工程地質(zhì)(地面沉降部分)

1、7.4 地面沉降 地面沉降地面沉降系指在自然因素和人為因素系指在自然因素和人為因素影響下形成的影響下形成的地表垂直下沉地表垂直下沉現(xiàn)象。現(xiàn)象。 由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、人口的劇增由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、人口的劇增 以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，大量抽取地下水引大量抽取地下水引起了強(qiáng)烈的地面沉降起了強(qiáng)烈的地面沉降，特別是在大型沉積，特別是在大型沉積盆地和沿海平原地區(qū)，地面沉降災(zāi)害更加盆地和沿海平原地區(qū)，地面沉降災(zāi)害更加嚴(yán)重。嚴(yán)重。石油、天然氣的開(kāi)采也可造成大規(guī)石油、天然氣的開(kāi)采也可造成大規(guī)模的地面沉降災(zāi)害模的地面沉降災(zāi)害。 國(guó)國(guó) 名名 地地 點(diǎn)點(diǎn)沉降面沉降面積積（km2）最大沉降速率最大沉

2、降速率（cm/a）最大沉降最大沉降量量（m）發(fā)生沉降的發(fā)生沉降的主要時(shí)間主要時(shí)間備備 注注州或省市州或省市具體地點(diǎn)具體地點(diǎn) 日日 本本東京東京江東及城北工業(yè)區(qū)江東及城北工業(yè)區(qū)29019.54.2318921968開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)地地下下水水大阪大阪16.32.819251968九州九州 佐佐 賀賀 縣縣白石平原白石平原882019541965尼崎尼崎3.1 美美 國(guó)國(guó)加州加州圣克拉拉流域圣克拉拉流域600213.9019151967圣華金流域圣華金流域900046.08.5519351968洛斯貝諾斯洛斯貝諾斯開(kāi)脫爾曼市開(kāi)脫爾曼市2330404.88 1955邱拉里華茲科邱拉里華茲科303.96192

3、61954長(zhǎng)灘市威明頓油田長(zhǎng)灘市威明頓油田3271919261968開(kāi)采石開(kāi)采石油油內(nèi)華達(dá)州內(nèi)華達(dá)州拉斯維加斯拉斯維加斯500119351963抽抽取取地地下下水水亞利桑那州亞利桑那州鳳凰城鳳凰城310319521970得克薩斯州得克薩斯州休斯頓休斯頓加爾維斯頓加爾維斯頓100001219431969路易斯安那州路易斯安那州巴吞魯日巴吞魯日5000.319341965墨西墨西哥哥墨西哥城墨西哥城7560427.518901957意大意大利利波河三角洲波河三角洲800300.2519531960開(kāi)采石開(kāi)采石油油 中中 國(guó)國(guó)上海上海天津天津臺(tái)灣臺(tái)灣市區(qū)及郊區(qū)市區(qū)及郊區(qū)臺(tái)北盆地臺(tái)北盆地730010.

4、121.622.6671.761.701921198719591983 1963抽抽取取地地下下水水 1. 1. 地面沉降基本發(fā)育分布情況地面沉降基本發(fā)育分布情況 全國(guó)有滬、津、蘇、浙、陜等16個(gè)?。▍^(qū)、市）的46個(gè)市縣（地段）出現(xiàn)了地面沉降問(wèn)題，總沉降面積達(dá)4.87萬(wàn)km2。 我國(guó)地面沉降主要分布在一下幾類(lèi)地區(qū)： a. 長(zhǎng)江下游三角洲平原區(qū)，如上海、蘇錫常地長(zhǎng)江下游三角洲平原區(qū)，如上海、蘇錫常地區(qū)；區(qū)； b. 河北平原，如滄州等地；河北平原，如滄州等地； c. 環(huán)渤海地區(qū)，如天津等地；環(huán)渤海地區(qū)，如天津等地； d. 東南沿海平原，如寧波、嘉興、湛江；東南沿海平原，如寧波、嘉興、湛江； e.

5、河谷平原和山間盆地，如西安，太原。河谷平原和山間盆地，如西安，太原。 沉降區(qū)域面積和沉降中心最大累計(jì)沉沉降區(qū)域面積和沉降中心最大累計(jì)沉降，降，天津、上海、蘇錫常、滄州、西安、天津、上海、蘇錫常、滄州、西安、阜陽(yáng)、太原等阜陽(yáng)、太原等市較為嚴(yán)重市較為嚴(yán)重 ( (最大累計(jì)沉降最大累計(jì)沉降都在都在1 1米以上米以上) )。 其中其中天津在沉降面積、最大累計(jì)沉降天津在沉降面積、最大累計(jì)沉降和年沉降速率幾方面都最為嚴(yán)重和年沉降速率幾方面都最為嚴(yán)重。(1) 上海市 1921年發(fā)現(xiàn)地面沉降，到1991年，市區(qū)平均累計(jì)沉降1.83 m，最大累計(jì)沉降2.67m，影響范圍400km2 。 1965年之前為地面沉降劇

6、烈發(fā)展期。采取限制開(kāi)采及回灌措施之后，19661987年，累計(jì)沉降36.7mm。(2) 蘇錫常地區(qū)始于60年代后期；7080年代早期僅在蘇錫常三中心城市出現(xiàn)沉降，沉降速率為3238mm/a；80年代中期至1994年，沉降加速，特別是城市外圍地區(qū)發(fā)展較快，形成區(qū)域性地面沉降，沉降速率達(dá)3090mm/a；1995年以后沉降速率減少到2030mm/a；目前，三市沉降中心沉降量都超過(guò)1m。 蘇錫常地區(qū)地面沉降一覽表蘇錫常地區(qū)地面沉降一覽表時(shí)間時(shí)間蘇蘇 州州無(wú)無(wú) 錫錫常常 州州累計(jì)累計(jì)沉降量沉降量(mm)(mm)沉降沉降速率速率(mm/a)(mm/a)累計(jì)累計(jì)沉降量沉降量(mm)(mm)沉降沉降速率速率

7、(mm/a)(mm/a)累計(jì)累計(jì)沉降量沉降量(mm)(mm)沉降沉降速率速率(mm/a)(mm/a)19601960年前年前19701970年年19801980年年19851985年年19901990年年19951995年年末發(fā)現(xiàn)末發(fā)現(xiàn)410410730730890890134513451450145032323232999991912121末發(fā)現(xiàn)末發(fā)現(xiàn)350350602602665665103510351140114038382323171774742121末發(fā)現(xiàn)末發(fā)現(xiàn)2602604004009489481100110028281091093030(3) (3) 天津市天津市 1959195

8、9至今，最大累計(jì)沉降為至今，最大累計(jì)沉降為2.5m2.5m多；累計(jì)沉降量超多；累計(jì)沉降量超過(guò)過(guò)100mm100mm者面積達(dá)者面積達(dá)800km800km2 2 。 19801980年至年至19901990年，天津市年，天津市區(qū)沉降量大于區(qū)沉降量大于1.0m1.0m面積面積237km237km2 2 ，大于，大于2.0m2.0m面積面積37 km37 km2 2。出現(xiàn)負(fù)標(biāo)高的面積有出現(xiàn)負(fù)標(biāo)高的面積有5km5km2 2。 自自19801980年采取控沉措施以來(lái)，市區(qū)沉降速率有明顯降低，年采取控沉措施以來(lái)，市區(qū)沉降速率有明顯降低，目前已控制在目前已控制在20mm/a20mm/a以下。以下。 但是郊區(qū)，

9、特別是塘沽、但是郊區(qū)，特別是塘沽、 漢沽漢沽的沉降現(xiàn)象仍在發(fā)展，其沉降量已比市區(qū)大，致使市區(qū)地下的沉降現(xiàn)象仍在發(fā)展，其沉降量已比市區(qū)大，致使市區(qū)地下水向郊區(qū)流動(dòng)。水向郊區(qū)流動(dòng)。 在漢沽的在漢沽的20km20km2 2面積內(nèi)地面標(biāo)高接近平均海平面，致使面積內(nèi)地面標(biāo)高接近平均海平面，致使沿海地帶歷遭風(fēng)暴潮侵襲，碼頭上水，倉(cāng)庫(kù)被淹，河堤防洪沿海地帶歷遭風(fēng)暴潮侵襲，碼頭上水，倉(cāng)庫(kù)被淹，河堤防洪能力降低，市區(qū)地下管道系統(tǒng)遭受破壞等危害。能力降低，市區(qū)地下管道系統(tǒng)遭受破壞等危害。 (4) 北京市主要發(fā)生在東北郊，70年代至90年代最大累計(jì)沉降0.59 m，沉降超過(guò)100 mm總面積超過(guò)600 km2 。(

10、5) 西安市1959年發(fā)現(xiàn)地面沉降，70年代開(kāi)始加劇。1972年1983年，最大累計(jì)沉降777 mm，沉降超過(guò)100mm范圍200 km2。(6) 臺(tái)灣西南沿海地面沉降最大達(dá)3.1 m(1986年)日本東京：5080年代累計(jì)沉降3.1 m，其中1986年一年中最大沉降239 mm。墨西哥城：最大地面沉降7 m。曼谷：下沉25 mm/a，最大100 mm/a。曼谷城平均高于海平面僅曼谷城平均高于海平面僅1 11.5 m1.5 m。美國(guó)一油田：到1974年下沉9 m，數(shù)百口油井被毀。2.地面沉降的原因 首先首先從地質(zhì)、水文地質(zhì)條件來(lái)看，疏松的多層含水從地質(zhì)、水文地質(zhì)條件來(lái)看，疏松的多層含水體系；其

11、中承壓含水層的水量豐富，適于長(zhǎng)期開(kāi)采；開(kāi)體系；其中承壓含水層的水量豐富，適于長(zhǎng)期開(kāi)采；開(kāi)采層的影響范圍內(nèi)，特別是它的頂、底板，有厚層的正采層的影響范圍內(nèi)，特別是它的頂、底板，有厚層的正常固結(jié)甚或欠固結(jié)的可壓縮性粘性土層等，對(duì)于地面沉常固結(jié)甚或欠固結(jié)的可壓縮性粘性土層等，對(duì)于地面沉降的產(chǎn)生是特別有利。降的產(chǎn)生是特別有利。（濱海平原、三角洲平原具（濱海平原、三角洲平原具有這樣的條件。）有這樣的條件。） 長(zhǎng)期過(guò)量開(kāi)采地下水長(zhǎng)期過(guò)量開(kāi)采地下水 ( (承壓水承壓水) )是地面沉降是地面沉降的主要原因的主要原因 。 部分其他成因，如部分其他成因，如地殼運(yùn)動(dòng)地殼運(yùn)動(dòng)( (西安西安) )，石油開(kāi)，石油開(kāi)采等采

12、等，但同時(shí)都伴有的地下水的過(guò)量開(kāi)采。，但同時(shí)都伴有的地下水的過(guò)量開(kāi)采。 其次，其次， 人類(lèi)活動(dòng)因素：人類(lèi)活動(dòng)因素：是誘發(fā)高速率地面沉降的重要因素。危害性大。 （1）持續(xù)超量抽取地下水； （2）開(kāi)采石油； （3）開(kāi)采水溶性氣體； （4）大面積農(nóng)田灌溉； （5）高荷載建筑群； （6）地面振動(dòng)荷載等。 城市建筑物也可能引起地面沉降，城市建筑物也可能引起地面沉降，若有若有流沙性質(zhì)的飽水沙層或具有流變特性的飽和淤流沙性質(zhì)的飽水沙層或具有流變特性的飽和淤泥質(zhì)軟土，在開(kāi)挖深度和面積較大的基坑時(shí)，泥質(zhì)軟土，在開(kāi)挖深度和面積較大的基坑時(shí)，則有可能造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而導(dǎo)致基坑周則有可能造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而導(dǎo)致

13、基坑周?chē)貐^(qū)地面沉降。圍地區(qū)地面沉降。而規(guī)模較大的隧道、涵洞的而規(guī)模較大的隧道、涵洞的開(kāi)挖有時(shí)具有更顯著的沉降效應(yīng)。開(kāi)挖有時(shí)具有更顯著的沉降效應(yīng)。降排水常作降排水常作為基坑等開(kāi)挖工程的配套工程措施，旨在預(yù)先為基坑等開(kāi)挖工程的配套工程措施，旨在預(yù)先疏干作業(yè)面滲水，其機(jī)理與抽取地下水引發(fā)的疏干作業(yè)面滲水，其機(jī)理與抽取地下水引發(fā)的地面沉降一致。地面沉降一致。沉降主要集中于淺部工程活動(dòng)沉降主要集中于淺部工程活動(dòng)相對(duì)頻繁和集中的地層中。相對(duì)頻繁和集中的地層中。承壓含水層組，由含水層(砂礫石層)和隔水層(粘土層)組成。砂礫石層，孔隙率n=2540；粘土層，孔隙率n=3550砂礫石含水層水頭的降低，導(dǎo)致臨近

14、飽和粘性土隔水層向含水層排水，隔水層被壓縮。原本漫長(zhǎng)的自然固結(jié)過(guò)程被人為地大大加快原本漫長(zhǎng)的自然固結(jié)過(guò)程被人為地大大加快了了。3. 地面沉降災(zāi)害 (1) 沿海地區(qū)沉降使地面低于海面，受海水侵襲；沿海地區(qū)沉降使地面低于海面，受海水侵襲； (2) 一些港口城市，由于碼頭、堤岸的沉降而喪失一些港口城市，由于碼頭、堤岸的沉降而喪失或降低了港灣設(shè)施的能力或降低了港灣設(shè)施的能力; (3) 橋墩下沉，橋梁凈空減小，影響水上交通。橋墩下沉，橋梁凈空減小，影響水上交通。 (4) 在一些地面沉降強(qiáng)烈的地區(qū)，伴隨地面垂直沉在一些地面沉降強(qiáng)烈的地區(qū)，伴隨地面垂直沉陷而發(fā)生的較大水平位移，往往會(huì)對(duì)許多地面和地陷而發(fā)生的

15、較大水平位移，往往會(huì)對(duì)許多地面和地下構(gòu)筑物造成巨大危害下構(gòu)筑物造成巨大危害; (5) 在地面沉降區(qū)還有一些較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，如深在地面沉降區(qū)還有一些較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，如深井管上升、井臺(tái)破壞，高樓脫空，橋墩的不均勻下井管上升、井臺(tái)破壞，高樓脫空，橋墩的不均勻下沉等，這些現(xiàn)象雖然不致于造成大的危害，但也會(huì)沉等，這些現(xiàn)象雖然不致于造成大的危害，但也會(huì)給市政建設(shè)的各方面帶來(lái)一定影響。給市政建設(shè)的各方面帶來(lái)一定影響。天天津津市市地地面面沉沉降降上海外灘百年巨變，外灘防汛墻不斷加高的過(guò)程從側(cè)面反映了市區(qū)地面沉降的演化歷史！ 主要技術(shù)：主要技術(shù)：建立健全地面沉降檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，加建立健全地面沉降檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)和地面沉降監(jiān)測(cè)工作；開(kāi)辟新的強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)和地面沉降監(jiān)測(cè)工作；開(kāi)辟新的替代水源、推廣節(jié)水技術(shù)；合理規(guī)劃地下水開(kāi)替代水源、推廣節(jié)水技術(shù)；合理規(guī)劃地下水開(kāi)采布局，控制地下水開(kāi)采量；對(duì)地下水開(kāi)采層采布局，控制地下水開(kāi)采量；對(duì)地下水開(kāi)采層位進(jìn)行人工回灌；實(shí)行地下水開(kāi)采總量控制、位進(jìn)行人工回灌；實(shí)行地下水開(kāi)采總量控制、計(jì)劃開(kāi)采和目標(biāo)管理。計(jì)劃開(kāi)采和目標(biāo)管理。 除上述措施外，除上述措施外，還應(yīng)查清地下水地質(zhì)構(gòu)造，還應(yīng)查清地下水地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)高層建筑物的地基進(jìn)行防沉降處理。對(duì)高層建筑物的