塌陷陷—突然然的的地裂裂缝缝渗透透变变形形特殊殊岩岩土土胀胀缩缩变变形形—黄土土湿湿陷陷性性，，膨膨胀胀土土等等。。地面面沉沉降降主要要内内容容一、、概概述述二、、我国国地地面面沉沉降降的的现现状状三、、地面面沉沉降降的的危危害害四、、地面面沉沉降降的的成成因因机机制制五、、地面面沉沉降降的的时时空空特特征征六、、地面面沉沉降降的的主主要要特特点点七、、地面面沉沉降降的的监监测测与与预预测测八、、地面面沉沉降降的的防防治治一、、概概述述1、定定义义地面面沉沉降降：：发发生生在在较大大面积积的的地地表表高高程程降降低低、、地地面面舒缓缓变形形的的现现象象和和持持续续过过程程。。2、成成因因类类型型（1）自自然然因因素素构造造升升降降运运动动地震震火山山活活动动地面面加加载载（2）人人为为因因素素开采采地地下下水水、油气气资资源源地面面加加载载形成成的的地地面面沉沉降降范范围围大大、、速速率率小小形成成的的地地面面沉沉降降范范围围小小、、速速率率和和幅幅度度较较大大归属属于于地地壳壳形形变变或或构构造造运运动动的的范范畴畴，，作作为为自自然然动动力力现现象象加加以以研研究究归属属于于地地质质灾灾害害现现象象进进行行研研究究和和防防治治构造造运运动动引引起起的的地地面面沉沉降降急剧剧变变形形：因因基基底底断断块块快快速速下下降降造造成成地地表表高高程程降降低低，，地地面面急急剧剧变变形形，，如如地地震震。。构造造蠕蠕变变：构构造造运运动动以以一一种种缓缓慢慢连连续续的的方方式式进进行行，，表表现现为为基基底底断断块块持持续续的的缓缓慢慢沉沉降降或或岩岩层层的的拗拗陷陷。。变形形速速率率小小、、持持续续时时间间长长天津津市市基底底下下降降形形成成的的沉沉降降值值约约为为1.7mm/a地面面加加载载引引起起的的地地面面沉沉降降自然然原原因因：：冰川川期期大大陆陆冰冰盖盖形形成成厚度度达达2000m巨大大静静压压力力挪威威/芬兰兰发发生生地地面面沉沉降降最大大值值达达2.5m冰川川消消融融回弹弹人为为原原因因：：如如修修建建水水库库、、建建造造房房屋屋等等上海海市市30%地面面沉沉降降来来自自高高层层建建筑筑和和大大型型工工程程的的影影响响浦东东陆家家嘴嘴2004年地地面面沉沉降降量量达达3cm上海海沉沉降降最最严严重重的的地地区区二、、我我国国地地面面沉沉降降现现状状到2003年地地面面沉沉降降面面积积已已达达到到93,855km2，形形成成长三三角角、、华华北北平平原原、、和和汾渭渭盆地地等地地面面沉沉降降灾灾害害严严重重区区。。泾渭渭分分明明渭水水是是黄黄河河最最大大的的支支流流，，泾泾水水又又是是渭渭河河的的支支流流，，现现在在已已经经分分不不清清楚楚那那条条河河流流的的清清与与浊浊了了，，同同流流合合污污了了。。长江江浊浊黄黄，，汉汉江江碧碧绿绿华北北平平原原地地面面沉沉降降等等值值线线图图三、、地地面面沉沉降降的的危危害害1.地面面标标高高损损失失，，地地表表积积水水，，放放泄泄洪洪能能力力下下降降曼谷谷洪水水泛泛滥滥的的原原因因““除除了了气气候候，，就就是是地地面面沉沉降降闹闹的的，，海海水水回回灌灌进进曼曼谷谷了了，，前前几几天天，，邢台强调自自己地地势低低，污污染物物也容容易聚聚集2.标高降降低，，海平平面升升高，，双重重因素素，海海水倒倒灌，，桑田田变沧沧海了了。3.地下管管线扭扭曲断断裂，，天然然气泄泄漏，，自来来水管管泄漏漏。次次生灾灾害很很多。。4.桥梁净净空减减小，，影响响通航航5.农村积积水，，农作作物减减产。。6.高程资资料失失效。。7.房屋下下沉，，花钱钱买一一楼，，过几几年变变成地地下室室了。。8.桩基础础负摩摩擦，，降低低桩承承载力力-以后《基础工工程》详细讲讲不均匀匀沉降降危害害更大大，造造成房房屋倾倾斜、、开裂裂、倒倒塌。。建筑物物受损损地面不不均匀匀沉降降错断断供水水管道道四、地地面沉沉降的的成因因机制制1、饱水多多孔介介质的的失水水压密密原理理（1）抽水条条件、地面加加载条条件下下压密2、不同类类型岩岩土失失水压压密特特点（1）砂砾质质含水层层失水水压密密特点点（2）粘性土土的失水水压密密特点点3、地面沉沉降的的产生生条件件土力学学p90-板书一一下地面原水位位下降后后水位位2、不同同类型型岩土土失水水压密密特点点（1）砂砾砾质含含水层层失水水压密密特点点（做含含水率率实验验时讲讲过，，沙子子孔隙隙度小小，但但孔隙隙大，，亲水水矿物物含量量低，，持水水性差差，要求取取样粘性土土5～10g，砂性性土20～30g）①砂砾质质含水水层一一旦被被抽汲汲，释水快快，压力力传递递快，，压密密作用用显现现得快快，地地面可可在较较短时时间内内出现现沉降降，即即滞后时时间短短，延迟迟效应应不明明显；；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）地层组组合对对地面面沉降降的影影响作作用地层岩岩性地层厚厚度岩性组组合（2）抽水对对地面面沉降降的影影响距抽水水井远远近的的影响响抽水量量的影影响抽水方方式（1）地层层组合合对地地面沉沉降的的影响响作用用1）地层层岩性性的影影响不同的的地层层岩性性对地地面沉沉降的的影响响规律性性：砂砂砾层层的压压缩量量小。。2）地层层厚度度的影影响不同的的地层层岩性性对地地面沉沉降的的影响响规律性性：粘粘性土土的累累积厚厚度越越大，，压缩缩总量量越大大3）地层层组合合的影影响规律性性：在在同等等开采采条件件下，，粘性性土层层数越越多，，沉降降速率率越大大。不同的地层层组合对地地面沉降的的影响在某些情况况下地下水水开采漏斗斗区与地面面沉降中心心并不一致致，还和岩性有有关（2）抽水对地地面沉降的的影响作用用1）距抽水井井远近的影影响规律性：地地层岩性组组合相似时时，地面沉沉降中心往往往与地下下水开采中中心在位置置上吻合一一致。

距离抽水井远近对地面沉降的影响Q1（2）抽水对地地面沉降的的影响作用用2）抽水量的的影响规律性：抽抽水量越大大，沉降量量、沉降速速率和沉降降范围越大大。

抽水量对地面沉降的影响Q2Q1Q1<Q23）抽水方式式的影响连续抽水，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

eб土体反复受压缩过程4）开采布局局的影响不同的开采采布局对地地面沉降的的影响规律性：同同样的开采采量，集中中布井方式式产生的地地面沉降量量和危害比比分散布井井方式大。。六、地面沉沉降的主要要特点区域易发性性—三大区，回回忆时间累进性性-上海1921年过程渐变性性-累计才能显显出，但稍一留心心，还是会会发现许多多细节：穿穿过城区的的京沪铁路路，由于地地面沉降，，铁轨下面面需要年年年垫石，市市区里，新新修的街道道路面要比比旧马路高高出一截，，以mm为单位统计计，大家感感受不强烈烈，生活中中，别人的的孩子长得得快。有人人用温水煮煮青蛙比喻喻，都是文文科人的杜杜撰，许多多媒体都是是迷信传播播的帮凶，，博眼球，，而且有利利可图，无无知者无畏畏，而且，，中国人清清谈多，实实验少，馒馒头哪层先先熟，讨论论了十万字字。没一个个做实验的的。所以，，大家还应应该做好实实验，比如如，比重试试验，15g土占的体积积才6g左右，测水水的质量时时，稍微不不注意，1g误差对实验验结果影响响很大，大大家计算的的从2.2-2.9的都有，3.0以上的都让让大家重做做了，所以以要特别仔仔细，另外外，我自己己也试验了了一下，多多加点土，，50g，这样的话话1g误差对实验验结果影响响就小多了了，当然，，主要是大大家不细心心，大家知知道1g水是多少吗吗？滴管50滴，比重瓶瓶那个圆柱柱形小嘴刚刚好1g。成因复杂性性—岩层，地下下水，加载载难以逆转性性-地面标高，，经济损失无力回天（（地）七、地面沉沉降的监测测与预测区域地面沉沉降监测技技术精密水准测测量GPS测量InSAR技术2.地面沉降分分层动态监监测3.自动化监测测技术4.地面沉降量量预测区域地面沉沉降监测技技术精密水准测测量目前较为普普遍和常用用的方法特点：精度高，，成果可靠靠，操作方方便，仪器器便宜效率低、劳劳动强度大大、难以自自动化GPS测量近10多年来，美美国等国家家开始将GPS技术用于区区域地面沉沉降监测，，并取得初初步成效。。我国的成功功经验不多多，这就是为什什么经纬仪退出历史舞舞台测距仪退出历史舞舞台了水准仪还在大范围围使用的原原因，就是是因为一般般的全站仪和GPS都不能满足足监测环境境下的高程要求。特点：设备昂贵，，精度低，，难以进行行大规模布布网InSAR技术利用不同时时间测量的的地面图像像相重叠而而形成微分分干涉图像像，图像中中一个相干干颜色条纹纹循环代表表一定数量量的地面变变形量，并并通过对比比地面变形形实测值来来确定，最最终处理成成地面变形形等值线图图。特点：具有大面积积、快速的的优势，是是水准测量量和GPS测量的有效补补充。2、地面沉降降分层动态态监测基岩标和分分层标监测测室进行地地面沉降监监测的重要要技术手段段。基岩标：埋设在地下下完整基岩岩上的特殊殊观测点，，可作为地地面沉降测测量的高程程控制点。。分层标：根据土层层的性质，，埋设在地地下不同深深度土层和和含砂层中中的特殊观观测点，是是有效测量量松散土层层变形量的的设施。3、自动化监监测技术（1）自动化化监测系统统组成4、地面沉降降量预测对抽水引起起的地面沉沉降进行预预测，因影影响因素复复杂，预测测难度较大大。近年来来，国内外外对此作了了大量的研研究工作。。我国地面面沉降问题题较严重的的几个城市市也先后进进行了系统统的沉降量量观测、模模型试验、、沉降量计计算和预测测工作。统计模型传统的理论论模型数值方法这种方法适适用于已长期地面面沉降及地地下水位详详细观测资资料的地区区。由于大量量开采地下下水（油、、气）引起起地下水位位（油、气气压）持续续下降，进进而引起介介质失水压压密是地面面沉降的根根本原因。。所以可利利用地下水水开采量或或地下水水水位与地面面沉降量的的资料，建建立两者之之间的回归方程。例如：根据据天津市资资料，可得得S=28.13+0.0067Q式中：S为地面累计计沉降量；；Q为累计开采采量。又如，根据据上海市资资料，得：：S=B0+B1h+B2D+B3H式中：B0、B1、B2、B3为回归系数数；h为水位变幅幅；D为水位作用用天数；H为该水作用用期间平均均水位。统计模型统计模型优优缺点如果建立S~Q或S~h的回归方程程，即可根据据未来的开开采计划推推算地面沉沉降量的值值。这种方法的的优点是简单明了了，适用范范围广。只只要把主要要的影响因因素考虑进进去，可以以不考虑复复杂的物理理过程。但但该方法有有很大的弱点，从理论上上讲，不能能对机理有更深刻的的了解。-比如，很多多统计报告告，都是事事后诸葛亮亮，先有靶靶子，再射射箭，比如如，中央2台的股票新新闻“由于于xx，某股票大大涨”如果果你知道这这个规律，，你怎么不不买股票？？还有，很很多彩民，，个个都是是数学家，，费劲心思思找规律，，本来就是是随机事件件，非要找找出规律来来，结果只只能是机关关算尽太聪聪明。传统的理论论模型这类模型主主要是根据据土力学固结结理论的基本原理理，对在某某一特定抽抽水条件下下，各岩性性层对应的的有效应力力增量，分分别计算器器压缩变形形量，然后后累加，计计算地面沉沉降量。八、地面沉沉降的防治治合理规划水水资源开发发利用布局局-根据影响因因素可以采采取相关措措施，自己己看。这是在开采采利用地下下水之前进进行的一项项工作，包包括：①取水地点尽可能安排排在砂砾石石层厚、粘粘性土夹层层少的地段段；②在粘性土土层多且相相变复杂的的地区，尽尽量以地表表水作为供供水水源，，减少或不开开采地下水水；③减少开采采量，且尽尽量采用恒定开采办法，不要要形成长期期增长的开开采局面。。④将集中开开采变为分散开采；⑤减少各地开采强度，使降落漏漏斗平且缓缓，减少沉沉降的不均均匀性和局局部沉降过过大，避免免出现明显显的挤压带带和拉张带带，以减少少水平位移移和垂直位位移集中的的现象。--------要求半天，，严禁私自自取地下水水，只要开开个口子，，就是无底底洞，比如如，某家不不安电表，，估计用电电的超n家，2010年，上海地地下水开采采量已压缩缩到1963年开采量的的十分之一一，才有效遏制制了地下水水引起的地地面沉降等量置换主要用于油油气田通过人工回回灌对抽汲汲的液体进进行等体积积替换，以以保证孔隙隙水（油））压力不造造成明显下下降。课堂作业学以致用以自己家乡乡（最好是是本县市，，若实在没没有，本省省也行）为为例，举例例说明地面面沉降的危危害，也可可以从网络络上了解。。字数大于于300字。下节课交作作业，尤其其是上次作作业没交的的同学，一一定要交，，否则没成成绩。上升的经经济和下下沉的地地面---平遥、沧沧州和上上海为例例我来个抛抛砖引玉玉吧，说说说我的的家乡古古城平遥遥，“我我家住在在黄土高高坡”，，父母母或许太太喜欢水水了，给给我取名名张洪泉泉。水就是钱钱，就是是命根子子，大家家或许都都看到过过非洲水水池旁动动物们的的生死战战吧，这这时候可可没有上上甘岭战战友间的的谦让，，“天上上下雨地地下流，，为水打打架来记记仇”，，解放放前甚至至油锅抓抓铜钱。。机井越打打越深，，小时候候在菜园园子和父父亲用辘辘轳浇水水的场景景只能留留在梦里里了，现现在都是是靠深层层水，每每天定点点放水。。千里迢迢迢来到保保定，看看到老乡乡院子里里都有压压水井，，还能种种个小菜菜园，很很是羡慕慕，（现现在也多多改为机机井了。。）沧州山西缺水水，华北北也缺水水。黄骅市，，是整个个沧州最最缺水的的地方，，卫星地地图上，，该地区区所有的的河道都都显示为为白色，，即为干干涸。过去，海海河与黄黄河的多多次泛滥滥，给沧沧州带来来大量的的泥沙沉沉淀，改改善了土土壤，反反而利于于耕作。。如今，，且不说说洪水，，就连地地下水也也越来越越少，地地里的土土层越来来越薄，，不利于于耕种。-----中央电视视台报道道的人工工造地，，坡上毁毁树造地地，反而而造成了了滑坡和和泥石流流