地質災害之地面沉降版共

第六六講講變形形地質質災災害害地面面1.概述述2.類型型3.分布布規(guī)規(guī)律律4.地面面沉沉降降一、、概概述述地面面變變形形地地質質災災害害的的定定義義廣義義：：指因因內內、、外外動動力力地地質質作作用用和和人人類類活活動動而而使使地地面面形形態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生變變形形破破壞壞，，造造成成經(jīng)經(jīng)濟濟損損失失和和（（或或））人人員員傷傷亡亡的的現(xiàn)現(xiàn)象象和和過過程程。。如，，構構造造運運動動引引起起的的山地地臺臺升升和和盆盆地地下下沉沉；抽抽取取地地下下水水、、開開采采地地下下礦礦產(chǎn)產(chǎn)等等人人類類活活動動造造成成的的地裂裂縫縫、、地地面面沉沉降降和和塌塌陷陷等。。狹義義：：指地面面沉沉降降、、地地裂裂縫縫和和地地面面塌塌陷陷等以以地地面面垂垂直直變變形形破破壞壞或或地地面面標標高高改改變變?yōu)闉橹髦鞯牡牡氐刭|質災災害害。。地面面沉沉降降-塌陷陷馬路路塌塌陷陷，，還還有有的的人人被被熱熱水水活活活活燙燙死死山西西構造造地地裂裂縫縫-平原原，，不不是是滑滑坡坡的的張張裂裂隙隙。。二、、地地面面變變形形地地質質災災害害的的類類型型按地地面面變變形形的的形形式式分分類類地面面沉沉降降—逐步步的的地面面塌塌陷陷—突然然的的地裂裂縫縫滲透透變變形形特殊殊巖巖土土脹脹縮縮變變形形—黃土土濕濕陷陷性性，，膨膨脹脹土土等等。。地面面沉沉降降主要要內內容容一、、概概述述二、、我國國地地面面沉沉降降的的現(xiàn)現(xiàn)狀狀三、、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機機制制五、、地面面沉沉降降的的時時空空特特征征六、、地面面沉沉降降的的主主要要特特點點七、、地面面沉沉降降的的監(jiān)監(jiān)測測與與預預測測八、、地面面沉沉降降的的防防治治一、、概概述述1、定定義義地面面沉沉降降：：發(fā)發(fā)生生在在較大大面積積的的地地表表高高程程降降低低、、地地面面舒緩緩變形形的的現(xiàn)現(xiàn)象象和和持持續(xù)續(xù)過過程程。。2、成成因因類類型型（1）自自然然因因素素構造造升升降降運運動動地震震火山山活活動動地面面加加載載（2）人人為為因因素素開采采地地下下水水、油氣氣資資源源地面面加加載載形成成的的地地面面沉沉降降范范圍圍大大、、速速率率小小形成成的的地地面面沉沉降降范范圍圍小小、、速速率率和和幅幅度度較較大大歸屬屬于于地地殼殼形形變變或或構構造造運運動動的的范范疇疇，，作作為為自自然然動動力力現(xiàn)現(xiàn)象象加加以以研研究究歸屬屬于于地地質質災災害害現(xiàn)現(xiàn)象象進進行行研研究究和和防防治治構造造運運動動引引起起的的地地面面沉沉降降急劇劇變變形形：因因基基底底斷斷塊塊快快速速下下降降造造成成地地表表高高程程降降低低，，地地面面急急劇劇變變形形，，如如地地震震。。構造造蠕蠕變變：構構造造運運動動以以一一種種緩緩慢慢連連續(xù)續(xù)的的方方式式進進行行，，表表現(xiàn)現(xiàn)為為基基底底斷斷塊塊持持續(xù)續(xù)的的緩緩慢慢沉沉降降或或巖巖層層的的拗拗陷陷。。變形形速速率率小小、、持持續(xù)續(xù)時時間間長長天津津市市基底底下下降降形形成成的的沉沉降降值值約約為為1.7mm/a地面面加加載載引引起起的的地地面面沉沉降降自然然原原因因：：冰川川期期大大陸陸冰冰蓋蓋形形成成厚度度達達2000m巨大大靜靜壓壓力力挪威威/芬蘭蘭發(fā)發(fā)生生地地面面沉沉降降最大大值值達達2.5m冰川川消消融融回彈彈人為為原原因因：：如如修修建建水水庫庫、、建建造造房房屋屋等等上海海市市30%地面面沉沉降降來來自自高高層層建建筑筑和和大大型型工工程程的的影影響響浦東東陸家家嘴嘴2004年地地面面沉沉降降量量達達3cm上海海沉沉降降最最嚴嚴重重的的地地區(qū)區(qū)二、、我我國國地地面面沉沉降降現(xiàn)現(xiàn)狀狀到2003年地地面面沉沉降降面面積積已已達達到到93,855km2，形形成成長三三角角、、華華北北平平原原、、和和汾渭渭盆地地等地地面面沉沉降降災災害害嚴嚴重重區(qū)區(qū)。。涇渭渭分分明明渭水水是是黃黃河河最最大大的的支支流流，，涇涇水水又又是是渭渭河河的的支支流流，，現(xiàn)現(xiàn)在在已已經(jīng)經(jīng)分分不不清清楚楚那那條條河河流流的的清清與與濁濁了了，，同同流流合合污污了了。。長江江濁濁黃黃，，漢漢江江碧碧綠綠華北北平平原原地地面面沉沉降降等等值值線線圖圖三、、地地面面沉沉降降的的危危害害1.地面面標標高高損損失失，，地地表表積積水水，，放放泄泄洪洪能能力力下下降降曼谷谷洪水水泛泛濫濫的的原原因因““除除了了氣氣候候，，就就是是地地面面沉沉降降鬧鬧的的，，海海水水回回灌灌進進曼曼谷谷了了，，前前幾幾天天，，邢臺強調自自己地地勢低低，污污染物物也容容易聚聚集2.標高降降低，，海平平面升升高，，雙重重因素素，海海水倒倒灌，，桑田田變滄滄海了了。3.地下管管線扭扭曲斷斷裂，，天然然氣泄泄漏，，自來來水管管泄漏漏。次次生災災害很很多。。4.橋梁凈凈空減減小，，影響響通航航5.農村積積水，，農作作物減減產(chǎn)。。6.高程資資料失失效。。7.房屋下下沉，，花錢錢買一一樓，，過幾幾年變變成地地下室室了。。8.樁基礎礎負摩摩擦，，降低低樁承承載力力-以后《基礎工工程》詳細講講不均勻勻沉降降危害害更大大，造造成房房屋傾傾斜、、開裂裂、倒倒塌。。建筑物物受損損地面不不均勻勻沉降降錯斷斷供水水管道道四、地地面沉沉降的的成因因機制制1、飽水多多孔介介質的的失水水壓密密原理理（1）抽水條條件、地面加加載條條件下下壓密2、不同類類型巖巖土失失水壓壓密特特點（1）砂礫質質含水層層失水水壓密密特點點（2）粘性土土的失水水壓密密特點點3、地面沉沉降的的產(chǎn)生生條件件土力學學p90-板書一一下地面原水位位下降后后水位位2、不同同類型型巖土土失水水壓密密特點點（1）砂礫礫質含含水層層失水水壓密密特點點（做含含水率率實驗驗時講講過，，沙子子孔隙隙度小小，但但孔隙隙大，，親水水礦物物含量量低，，持水水性差差，要求取取樣粘性土土5～10g，砂性性土20～30g）①砂礫質質含水水層一一旦被被抽汲汲，釋水快快，壓力力傳遞遞快，，壓密密作用用顯現(xiàn)現(xiàn)得快快，地地面可可在較較短時時間內內出現(xiàn)現(xiàn)沉降降，即即滯后時時間短短，延遲遲效應應不明明顯；；②由于于砂礫礫質含含水層層本身身的孔隙度度較小小，可供供壓密密的空空間小小，所所以，，地面總總沉降降量較較??；--天然砂砂層一一般都都比較較密實實③砂礫礫質含含水層層顆粒粒間為為硬連連接，，失水水和充充水能能夠以以可逆方方式進進行，形成成的地地面沉沉降具具有彈性變變形的的特點點，抽水水時，，地面面下沉沉，水水位恢恢復時時，又又可回彈彈。-基坑回回彈，，所以以基坑坑開挖挖后要要盡快快施工工，否否則，，一是是風吹吹日曬曬水泡泡，而而是回回彈使使得建建筑物物沉降降大，，土的的性質質，大大家學學過壓壓縮系系數(shù)，，回彈彈指數(shù)數(shù)，見見土力力學。。（2）粘性性土的的失水水壓密密特點點①粘性土土孔隙隙雖小小，但但孔隙度度大，遠遠遠超過過砂礫礫質土土，粘粘性土土一旦旦失水水壓密密，可壓縮縮空間間大，能夠夠產(chǎn)生生較大大的地地面下下沉量量；--尤其是是軟土土，如如上海海。②由于于粘性性土中中的水水主要要是結結合水水，水水壓傳傳遞和和應力力消散散慢，，失壓壓后需需要相相當長長的時時間才才可建建立新新的壓壓力平平衡，，所以以抽水水對它它的影影響來來得慢慢，即即滯后時時間長長，延遲效效應也也十分分明顯顯，這就就是為為什么么在許許多粗粗細顆顆粒相相迭置置的地地下水水分布布區(qū)抽抽水時時地面面沉降降不明明顯，，水位位恢復復后，，地面面沉降降仍會會持續(xù)續(xù)發(fā)展展的原原因；；③粘性性土失失水壓壓密過過程失失去的的水主主要是是結合合水，，骨架架的壓壓密是是塑性性變形形，兩兩者都都是不可逆逆過程程，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。。---回彈很很小。4、地面面沉降降的產(chǎn)產(chǎn)生條條件(1)厚層松松散細細粒土土層的的存在在(2)長期過過量開開采地地下流流體(3)新構造造運動動的影影響(4)城市建建設對對地面面沉降降的影影響五、地地面沉沉降的的時空空特征征綜合影影響的的結果果導致致地面面沉降降時空空分布布呈現(xiàn)現(xiàn)復雜雜的局局面，，后面面詳細細講。。1、地面面沉降降的變變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層層的垂垂直位位移變變形為為主，，并隨隨各地地點有有效應應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間變變化圖圖規(guī)律性性：由由沉降降中心心向周周邊方方向逐逐漸減減小ABO垂直位位移量量由于垂垂直應應變不不均勻勻，在在沉降降區(qū)中中心，，兩側側土體體會向向中心心擠壓壓，產(chǎn)產(chǎn)生剪剪切破破裂面面，地地面出出現(xiàn)地地裂縫縫。上海閔閔行區(qū)區(qū)華漕漕地面面沉降降與地地下水水位變變化發(fā)發(fā)展趨趨勢垂直位位移量量隨著著地下下水位位的降降低而而逐漸漸增大大（2）水平平位移移地面沉沉降垂垂直變變形的的過程程中，，土體體也會會形成成側向向拉力力，產(chǎn)產(chǎn)生水水平位位移。。與垂垂直位位移相相比，，水平平位移移形成成的變變形量量要小得多2、地面面沉降降的影影響因因素及及其對對地面面形變變的作作用（1）地層組組合對對地面面沉降降的影影響作作用地層巖巖性地層厚厚度巖性組組合（2）抽水對對地面面沉降降的影影響距抽水水井遠遠近的的影響響抽水量量的影影響抽水方方式（1）地層層組合合對地地面沉沉降的的影響響作用用1）地層層巖性性的影影響不同的的地層層巖性性對地地面沉沉降的的影響響規(guī)律性性：砂砂礫層層的壓壓縮量量小。。2）地層層厚度度的影影響不同的的地層層巖性性對地地面沉沉降的的影響響規(guī)律性性：粘粘性土土的累累積厚厚度越越大，，壓縮縮總量量越大大3）地層層組合合的影影響規(guī)律性性：在在同等等開采采條件件下，，粘性性土層層數(shù)越越多，，沉降降速率率越大大。不同的地層層組合對地地面沉降的的影響在某些情況況下地下水水開采漏斗斗區(qū)與地面面沉降中心心并不一致致，還和巖性有有關（2）抽水對地地面沉降的的影響作用用1）距抽水井井遠近的影影響規(guī)律性：地地層巖性組組合相似時時，地面沉沉降中心往往往與地下下水開采中中心在位置置上吻合一一致。

距離抽水井遠近對地面沉降的影響Q1（2）抽水對地地面沉降的的影響作用用2）抽水量的的影響規(guī)律性：抽抽水量越大大，沉降量量、沉降速速率和沉降降范圍越大大。

抽水量對地面沉降的影響Q2Q1Q1<Q23）抽水方式式的影響連續(xù)抽水，抽水量恒定，補給充沛連續(xù)抽水，抽水量恒定，補給不足間斷抽水，抽水量恒定

間斷抽水，抽水量不定

eб土體反復受壓縮過程4）開采布局局的影響不同的開采采布局對地地面沉降的的影響規(guī)律性：同同樣的開采采量，集中中布井方式式產(chǎn)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點區(qū)域易發(fā)性性—三大區(qū)，回回憶時間累進性性-上海1921年過程漸變性性-累計才能顯顯出，但稍一留心心，還是會會發(fā)現(xiàn)許多多細節(jié)：穿穿過城區(qū)的的京滬鐵路路，由于地地面沉降，，鐵軌下面面需要年年年墊石，市市區(qū)里，新新修的街道道路面要比比舊馬路高高出一截，，以mm為單位統(tǒng)計計，大家感感受不強烈烈，生活中中，別人的的孩子長得得快。有人人用溫水煮煮青蛙比喻喻，都是文文科人的杜杜撰，許多多媒體都是是迷信傳播播的幫兇，，博眼球，，而且有利利可圖，無無知者無畏畏，而且，，中國人清清談多，實實驗少，饅饅頭哪層先先熟，討論論了十萬字字。沒一個個做實驗的的。所以，，大家還應應該做好實實驗，比如如，比重試試驗，15g土占的體積積才6g左右，測水水的質量時時，稍微不不注意，1g誤差對實驗驗結果影響響很大，大大家計算的的從2.2-2.9的都有，3.0以上的都讓讓大家重做做了，所以以要特別仔仔細，另外外，我自己己也試驗了了一下，多多加點土，，50g，這樣的話話1g誤差對實驗驗結果影響響就小多了了，當然，，主要是大大家不細心心，大家知知道1g水是多少嗎嗎？滴管50滴，比重瓶瓶那個圓柱柱形小嘴剛剛好1g。成因復雜性性—巖層，地下下水，加載載難以逆轉性性-地面標高，，經(jīng)濟損失無力回天（（地）七、地面沉沉降的監(jiān)測測與預測區(qū)域地面沉沉降監(jiān)測技技術精密水準測測量GPS測量InSAR技術2.地面沉降分分層動態(tài)監(jiān)監(jiān)測3.自動化監(jiān)測測技術4.地面沉降量量預測區(qū)域地面沉沉降監(jiān)測技技術精密水準測測量目前較為普普遍和常用用的方法特點：精度高，，成果可靠靠，操作方方便，儀器器便宜效率低、勞勞動強度大大、難以自自動化GPS測量近10多年來，美美國等國家家開始將GPS技術用于區(qū)區(qū)域地面沉沉降監(jiān)測，，并取得初初步成效。。我國的成功功經(jīng)驗不多多，這就是為什什么經(jīng)緯儀退出歷史舞舞臺測距儀退出歷史舞舞臺了水準儀還在大范圍圍使用的原原因，就是是因為一般般的全站儀和GPS都不能滿足足監(jiān)測環(huán)境境下的高程要求。特點：設備昂貴，，精度低，，難以進行行大規(guī)模布布網(wǎng)InSAR技術利用不同時時間測量的的地面圖像像相重疊而而形成微分分干涉圖像像，圖像中中一個相干干顏色條紋紋循環(huán)代表表一定數(shù)量量的地面變變形量，并并通過對比比地面變形形實測值來來確定，最最終處理成成地面變形形等值線圖圖。特點：具有大面積積、快速的的優(yōu)勢，是是水準測量量和GPS測量的有效補補充。2、地面沉降降分層動態(tài)態(tài)監(jiān)測基巖標和分分層標監(jiān)測測室進行地地面沉降監(jiān)監(jiān)測的重要要技術手段段?；鶐r標：埋設在地下下完整基巖巖上的特殊殊觀測點，，可作為地地面沉降測測量的高程程控制點。。分層標：根據(jù)土層層的性質，，埋設在地地下不同深深度土層和和含砂層中中的特殊觀觀測點，是是有效測量量松散土層層變形量的的設施。3、自動化監(jiān)監(jiān)測技術（1）自動化化監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)組成4、地面沉降降量預測對抽水引起起的地面沉沉降進行預預測，因影影響因素復復雜，預測測難度較大大。近年來來，國內外外對此作了了大量的研研究工作。。我國地面面沉降問題題較嚴重的的幾個城市市也先后進進行了系統(tǒng)統(tǒng)的沉降量量觀測、模模型試驗、、沉降量計計算和預測測工作。統(tǒng)計模型傳統(tǒng)的理論論模型數(shù)值方法這種方法適適用于已長期地面面沉降及地地下水位詳詳細觀測資資料的地區(qū)區(qū)。由于大量量開采地下下水（油、、氣）引起起地下水位位（油、氣氣壓）持續(xù)續(xù)下降，進進而引起介介質失水壓壓密是地面面沉降的根根本原因。。所以可利利用地下水水開采量或或地下水水水位與地面面沉降量的的資料，建建立兩者之之間的回歸方程。例如：根據(jù)據(jù)天津市資資料，可得得S=28.13+0.0067Q式中：S為地面累計計沉降量；；Q為累計開采采量。又如，根據(jù)據(jù)上海市資資料，得：：S=B0+B1h+B2D+B3H式中：B0、B1、B2、B3為回歸系數(shù)數(shù)；h為水位變幅幅；D為水位作用用天數(shù)；H為該水作用用期間平均均水位。統(tǒng)計模型統(tǒng)計模型優(yōu)優(yōu)缺點如果建立S~Q或S~h的回歸方程程，即可根據(jù)據(jù)未來的開開采計劃推推算地面沉沉降量的值值。這種方法的的優(yōu)點是簡單明了了，適用范范圍廣。只只要把主要要的影響因因素考慮進進去，可以以不考慮復復雜的物理理過程。但但該方法有有很大的弱點，從理論上上講，不能能對機理有更深刻的的了解。-比如，很多多統(tǒng)計報告告，都是事事后諸葛亮亮，先有靶靶子，再射射箭，比如如，中央2臺的股票新新聞“由于于xx，某股票大大漲”如果果你知道這這個規(guī)律，，你怎么不不買股票？？還有，很很多彩民，，個個都是是數(shù)學家，，費勁心思思找規(guī)律，，本來就是是隨機事件件，非要找找出規(guī)律來來，結果只只能是機關關算盡太聰聰明。傳統(tǒng)的理論論模型這類模型主主要是根據(jù)據(jù)土力學固結結理論的基本原理理，對在某某一特定抽抽水條件下下，各巖性性層對應的的有效應力力增量，分分別計算器器壓縮變形形量，然后后累加，計計算地面沉沉降量。八、地面沉沉降的防治治合理規(guī)劃水水資源開發(fā)發(fā)利用布局局-根據(jù)影響因因素可以采采取相關措措施，自己己看。這是在開采采利用地下下水之前進進行的一項項工作，包包括：①取水地點盡可能安排排在砂礫石石層厚、粘粘性土夾層層少的地段段；②在粘性土土層多且相相變復雜的的地區(qū)，盡盡量以地表表水作為供供水水源，，減少或不開開采地下水水；③減少開采采量，且盡盡量采用恒定開采辦法，不要要形成長期期增長的開開采局面。。④將集中開開采變?yōu)榉稚㈤_采；⑤減少各地開采強度，使降落漏漏斗平且緩緩，減少沉沉降的不均均勻性和局局部沉降過過大，避免免出現(xiàn)明顯顯的擠壓帶帶和拉張帶帶，以減少少水平位移移和垂直位位移集中的的現(xiàn)象。--------要求半天，，嚴禁私自自取地下水水，只要開開個口子，，就是無底底洞，比如如，某家不不安電表，，估計用電電的超n家，2010年，上海地地下水開采采量已壓縮縮到1963年開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換主要用于油油氣田通過人工回回灌對抽汲汲的液體進進行等體積積替換，以以保證孔隙隙水（油））壓力不造造成明顯下下降。課堂作業(yè)學以致用以自己家鄉(xiāng)鄉(xiāng)（最好是是本縣市，，若實在沒沒有，本省省也行）為為例，舉例例說明地面面沉降的危危害，也可可以從網(wǎng)絡絡上了解。。字數(shù)大于于300字。下節(jié)課交作作業(yè)，尤其其是上次作作業(yè)沒交的的同學，一一定要交，，否則沒成成績。上升的經(jīng)經(jīng)濟和下下沉的地地面---平遙、滄滄州和上上海為例例我來個拋拋磚引玉玉吧，說說說我的的家鄉(xiāng)古古城平遙遙，“我我家住在在黃土高高坡”，，父母母或許太太喜歡水水了，給給我取名名張洪泉泉。水就是錢錢，就是是命根子子，大家家或許都都看到過過非洲水水池旁動動物們的的生死戰(zhàn)戰(zhàn)吧，這這時候可可沒有上上甘嶺戰(zhàn)戰(zhàn)友間的的謙讓，，“天上上下雨地地下流，，為水打打架來記記仇”，，解放放前甚至至油鍋抓抓銅錢。。機井越打打越深，，小時候候在菜園園子和父父親用轆轆轤澆水水的場景景只能留留在夢里里了，現(xiàn)現(xiàn)在都是是靠深層層水，每每天定點點放水。。千里迢迢迢來到保保定，看看到老鄉(xiāng)鄉(xiāng)院子里里都有壓壓水井，，還能種種個小菜菜園，很很是羨慕慕，（現(xiàn)現(xiàn)在也多多改為機機井了。。）滄州山西缺水水，華北北也缺水水。黃驊市，，是整個個滄州最最缺水的的地方，，衛(wèi)星地地圖上，，該地區(qū)區(qū)所有的的河道都都顯示為為白色，，即為干干涸。過去，海海河與黃黃河的多多次泛濫濫，給滄滄州帶來來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，，且不說說洪水，，就連地地下水也也越來越越少，地地里的土土層越來來越薄，，不利于于耕種。-----中央電視視臺報道道的人工工造地，，坡上毀毀樹造地地，反而而造成了了滑坡和和泥石流流