某地区地面沉降机理与原因分析
工程实例3.抽取地下水对地面沉降的影响
工程实例抽取地下水对地面沉降的影响
1.地面沉降机理及原因
对于正常固结地层,地层内应力处于平衡状态,不会产生地面沉降,但如果抽水引起水位下降,则破坏了地层内的应力平衡,地层内孔隙水压力降低,有效应力增加,将出现压缩变形,引起地面沉降。水位的大幅度下降,使砂层和粘性土层原有的水力平衡被破坏,粘性土层中的孔隙水压力逐渐降低,随着孔隙水的排出,一部分原来由孔隙水承担的上覆载荷转移到粘土颗粒的骨架上,粘土骨架承受的有效应力增加,使土层原有的结构被破坏,并重新组合排列造成土层压密。这种粘性土层的释水压密特征与含水砂层的释水压密特征不同,是不可逆变形,它是产生地面沉降的最主要原因。但对于砂土地层,水位下降引起的释水压密变形较小,而水位回升后绝大部分为可逆变形。
2. 地下水位下降对地基变形的试验研究
进行了模拟水源热泵抽取地下水引起地基基础变形的试验。试验槽为钢筋混凝土结构,其内部尺寸(长×宽×高) 为4m ×1m ×4.5m,槽壁厚度为0.2m,顶部敞口。模拟的基础为边长015m、高1.0m 的正方形混凝土柱。槽内分层填充压实人工级配的中密粗砂,填砂厚度3.5m,平均含水率w = 5.72 %,孔隙比e =0.256,干密度ρ= 1175kg/m3,压实系数K ≥0198,N10 =36 击/30cm,E0 = 40MPa。方柱进入砂层中0.5m,位于槽中央,并在槽中注水至基础底面标高。首先用500kN 千斤顶对方柱施加压应力100kPa并维持不变,待柱基沉降稳定且3h不产生变形后,开始测读方柱竖向变形初始值。然后将槽内的水缓慢释放至槽底(即水头下
珠海市地面沉降现状与形成机理分析
珠海市地面沉降现状与形成机理分析
[摘要]珠海市经济增长迅速、城市化水平日益提高,土地资源紧缺,由人类工程建设活动引发的地面沉降及次生地质灾害问题越来越突出。本文阐述了珠海市地面沉降现状及其主要特征,详细分析了诱发地面沉降的地质背景条件及其成因机理,对诱发因素及成因进行详细分析并提出主要的防治措施建议。认为区内分布厚度大且地质年代新的软土类土层是诱发地面沉降的地质背景因素,在自固结作用及其外加荷载作用下加速了排水固结压缩过程,是造成地面沉降的主要原因。
[关键词]地面沉降现状软土分区固结变形压缩荷载防治措施建议
1概述
珠海市位于珠江口西南部,改革开放以来,随着经济的快速增长、人口迅猛增加、城市化水平日益提高,人类经济与工程活动对地质环境的作用和影响越来越大,所引发的地质环境问题对人类生存和社会经济可持续发展的影响也越来越突出。尤其是作为地质环境问题之一的地面沉降灾害问题已直接给地区经济社会发展带来了严重的危害和阻碍。调查了解地面沉降现状与危害,分析地面沉降原因,对地面沉降采取积极有效的技术组织等治理措施,对于改善地质环境,保护人民生命财产的安全,具有重要的现实意义。
2地面沉降现状评价
珠海市地面沉降主要为软土排水固结压缩沉降和在软土分布区大量抽水引起的地面沉降两种类型。并具有分布广和沉降量大的特性,区内一般沉降量为5-30cm,最大处达100cm以上,主要灾害表现为房屋倾斜、开裂和地面下沉等,造成路网、地下排水系统破坏,引发地质灾害,对珠海市经济发展和建设带来了巨大的经济损失。按照沉降量大小,对珠海市地面沉降发育区划分为严重区(沉降量>50cm)和较严重区(沉降量1,软土中的高压缩性、流变性及承载力低等性能均是由于其高含水量和高孔隙比导致的。软土在一般状态下表现出一定程度的流变性,在外加荷载不变的条件下,变形量随时间增加而加大,此为固体流变;而剪切强度随时间延长而降低,发生剪切流变。
辽阳-鞍山地区典型区域地面沉降现状及其机理研究.doc
辽阳-鞍山地区典型区域地面沉降现状及其机理研究
绪论
0.1研究问题的提出及研究意义
地表沉降是指在自然和人为因素影响下,地下岩(土)体应力状态发生改变而引起的地表缓慢的或突发的垂直下降现象。从诱因上,地面沉降可分为自然因素和人为因素引起的地面沉降。自然因素主要包括板块、构造的升降运动、火山活动、地震等因素;人为因素主要是指地下液体、气体或者固体资源的人为开采所导致的地层岩性载荷变化。从地面沉降特点上来看,由自然因素引起的地表沉降,往往具有范围比较大、延续的时间比较长、沉降速率小等特点;而人为因素引起的地面沉降,往往沉降强度大、范围较小、沉降的发生与人类活动关系比较密切,其结果直接影响了人类日常的生产和生活[1]。据资料显示,世界上许多国家和地区都遭受到地面沉降的影响。在美国,地面沉降影响了多达45 个州,破坏面积超过一万七千平方英里,每年造成的直接经济损失为12.50 亿美元。我国的地面沉降,主要分布在东南沿海、长江三角洲地区、黄淮海、松辽盆地及内陆河谷等平原地区。据2010 年资料显示,共有96个大中型城市受到地面沉降的影响,沉降影响总面积达48655km2;其中,年累计沉降量超过200mm 的地区,沉降面积约为7.9 万km2;目前,比较严重的地区包括上海、天津、西安、苏州、台北、宁波等地区,地面沉降累计量在460~2780mm 之间,年沉降速率在10~56mm/a 之间,沉降已经造成的经济损失多达上千万。辽阳-鞍山地区,特别是首山水源地经过长达一个世纪的开采,目前,已形成了大规模的地下水降落漏斗,并在局部地区产生了地面沉降的现象,摸清楚地面沉降的现状,为人民生命财产安全及更好的减灾防灾做准备。
西安地面沉降分析
西安地面沉降分析
摘要:地面沉降是西安市较为突出的地质灾害之一,研究地面沉降的影响因素及沉降机理具有重要的意义,本文通过收集资料总结西安地面沉降的特征,研究地面沉降的机理,并对西安地面沉降量进行理论计算。
关键词:西安沉降机理沉降量
1、前言
地面沉降是西安较为突出的地质灾害之一,其形成发展的历史较长,涉及范围广,并具有独特的活动特征。地面沉降的发展还加剧了西安地裂缝的活动,其灾害形式主要表现为地表建筑物随基础断裂受损,地下水及煤气地下管道被错断,井管“上升”和深部井管受损,功能失效,以及道路路面差异变形等,这些都给西安市的市政设施及城市建设造成很大危害,对正在进行的西安地下铁路建设也有重大不利影响。因此,研究地面沉降机理及主要影响因素具有重要的意义。
2、西安地面沉降原因分析
从上世纪50年代初到90年代,西安城郊区开采承压水井数从最初的2眼增加到500多眼,开采量也从7.7×104m3/a剧增到11223×104m3/a,持续多年的超量开采,引起区域承压水位大幅度下降,形成了250km2的降落漏斗,截至1995年水位降深达80~130m,有90 km2的地区水位降至第一承压含水层顶板以下[1],然而西安地面沉降中心与承压水降落漏斗基本一致,由此表明西安市区地面沉降,主要是由于过量开采承压水引起水位大幅度下降所致,除此之外区域构造沉降、黄土湿陷性和地面荷载作用等对地面沉降也有一定的影响。
3、地面沉降机理分析
从上世纪50年代初到90年代西安市持续多年的超量开采地下水,引起区域承压水位大幅度下降,这必然要使含水层本身和其上下相对隔水层中的空隙水压力随之减小。根据有效应力原理可知,土中由覆盖层荷载引起的总应力是由孔隙水压力和有效应力组成的,土的体积压缩和抗剪强度的变化只取决于有效应力的变化。假定抽水过程中土层内的总应力不变,初始承压含水层中的承压水位与上部潜水含水层的水位相一致,那么孔隙水压力的减小必然导致土中有效应力的等量增大,结果就会引起土体的压缩和固结[2] [3]。
上海地面沉降影响因素综合分析与地面沉降系统调控对策研究
6、开展科学研究:加大对地面沉降相关科学研究的投入,深入研究地面沉 降的成因、机理和预测方法。通过科学技术的进步,为地面沉降防治提供更加科 学、有效的解决方案。
四、结论
我国地面沉降现状严峻,防治工作任重道远。为了有效应对这一问题,需要 政府、企业和公众齐心协力,共同推进防治工作。通过加强法律法规建设、推广 节水技术、地质工程改良等多种手段,实现我国地面沉降的有效防控和地质环境 的持续改善。
4、工程措施:采取有效的工程措施,如地下水控制、土地加固等,减轻地 面沉降对城市的影响。
5、监测与评估:建立完善的地面沉降监测网络,定期对各区域进行评估, 确保及时发现问题并采取相应措施。
6、区域协调与合作:加强与周边地区的协调与合作,共同应对区域性的地 面沉降问题,确保区域的可持续发展。
六、结论与展望
上海地面沉降影响因素综合分 析与地面沉降系统调控对策研
究
目录
01 一、背景介绍
03 三、研究方法
02 二、研究目的 04 四、影响因素分析
目录
05 五、系统调控对策
07 参考内容
06 六、结论与展望
一、背景介绍
地面沉降是指由于各种自然和人为因素导致地表地面下沉的现象。在上海这 样一个经济发达、人口密集的城市,地面沉降问题尤为突出。严重的地面沉降会 导致建筑物损坏、地下管线破裂、交通设施受影响等一系列问题,给城市的发展 和居民的生活带来极大的困扰。因此,对上海地面沉降的影响因素进行综合分析, 并探讨地面沉降系统调控对策,对于保障上海城市的安全和发展具有重要意义。
亳州市地面沉降成因分析与防治对策
34
辛洪光,安徽省地质矿产勘查局三一二地质队水文地质、工程地质、环境地质高级工程师。长期从事本专业相关技术研究工作,先后主持参加《亳州市城南水源地勘查评价》中大型综合性市场地下水勘查等20余项目的野外勘查工作和成果报告的编制工作,主持和完成了《“十一五”以来泗县贫水地区扶贫找水打井工程》《安徽省六安市裕安区地质灾害排查》等安徽省基金项目,项目成果获省科技进步奖二等奖。
引言
亳州市位于华北平原南端的安徽省淮北平原的西北部,东部、西部和北部均与河南省接壤,是三国曹操故里,为国家级历史名城,具“酒乡”和“药都”的美誉。随着国家的改革开放和国民经济经济快速发展,亳州的城市规模不断扩大,城市居住人口迅速增长,城市工业用水和城市居民生活饮用水需求量逐年增加。2004年,亳州市工业级居民生活用水总开采量为7.8万m 3/d,其中对深层地下水的开采量达5.05万m 3/d。集中和超采地下水,必然引起下伏松散地层的压密(缩)变形,引发地面沉降,导致城市地质灾害,其南部的阜阳市就曾发生过类似的地面沉降(图1、图2)。
本文旨在对亳州市地下水开采条件、开采历史
和地面沉降发展过程进行分析和回顾,指出引起地
面沉降的主要因素,提出具有针对性的地面沉降控制与防治对策。
研究区自然地理、地质条件
及水文地质工程地质条件概况
(一)气象、水文条件1.气象
亳州市地处暖温带半湿润季风气候区,四季分明,光照充足,气候温和,雨量适中,常年平均气温14.1℃,最高气温40.5℃,最低气温-22.3℃。1953年至2003年,亳州市年平均降水量为808.08mm,有效降水量为686.87mm,年最大降水量为1472.1mm(1963年),年最小降水量为472.7mm(1978年);降水多集中在6月、
城市“慢性病”——地面沉降成因及综合防控对策
地下水开采井
约 3 千亿元。其中上海地区最为严重,其经济损 失高达 2899 亿元 ;华北平原地面沉降所造成的 直接经济损失达到 404.42 亿元,间接经济损失达 2923.86 亿元,累计损失约 3.3 千亿元。地面沉
程中的“慢性病”。目前世界上已有 60 多个国家 降属于缓变性地质灾害,具有形成时间长、影响
城市“慢性病” ——地面沉降成因及综合防控对策
贾三满 田芳 齐干
前言
潮抗洪能力、诱发地裂缝等(图 2 ~图 4)。据调 查评估,长三角地区因地面沉降造成的经济损失
地面沉降是因自然因素和人为活动引发松散 地层压缩所导致的地面高程降低的地质现象。随 着城市化进程的加快和人类工程活动的加剧,它 已成为一个全球性的地质环境问题和城市发展过
地面沉降监测
图6 地下水超采导致的地面沉降示意图
如上海在 1966—1971 年,中心城区 曾平均累计回弹 18.1mm。此后会随 着开采地下水量、人工回灌量的变化, 出现相应的变化,如上海 20 世纪 80 年代处于微量沉降阶段,年均沉降几 毫米 ;90 年代后则出现加速发展的趋 势,年均沉降达十几毫米,甚至更多。 这都和当时的开采量增加有关。
地面沉降的原因分析
地面沉降的原因分析
摘要
关键词
1.引言
地面沉降在世界各地非常普遍,在城市地区尤为显著。随着工业化、城市化进程的加速,人类的经济与工程活动在地面沉降中的作用成为决定性的关键因素。地面沉降已成为影响经济社会可持续发展的典型的环境地质问题和重要的城市地质灾害之一。
本文阐述了地面沉降的发展现状与原因,全面的分析地面沉降的原因,以及以上海地面沉降的原因为例,分析了制约影响因素及其在地面沉降中的作用,在此基础上,提出面对地面沉降的防治措施与建议。
2.地面沉降的原因分析
2.1地面沉降发展与现状
地面沉降是指自然和人为因素作用下地面高程降低的现象。自然因素包括地壳的升降运动、地震、火山活动、气候变化海平面上升及土体自然固结等;人为因素包括开采地下流体资源(地下水、石油、天然气)、开采地下固体矿产(金属矿、煤、岩盐等)、工程施工、灌溉(尤指黄土或泥炭土壤灌溉区)以及地表的静动荷载等。
伴随着工业革命的兴起和发展,人为因素在地面沉降中的作用日益凸显,特别是大规模持续地开发利用地下水和石油等资源,导致区域性的地面沉降迅速发展,成为地面沉降的主要影响因素。19世纪末期,地面沉降现象已开始显露,而在20世纪初中期急速发展,并在世界各地逐步蔓延。地面沉降已成为城市化进程中普遍存在的环境地质问题,由此导致的环境影响和社会危害日渐突出且日趋严重,成为制约社会经济可持续发展的重要地质灾害之一。自从意大利威尼斯城最早发现地面沉降以来, 世界上已有200多个城市或地区发生了不同程度的地面沉降现象。我国最早于1921年在上海地区发现地面沉降以来, 天津、西安、太原、苏州以及内蒙等地相继出现了地面沉降现象。
[精品文档]盾构施工中的地面沉降机理分析
盾构施工中的地面沉降机理分析
在软土地层中开挖隧道,不论采用何种施工方案都将引起地层运动,产生地面沉降。
一、地层隆沉的原因
地面沉降,是指由于盾构法施工而引起隧道周围地层的松动和沉陷。它直观表现为地表沉降。受其影响隧道附近地区的基础构筑物将产生变形、沉降或变位,以至使构筑物机能遭受破损或破坏。
由盾构法施工而引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地面沉降的二个主要因素。
1、土体损失
隧道的挖掘土量常常由于超挖或盾构与衬砌间的间隙等问题而比以隧道断面积计算出的量大得多。这样,使盾构隧道与衬砌之间产生空隙。在软粘土中空隙会被周围土壤及时填满,引起地层运动,产生施工沉降(也称瞬时沉降)。土的应力因此而发生变化,随之而形成:应变—变形—位移—地面沉降。
所谓地层损失是指盾构施工中实际挖除的土壤体积与理论计算的排土体积之差。地层损失率以地层损失盾构理论排土体积的百分比Vs(%)来表示。
圆形盾构理论排土体积V
o
为:
V
o
=
π•r o2•L (式1)
式中 r
o
——盾构外径
L ——推进长度
单位长度地层损失量的计算公式为:
V
s = V
s
(%)•π•
r
o
2 (式2)
地层损失一般可分为三类:
第一类正常地层损失。这里排除了各种主观因素的影响。认为人们的操作过程是认真、仔细的,完全合乎预定的操作规程,没有任何失误。地层损失的原因全部归结于施工现场的客观条件,如施工地区的地质条件或盾构施工工艺的选择等。这是因为在实际施工中无论选用何种类型的盾构都不可避免的产生地面沉降。一般的说这种沉降可以控制到一定限度。由此而引起的地面沉降槽体积与地层损失量是相等的。在均质的地层中正常地层损失引起的地面沉降也比较均匀。
珠江三角洲地面沉降灾害类型特征与成因[权威资料]
珠江三角洲地面沉降灾害类型特征与成因[权威资料] 珠江三角洲地面沉降灾害类型特征与成因
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内容摘要:本文根据地面沉降调查过程中的一些经验与体會,概括阐述了珠江三角洲地区地面沉降灾害的类型、分布及其主要特征,对其诱发因素及形成的原因进行分析并提出主要的防治措施。
关键词:软土地下水地面塌陷地面沉降灾害防治
1 引言
珠江三角洲地区是我国经济最发达的地区之一,在我国区域城市群建设与经济活动中占有举足轻重的作用。改革开放以来,随着该区经济的快速增长、人口迅猛增加、城市化水平日益提高,人类经济与工程活动对地质环境的作用和影响越来越大,所引发的地质环境问题对人类生存和社會经济可持续发展的影响也越来越突出。尤其是作为地质环境问题之一的地面沉降灾害问题已直接给地区经济社會发展带来了严重的危害和阻碍。现结合本人在地面沉降调查过程中的一些经验与体會,谈谈珠江三角洲地区地面沉降灾害的主要类型特征及探讨其形成原因。
2 地面沉降灾害的主要表现类型及分布
珠江三角洲地区地面沉降灾害主要包括岩溶地区的地面塌陷灾害及软土分布地区的地面沉降灾害两大类。珠江三角洲岩溶地区主要分布在三角洲北部,即广州北部的白云区、花都区(称为广花盆地),该地区为大面积岩溶隐伏区,其上覆盖着厚度薄且均匀性差的第四系松散砂土、黏土层等,容易受自然因素及外力作用影响诱发地面塌陷地质灾害;珠江三角洲软土地层分布极为广泛,遍及整个三角洲冲
积平原区,其分布厚度具有由三角洲顶端往前缘由薄增厚的特点。珠江三角洲中部及南部沿海地区软土地层分布厚度大、埋藏浅、沉积形成地质年代新,是珠江三角洲地面沉降灾害发育最为严重的地区。
地面沉降产生机理及解决措施
一、城市地面沉降产生的原因
• ⒈抽汲地下水 • 抽汲地下水引起的地面沉降大多发生在大量开采 松散沉积物孔隙承压水的地区。
北京地区地面沉降
其机理是:饱和土体的自重应力由 颗粒和孔隙水共同承担,由土颗粒所承担 的那部分应力是有效应力。
当抽水引起承压水水位下降时,含水层 本身及其上下隔水层中孔隙水压力也随之降低。 在总应力不变的条件下,饱和土体中孔隙水压 力减小必然会使土中有效应力等量增大。使土体 被压密并导致地面沉降。
在深基坑和地下构筑物的开挖过程中 往往会遇到地下水位高于施工作业面的情况, 为防止基坑边坡失稳,保证顺利开挖,避免 水下作业,须进行基坑降(排) 水。
但是,降水方案不当,会引起周围地面沉降,导 致此范围内的建筑物、地下管网、道路及其它设 施发生断裂、倾斜,影响其正常使用和安全。
工程降水引起的地面沉降机理有多种:
有效应力原理表示研究平面上的 总应力、有效应力与孔隙水压力三者 之间的关系 当总应力保持不变时,孔隙水压力与 有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力 减小等于有效应力的等量增加。 因此,当地下水被抽汲之后,土中孔隙水压力 减小,转化为有效应力,土骨架承受荷载增大。使 土层产生沉降。
⒉工程降水引起局部地面沉降
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四、总结
人为因素引起的地面沉降已在逐渐加剧, 地下水的大量抽汲,破坏了地下水的平衡, 造成了日益严重的环境地质影响。 应该科学而有效的控制地下水的抽汲,对与 地下水抽汲有关的工程项目进行合理的设计与施 工,才是解决问题的根本办法。
城市采水导致的地面沉降分析及防治措施
城市采水导致的地面沉降分析及防治措施
摘要:目前,经济发展对地下水的需求量的不断加大,但同时地下水开采导致地面沉降的问题也日益突出。针对我国城市地区地面沉降的现状,本文主要探讨我国城市地区地面沉降的成因机制和影响因素以及防治措施。
关键词:城市,地下水,地面沉降,成因机制,影响因素,防治措施Abstract:At present, the economic development of groundwater demand increasing, but at the same time the groundwater exploitation in the problem of ground subsidence has become more obvious. In view of China's urban areas of land subsidence present situation, this paper mainly discusses the urban area in our country land subsidence the cause of formation mechanism and the influence factors and prevention and control measures.
Key words: the city, groundwater, ground subsidence, formation mechanism, influencing factors, prevention and control measures
5地面沉降地质灾害危险性评估方法
• 包括县(市)区域水文地质调查报告、水文地质 钻孔综合成果表、地下水动态监测资料以及工程 地质钻孔岩性柱状图和土工试验综合成果表。收 集不同年代测制的比例尺>1∶1万的地形图。
• 3.2 地质环境条件阐述的重点
• 3.2.1 第四纪地层的系统划分
• 首先编制钻孔剖面图,最有价值的是工程地质钻孔, 它既有详细的岩性描述,又有相应的土层物理、力 学指标。根据浙江省沿海平源第四纪地层序列对全 新世(Q4)和晚更新世(Q32-2、Q32-1、Q31)进行 系统、详细的划分。并厘定时代和成因。接着将水 文地质剖面图与第四纪地层剖面进行整合,最终确 定各含水层与非含水层的时代和成因。
• 2、地面沉降区地质灾害危险性评估 范围的确定
• 地面沉降的评估范围应与地面沉降范围或初步 推测的可能沉降的范围基本一致。
• 3、地面沉降无监测地区地质灾害危 险性评估方法
• 由于在已经建立地面沉降监测的地区(嘉兴、 宁波),对地面沉降地质灾害危险性评估的方 法比较成熟。本文主要对无地面沉降监测地区 的拟建工程进行地质灾害危险性评估的方法作 了一次尝试,并将在今后相关的评估工作中不 断修正完善。
• 1.1地面沉降的定义、原因、机理及其危害 • 1.1.1定义:地层在各种因素的作用下,造成地层压 密变形或下沉,从而引起区域性的地面标高下降。
• 1.1.2地面沉降的原因:
基坑降水引起地面沉降原因探讨
基坑降水引起地面沉降原因探讨
摘要:根据地区环境的不同,基坑降水是造成地面沉降的主要因素,对于城市
的建设和发展都造成一定的影响。并且,对深基坑勘察、支护及降水设计、监测
等提出了很高的要求,深基坑降水引起地面沉降已成为城市建设的主要灾害之一。下面我们以某一地区的地面沉降为例,对于基坑降水引起的地面沉降原因进行分析。
关键词:基坑降水;地面沉降;原因
引言
目前,城市中大多数深基坑尤其是地铁基坑开挖在地下水位以下,施工时间长,且大部分地处高楼林立、地下管线复杂的繁华市区,因此减小基坑降水引起
的地表沉降,确保周围地面及建筑物的安全尤为重要。
1截水设计理念
1.1 地面沉降机理
基坑降水开挖时,在基坑四周一定范围内,潜水必然产生水位降落,水位降
低减少了土中地下水对土颗粒的浮托力,减小的孔隙水压力会转换成有效应力增量,即潜水水位每降低1m,有效应力增量为10kPa,这个有效应力增量使土体产生固结压密,引起土层发生变形,反映到地表面上,形成地表沉降或水平移动,
地下水位降落的曲面分布必然会引起不均匀沉降。相对隔水的粘性土层的渗透系
数和固结系数极低,释水压密遵从渗透固结规律缓慢发展。抽水引起的地面沉降
既发生在含水层中,同时也发生在粘性土中,但各自主次不同所占比例不同。坑
内外水头差的存在将引发粉砂土颗粒随地下水渗流(侧壁管涌)产生地层损失,
最终反映为地面沉降。
1.2 基坑降水引起地面沉降的范围及影响程度
基坑降水时,抽降水引起地面沉降影响范围就是抽水水位下降漏斗的范围,
并且具有离基坑愈近水位下降值愈大,地面沉降愈大的特点。当水位下降后的标
城市地面沉降成因分析及防治对策
城市地面沉降成因分析及防治对策
摘要:针对国内外城市地面沉降的现状及造成的严重危害,从影响因素方面出发,阐明地面沉降的原因,并相应采取防治措施,从而控制城市地面沉降的深度发展。
关键词:地面沉降,成因分析,影响因素,防治措施
Abstract: aiming at the city ground at home and abroad and the present condition of the subsidence caused serious harm, from the aspects of influencing factors, expounds the cause of ground subsidence, and take corresponding prevention and control measures, so as to control the city ground settlement depth development.
Key words: the ground settlement, cause analysis, influence factors, prevention and control measures
地面沉降又称为地陷。在我国《地质灾害防治条例》中,它被定义为“缓变性地质灾害”。它的影响因素可分为自然地质因素和人为因素,在城市中,随着城市建设的步伐加快,城市地面沉降是一种受城市经济活动影响的人为地质灾害。它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象),只要人们找准原因,采用合理的控制手段,城市地面沉降是完全可以控制的。
地面沉降机理
地面沉降机理
地面沉降是指由于地下工程施工、地下水开采、地震活动等因素导致地表下沉的现象。地面沉降机理可以分为地下水开采引起的沉降、地下工程施工引起的沉降以及地震引起的沉降等。
1. 地下水开采引起的沉降:地下水开采时,地下水位下降,引起地层中的孔隙水压力减小。当孔隙水压力减小到地下水气泡点以下时,孔隙水会被部分蒸发或气泡空化,导致岩土体体积收缩,进而引起地面沉降。
2. 地下工程施工引起的沉降:地下工程施工涉及地下土层的开挖、补偿以及地下水流动的改变等过程。地下土层的开挖和补偿都会破坏原有的土层结构,使土层发生变形和沉降。同时,地下水流动的改变会引起地下水和孔隙水的压力分布变化,从而进一步引发地面沉降。
3. 地震引起的沉降:地震活动会导致地壳发生破裂、滑动和变形等现象,从而对地下土层施加剪切力和压力。这些力的作用下,地下土层会发生位移、地裂缝形成以及土体变形,进而导致地表沉降。
需要注意的是,地面沉降的机理是多种因素综合作用的结果,不同因素在不同地区、不同条件下可能具有不同的重要性。因此,地面沉降的机理研究需要考虑多种因素的综合影响。
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某地区地面沉降机理与原因分析
摘要:某区地处微山湖西侧,作为周边煤矿职工及家属的居住中心,区内还有工厂企业。近30年来,该区供水水源均取自第四系上部含水层,地下水位持续下降,并造成了地面沉降。该文利用地下水动态资料和地面沉降监测资料,结合该区的第四系水文地质条件,分析研究了地下水水位下降与地面沉降的关系,剖析了地表沉降机理和沉降原因,得出了地面沉降与水位降深的数学关系式,以评价和指导本区水资源的开发利用,提出了调整供水水源结构,减缓或控制地面沉降的建议。
关键词:地面沉降地面变形危害地下水开采降落漏斗固结变形。
1 地区概况
某区(以下称该区)位于苏鲁豫皖四省的接壤地带,地处微山湖西侧,距微山湖最近距离约5?km,该区占地面积约10?km2。20世纪70年代初开始,该区周围先后建成5对生产矿井。作为这些矿区的职工及家属的居住中心,居住人数达5万多人,同时伴建有洗煤厂、机械加工厂等辅助企业。
该区于1976年埋设了少量水准点进行观测,工作中发现绝大部分水准点都在下沉,从1988年起,区内建立了比较完整的地面沉降观测系统,进行全面系统观测。观测点沿上海路、北京路、江苏路和
南京路进行布设,分别称A、B、C、D四条观测线。各监测点的具体空间位置见图1。
2 地面沉降现状
(1)地面下沉变形
该区自1976年开始观测发现地面沉降以来,整个该区处在缓慢下沉并且沉降速率逐年增加,累计沉降量最大达881?mm,平均沉降速率为29.42?mm/a。以七村观测点为例地表下沉数据如表1。
(2)地面倾斜变形
该区地面变形的倾斜值,从2006年到2013年均小于3.0?mm/m。以地面沉降相对指数(Z)作为地面倾斜评价指标:
Z=(S-So)/S(2-1)
式中:Z—地面沉降相对指数,无量纲;
S—地面沉降累积沉降量mm;
S0—地面沉降成灾临界值,选择天然沉降量。
据此本区属于轻微~轻度,以轻微危险性为主,但轻度危险区的范围逐年扩展。各个年份地面沉降危险性等级的面积演变如表2。
(3)地面沉降空间演化
地表下沉量最大的区域在公司大楼附近,以此为中心形成了一个西南至东北走向的椭圆状沉降盆地,形状在演变过程中基本保持不变,距沉降中心越远下沉量越小。但地面沉降幅度逐年加大,范围逐年扩展。
沉降幅度和地面倾斜由沉降中心向外均逐渐减小,但局在部地段因开采强度和含水层的厚度及岩性不均匀性等因素影响,地面倾斜变大。
3 地面沉降产生的危害
(1)结构物破坏
该区地面沉降的累计沉降量逐年增加,在一些地区已造成大量建筑物地基下沉,多处房屋和桥梁开裂、倾斜,几条主要道路均出现开裂或凹凸不平,不得不投巨资重修。
(2)地面高程损失
地面沉降造成城市防洪能力下降,出现严重的滞积洪水问题,因此不仅影响城市交通和环境,而且常使地下室和低层建筑物在汛期被水淹没,造成比较严重的经济损失。
影响泄排洪水及防洪能力,加剧洪涝灾害。对新建建筑物设计地坪增加了高度,造成建筑基础垫层增加,提高了工程成本。
地面沉降使大范围内水准点高程产生不同程度的下沉,导致以水准点为依据的水文资料、城市规划与建设的水准点高程依据失效,给城市埋下不可预见的隐患和巨大的经济损失,需要重新校核。
(3)地下构筑物及地下管线的破坏
由地面沉降的不均匀性容易造成地下深井、自来水管道、煤气管道、排泄管网的破坏。区内已出现多对矿井井筒因松散层压缩固结而在基岩面处破裂,严重影响生产安全,不得不多次投巨资加固。
4 地面沉降机理分析
(1)松散土层自然固结
本区第四系松散地层厚度大,浅部土层固结度较低,在自重应力作用下就会产生一定的固结,产生沉降变形,这是所有松散层普遍存在的规律。这种沉降变形均匀、同步,只产生地面高程损失危害。
(2)地面荷载引起的土层压缩
由于是居住中心,建有大量的住宅,周边还有许多工业厂房,这些建构筑物重量很大,通过基础对地层形成附加应力,附加应力将会引起土层压缩变形而产生地面沉降。这种沉降变形在建筑物设计时已进行验算,一般不会产生危害。
(3)地下水位下降引起土层固结
地层所承受的荷载是由地层骨架及地下水体共同承担的,分别称为有效应力和孔隙水压力。当地下水位下降,孔隙水压力减小或消失,使得荷载更多地由有效应力承担,即由土体骨架承担,致使土颗粒间隙受压缩而变紧密,土体固结进而地面产生下沉。这是造成各种变形危害的主因。
5 地表沉降与地下水开采的关系
(1)地表下沉与地下水开采的关系
该区松散土层中地下水在多年开采情况下,已形成了稳定的地下水位降落漏斗,自1988年到2000年该区地下水开采量逐年增加,地面沉降的范围也相应扩大,说明地面沉降速率与地下水开采强度密切相关,该区地面沉降速率最大的分布地段正是目前地下水开采强度最大的地段,说明地面沉降幅度受地下水开采强度的控制,地面沉降的速率和分布范围与地下水位的下降的速率和范围相一致。
为此区内对地下水水位、水井取流量、地面高程等进行了长期观测,长期观测资料说明,地面沉降的主因是地下水水位下降导致松散层压密,地下水水位下降的主因是人工地抽取下水。因而,存在可压缩的土层是地面沉降产生的内因,地下水开采是引起该区地面沉降的外因。以七村井水位及附近地面高程的观测数据(见表4)为例,绘制出七村井地下水位地面沉降速率历时曲线图(见图2)。
根据表4中数据进行线性回归分析,沉降速率S(mm/a)与地下水
位H(m)之间的关系式为:
S=-55.351+1.782H (图2)
当然地下水水位的变化受开采量和补给量(主要是降水补给量)的控制,但地面沉降速率与地下水位之间的相关系数为0.96,说明地面沉降速率与地下水位为高度正相关。
在补给量一定的情况下,地面沉降就受水井出水量控制,水井出水量与地下水位成反变,与地表下沉量成正变,出水量越大,地下水位越低,地表下沉量越大。根据表4数据可建立地下水位H(m)与月开采量(m3)之间的关系式为:
H=28.907-3.581×10-5Q (图3)
(2)地表下沉漏斗与地下水降落漏斗的关系
由2005年的地下水统测结果与相应时期的地表下沉资料所绘制的等值线图,可以看出:地下水降落漏斗中心位置与地表沉降中心的位置基本一致;地面沉降的分布范围基本与地下水位的降落漏斗分布范围一致。说明地表沉降与地下水位下降具有空间上的一致性,进一步表明造成该区地面沉降的主要原因是地下水的过量开采。
6 结论与建议
(1)主要结论