地質(zhì)災(zāi)害之地面變形（ppt51頁(yè)）

1、第六講 變形 地質(zhì)災(zāi)害地面1. 概述2. 類型3. 分布規(guī)律4. 地面沉降一、概述地面變形地質(zhì)災(zāi)害的定義廣義：指因內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用和人類活動(dòng)而使地面形態(tài)發(fā)生變形破壞，造成經(jīng)濟(jì)損失和（或）人員傷亡的現(xiàn)象和過(guò)程。 如，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的山地臺(tái)升和盆地下沉；抽取地下水、開采地下礦產(chǎn)等人類活動(dòng)造成的地裂縫、地面沉降和塌陷等。狹義：指地面沉降、地裂縫和地面塌陷等以地面垂直變形破壞或地面標(biāo)高改變?yōu)橹鞯牡刭|(zhì)災(zāi)害。二、地面變形地質(zhì)災(zāi)害的類型按地面變形的形式分類 地面沉降逐步的 地面塌陷突然的 地裂縫 滲透變形 特殊巖土脹縮變形黃土濕陷性，膨脹土等。地 面 沉 降主要內(nèi)容一、概述二、我國(guó)地面沉降的現(xiàn)狀三、地面沉降

2、的危害四、地面沉降的成因機(jī)制五、地面沉降的時(shí)空特征六、地面沉降的主要特點(diǎn)七、地面沉降的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)八、地面沉降的防治一、概述1、定義地面沉降：發(fā)生在較大面積的地表高程降低、地面舒緩變形的現(xiàn)象和持續(xù)過(guò)程。2、成因類型（1）自然因素構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)地震火山活動(dòng)地面加載（2）人為因素開采地下水、油氣資源地面加載形成的地面沉降范圍大、速率小形成的地面沉降范圍小、速率和幅度較大歸屬于地殼形變或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的范疇，作為自然動(dòng)力現(xiàn)象加以研究歸屬于地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象進(jìn)行研究和防治構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的地面沉降急劇變形：因基底斷塊快速下降造成地表高程降低，地面急劇變形，如地震。構(gòu)造蠕變：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以一種緩慢連續(xù)的方式進(jìn)行，表現(xiàn)為基底斷塊

3、持續(xù)的緩慢沉降或巖層的拗陷。變形速率小、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)天津市 基底下降形成的沉降值約為1.7mm/a 地面加載引起的地面沉降自然原因：冰川期大陸冰蓋形成厚度達(dá)2000m巨大靜壓力挪威/芬蘭發(fā)生地面沉降最大值達(dá)2.5m冰川消融回彈人為原因：如修建水庫(kù)、建造房屋等上海市 30%地面沉降來(lái)自高層建筑和大型工程的影響浦東陸家嘴 2004年 地面沉降量達(dá)3cm 上海沉降最嚴(yán)重的地區(qū)二、我國(guó)地面沉降現(xiàn)狀 到2003年地面沉降面積已達(dá)到93,855km2，形成長(zhǎng)三角、華北平原、和汾渭盆地等地面沉降災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)。華北平原地面沉降等值線圖三、地面沉降的危害1.地面標(biāo)高損失，地表積水，放泄洪能力下降曼谷洪水泛濫的原因

4、“除了氣候，就是地面沉降鬧的，海水回灌進(jìn)曼谷了，前幾天，邢臺(tái)強(qiáng)調(diào)自己地勢(shì)低，污染物也容易聚集 2.標(biāo)高降低，海平面升高，雙重因素，海水倒灌，桑田變滄海了。3.地下管線扭曲斷裂，天然氣泄漏，自來(lái)水管泄漏。次生災(zāi)害很多。4.橋梁凈空減小，影響通航5.農(nóng)村積水，農(nóng)作物減產(chǎn)。6.高程資料失效。7.房屋下沉，花錢買一樓，過(guò)幾年變成地下室了。8.樁基礎(chǔ)負(fù)摩擦，降低樁承載力-以后基礎(chǔ)工程詳細(xì)講不均勻沉降危害更大，造成房屋傾斜、開裂、倒塌。建筑物受損地面不均勻沉降錯(cuò)斷供水管道四、地面沉降的成因機(jī)制1、飽水多孔介質(zhì)的失水壓密原理 （1）抽水條件、地面加載條件下壓密2、不同類型巖土失水壓密特點(diǎn) （1）砂礫質(zhì)含水層

5、失水壓密特點(diǎn) （2）粘性土的失水壓密特點(diǎn)3、地面沉降的產(chǎn)生條件土力學(xué)p90-板書一下地面原水位下降后水位2、不同類型巖土失水壓密特點(diǎn)（1）砂礫質(zhì)含水層失水壓密特點(diǎn)（做含水率實(shí)驗(yàn)時(shí)講過(guò)，沙子孔隙度小，但孔隙大，親水礦物含量低，持水性差，要求取樣粘性土510g，砂性土2030g ） 砂礫質(zhì)含水層一旦被抽汲，釋水快，壓力傳遞快，壓密作用顯現(xiàn)得快，地面可在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)沉降，即滯后時(shí)間短，延遲效應(yīng)不明顯； 由于砂礫質(zhì)含水層本身的孔隙度較小，可供壓密的空間小，所以，地面總沉降量較??；-天然砂層一般都比較密實(shí) 砂礫質(zhì)含水層顆粒間為硬連接，失水和充水能夠以可逆方式進(jìn)行，形成的地面沉降具有彈性變形的特點(diǎn)，抽水

6、時(shí)，地面下沉，水位恢復(fù)時(shí)，又可回彈。-基坑回彈，所以基坑開挖后要盡快施工，否則，一是風(fēng)吹日曬水泡，而是回彈使得建筑物沉降大，土的性質(zhì)，大家學(xué)過(guò)壓縮系數(shù)，回彈指數(shù)，見土力學(xué)。（2）粘性土的失水壓密特點(diǎn) 粘性土孔隙雖小，但孔隙度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)砂礫質(zhì)土，粘性土一旦失水壓密，可壓縮空間大，能夠產(chǎn)生較大的地面下沉量；-尤其是軟土，如上海。 由于粘性土中的水主要是結(jié)合水，水壓傳遞和應(yīng)力消散慢，失壓后需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才可建立新的壓力平衡，所以抽水對(duì)它的影響來(lái)得慢，即滯后時(shí)間長(zhǎng)，延遲效應(yīng)也十分明顯，這就是為什么在許多粗細(xì)顆粒相迭置的地下水分布區(qū)抽水時(shí)地面沉降不明顯，水位恢復(fù)后，地面沉降仍會(huì)持續(xù)發(fā)展的原因； 粘性

7、土失水壓密過(guò)程失去的水主要是結(jié)合水，骨架的壓密是塑性變形，兩者都是不可逆過(guò)程，所以，所造成的地面沉降大部分是永久性的。 -回彈很小。4、地面沉降的產(chǎn)生條件(1) 厚層松散細(xì)粒土層的存在(2) 長(zhǎng)期過(guò)量開采地下流體(3) 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響(4) 城市建設(shè)對(duì)地面沉降的影響五、地面沉降的時(shí)空特征 綜合影響的結(jié)果導(dǎo)致地面沉降時(shí)空分布呈現(xiàn)復(fù)雜的局面，后面詳細(xì)講。 1、地面沉降的變形形式垂直位移水平位移（1）垂直位移 地面沉降以地層的垂直位移變形為主，并隨各地點(diǎn)有效應(yīng)力增量大小的不同而不同。 初始地形面 垂直位移量的空間變化圖規(guī)律性：由沉降中心向周邊方向逐漸減小ABO垂直位移量由于垂直應(yīng)變不均勻，在沉降區(qū)

8、中心，兩側(cè)土體會(huì)向中心擠壓，產(chǎn)生剪切破裂面，地面出現(xiàn)地裂縫。 上海閔行區(qū)華漕地面沉降與地下水位變化發(fā)展趨勢(shì)垂直位移量隨著地下水位的降低而逐漸增大 （2）水平位移 地面沉降垂直變形的過(guò)程中，土體也會(huì)形成側(cè)向拉力，產(chǎn)生水平位移。與垂直位移相比，水平位移形成的變形量要小得多 2、地面沉降的影響因素及其對(duì)地面形變的作用（1）地層組合對(duì)地面沉降的影響作用地層巖性地層厚度巖性組合 （2）抽水對(duì)地面沉降的影響距抽水井遠(yuǎn)近的影響抽水量的影響 抽水方式（1）地層組合對(duì)地面沉降的影響作用 1）地層巖性的影響不同的地層巖性對(duì)地面沉降的影響規(guī)律性：砂礫層的壓縮量小。2）地層厚度的影響 不同的地層巖性對(duì)地面沉降的影響規(guī)

9、律性：粘性土的累積厚度越大，壓縮總量越大3）地層組合的影響規(guī)律性：在同等開采條件下，粘性土層數(shù)越多，沉降速率越大。不同的地層組合對(duì)地面沉降的影響 在某些情況下地下水開采漏斗區(qū)與地面沉降中心并不一致，還和巖性有關(guān)（2）抽水對(duì)地面沉降的影響作用 1）距抽水井遠(yuǎn)近的影響規(guī)律性：地層巖性組合相似時(shí)，地面沉降中心往往與地下水開采中心在位置上吻合一致。 距離抽水井遠(yuǎn)近對(duì)地面沉降的影響Q1（2）抽水對(duì)地面沉降的影響作用 2）抽水量的影響規(guī)律性：抽水量越大，沉降量、沉降速率和沉降范圍越大。 抽水量對(duì)地面沉降的影響Q2Q1Q1Q23）抽水方式的影響連續(xù)抽水，抽水量恒定，補(bǔ)給充沛連續(xù)抽水，抽水量恒定，補(bǔ)給不足 間

10、斷抽水，抽水量恒定 間斷抽水，抽水量不定 e土體反復(fù)受壓縮過(guò)程 4）開采布局的影響不同的開采布局對(duì)地面沉降的影響規(guī)律性：同樣的開采量，集中布井方式產(chǎn)生的地面沉降量和危害比分散布井方式大。六、地面沉降的主要特點(diǎn)區(qū)域易發(fā)性三大區(qū)，回憶時(shí)間累進(jìn)性-上海1921年過(guò)程漸變性-累計(jì)才能顯出，但稍一留心，還是會(huì)發(fā)現(xiàn)許多細(xì)節(jié)：穿過(guò)城區(qū)的京滬鐵路，由于地面沉降，鐵軌下面需要年年墊石，市區(qū)里，新修的街道路面要比舊馬路高出一截，以mm為單位統(tǒng)計(jì)，大家感受不強(qiáng)烈，生活中，別人的孩子長(zhǎng)得快。有人用溫水煮青蛙比喻，都是文科人的杜撰，許多媒體都是迷信傳播的幫兇，博眼球，而且有利可圖，無(wú)知者無(wú)畏，而且，中國(guó)人清談多，實(shí)驗(yàn)少

11、，饅頭哪層先熟，討論了十萬(wàn)字。沒一個(gè)做實(shí)驗(yàn)的。所以，大家還應(yīng)該做好實(shí)驗(yàn)，比如，比重試驗(yàn)，15g土占的體積才6g左右，測(cè)水的質(zhì)量時(shí)，稍微不注意，1g誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大，大家計(jì)算的從2.2-2.9的都有，3.0以上的都讓大家重做了，所以要特別仔細(xì)，另外，我自己也試驗(yàn)了一下，多加點(diǎn)土，50g，這樣的話1g誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響就小多了，當(dāng)然，主要是大家不細(xì)心，大家知道1g水是多少嗎？滴管50滴，比重瓶那個(gè)圓柱形小嘴剛好1g。成因復(fù)雜性巖層，地下水，加載難以逆轉(zhuǎn)性-地面標(biāo)高，經(jīng)濟(jì)損失無(wú)力回天（地）七、地面沉降的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)區(qū)域地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù) 精密水準(zhǔn)測(cè)量 GPS 測(cè)量 InSAR 技術(shù)2. 地面沉降分

12、層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)3. 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)4. 地面沉降量預(yù)測(cè)區(qū)域地面沉降監(jiān)測(cè)技術(shù) 精密水準(zhǔn)測(cè)量目前較為普遍和常用的方法特點(diǎn)：精度高，成果可靠，操作方便，儀器便宜 效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、難以自動(dòng)化 GPS 測(cè)量 近10多年來(lái)，美國(guó)等國(guó)家開始將GPS技術(shù)用于區(qū)域地面沉降監(jiān)測(cè)，并取得初步成效。 我國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)不多，這就是為什么經(jīng)緯儀退出歷史舞臺(tái) 測(cè)距儀退出歷史舞臺(tái)了 水準(zhǔn)儀還在大范圍使用的原因，就是因?yàn)橐话愕娜緝x和GPS都不能滿足監(jiān)測(cè)環(huán)境下的高程要求。 特點(diǎn)：設(shè)備昂貴，精度低，難以進(jìn)行大規(guī)模布網(wǎng) InSAR 技術(shù) 利用不同時(shí)間測(cè)量的地面圖像相重疊而形成微分干涉圖像，圖像中一個(gè)相干顏色條紋循環(huán)代表一定數(shù)量的地面

13、變形量，并通過(guò)對(duì)比地面變形實(shí)測(cè)值來(lái)確定，最終處理成地面變形等值線圖。特點(diǎn)： 具有大面積、快速的優(yōu)勢(shì)，是水準(zhǔn)測(cè)量和GPS測(cè) 量的有效補(bǔ)充。2、地面沉降分層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)基巖標(biāo)和分層標(biāo)監(jiān)測(cè)室進(jìn)行地面沉降監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)手段?；鶐r標(biāo)：埋設(shè)在地下完整基巖上的特殊觀測(cè)點(diǎn)，可作為地面沉降測(cè)量的高程控制點(diǎn)。分層標(biāo)：根據(jù)土層的性質(zhì)，埋設(shè)在地下不同深度土層和含砂層中的特殊觀測(cè)點(diǎn)，是有效測(cè)量松散土層變形量的設(shè)施。3、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)（1） 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成4、地面沉降量預(yù)測(cè) 對(duì)抽水引起的地面沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，因影響因素復(fù)雜，預(yù)測(cè)難度較大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)此作了大量的研究工作。我國(guó)地面沉降問題較嚴(yán)重的幾個(gè)城市也先后進(jìn)行了系統(tǒng)的

14、沉降量觀測(cè)、模型試驗(yàn)、沉降量計(jì)算和預(yù)測(cè)工作。 統(tǒng)計(jì)模型 傳統(tǒng)的理論模型 數(shù)值方法這種方法適用于已長(zhǎng)期地面沉降及地下水位詳細(xì)觀測(cè)資料的地區(qū)。由于大量開采地下水（油、氣）引起地下水位（油、氣壓）持續(xù)下降，進(jìn)而引起介質(zhì)失水壓密是地面沉降的根本原因。所以可利用地下水開采量或地下水水位與地面沉降量的資料，建立兩者之間的回歸方程。例如：根據(jù)天津市資料，可得 S =28.13 +0.0067Q式中：S為地面累計(jì)沉降量；Q為累計(jì)開采量。又如，根據(jù)上海市資料，得： S = B0 + B1h +B2D +B3H式中：B0、B1、B2、B3為回歸系數(shù)；h為水位變幅；D為水位作用天數(shù)；H為該水作用期間平均水位。 統(tǒng)計(jì)

15、模型統(tǒng)計(jì)模型優(yōu)缺點(diǎn)如果建立SQ或Sh的回歸方程，即可根據(jù)未來(lái)的開采計(jì)劃推算地面沉降量的值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了，適用范圍廣。只要把主要的影響因素考慮進(jìn)去，可以不考慮復(fù)雜的物理過(guò)程。但該方法有很大的弱點(diǎn)，從理論上講，不能對(duì)機(jī)理有更深刻的了解。-比如，很多統(tǒng)計(jì)報(bào)告，都是事后諸葛亮，先有靶子，再射箭，比如，中央2臺(tái)的股票新聞“由于xx，某股票大漲”如果你知道這個(gè)規(guī)律，你怎么不買股票？還有，很多彩民，個(gè)個(gè)都是數(shù)學(xué)家，費(fèi)勁心思找規(guī)律，本來(lái)就是隨機(jī)事件，非要找出規(guī)律來(lái)，結(jié)果只能是機(jī)關(guān)算盡太聰明。傳統(tǒng)的理論模型 這類模型主要是根據(jù)土力學(xué)固結(jié)理論的基本原理，對(duì)在某一特定抽水條件下，各巖性層對(duì)應(yīng)的有效應(yīng)力增量，分別計(jì)算器壓縮變形量，然后累加，計(jì)算地面沉降量。八、地面沉降的防治合理規(guī)劃水資源開發(fā)利用布局-根據(jù)影響因素可以采取相關(guān)措施，自己看。這是在開采利用地下水之前進(jìn)行的一項(xiàng)工作，包括：取水地點(diǎn)盡可能安排在砂礫石層厚、粘性土夾層少的地段；在粘性土層多且相變復(fù)雜的地區(qū)，盡量以地表水作為供水水源，減少或不開采地下水；減少開采量，且盡量采用恒定