地面变形地质灾害地面沉降

地面沉降-塌陷
• 马路塌陷，还有的人被热水活活烫死
• 山西 • 构造地裂缝 • -平原，不 是滑坡的张 裂隙。
二、地面变形地质灾害的类型
1. 按地面变形的形式分类

地面沉降—逐步的 地面塌陷—突然的




地裂缝
渗透变形
特殊岩土胀缩变形—黄土湿陷性，膨胀土等。
地 面 沉 降
主要内容
一、概述 二、我国地面沉降的现状 三、地面沉降的危害 四、地面沉降的成因机制 五、地面沉降的时空特征 六、地面沉降的主要特点 七、地面沉降的监测与预测 八、地面沉降的防治
这种方法的优点是简单明了，适用范围广。只要把主 要的影响因素考虑进去，可以不考虑复杂的物理过程。但 该方法有很大的弱点，从理论上讲，不能对机理有更深刻 的了解。 -比如，很多统计报告，都是事后诸葛亮，先有靶子，再射箭，比如，中央2台的股票新闻
“由于xx，某股票大涨”如果你知道这个规律，你怎么不买股票？还有，很多彩民，个个都是数学家， 费劲心思找规律，本来就是随机事件，非要找出规律来，结果只能是机关算尽太聪明。
地面加载引起的地面沉降
自然原因：
冰川期大陆 冰盖形成 厚度达 2000m 巨大 静压 力
挪威/芬兰发 生地面沉降 最大值达 2.5m
冰川消融
回弹
人为原因：如修建水库、建造房屋等
上海市 30%地面沉降来自高层建筑和大型工程的影响 浦东陆家嘴 2004年 地面沉降量达3cm 上海沉降最严重 的地区
二、我国地面沉降现状
火山活动
地面加载 （2）人为因素
开采地下水、油气资源
地面加载
构造运动引起的地面沉降
急剧变形：因基底断块快速下降造成地表高程降低， 地面急剧变形，如地震。 构造蠕变：构造运动以一种缓慢连续的方式进行， 表现为基底断块持续的缓慢沉降或岩层的拗陷。 变形速率小、持续时间长 天津市 基底下降形成的沉降值约为1.7mm/a
面变形量，并通过对比地面变形实测值来确定，最终处 理成地面变形等值线图。
特点： 具有大面积、快速的优势，是水准测量和GPS测
量的有效补充。
2、地面沉降分层动态监测
基岩标和分层标监测室进行地面沉降监测的重要技术手段。 基岩标：埋设在地下完整基岩上的特殊观测点，可作为地 面沉降测量的高程控制点。
分层标：根据土层的性质，埋设在地下不同深度土层和含
（2）水平位移
地面沉降垂直变形的过程中，土体 也会形成侧向拉力，产生水平位移。 与垂直位移相比，水平位移形成的变 形量要
小
得多
2、地面沉降的影响因素及其对地面形变的作用
（1）地层组合对地面沉降的影响作用 地层岩性 地层厚度 岩性组合
（2）抽水对地面沉降的影响
距抽水井远近的影响 抽水量的影响 抽水方式
规律性：由沉降中心向周边方向逐渐减小
地下水开采区
集中开采 井位置
初始地形面
X
垂直位移
垂直位移量的空间变化图
由于垂直应变不均匀，在沉降区中心，两侧土体会向中心挤压，
产生剪切破裂面，地面出现地裂缝。
垂直位移量 A O B
垂直位移量随着地下水位的降低而逐渐增大
上海闵行区华漕地面沉降与地下水位变化发展趋势
传统的理论模型
这类模型主要是根据土力学固结理论的基本原理，对在 某一特定抽水条件下，各岩性层对应的有效应力增量，分别 计算器压缩变形量，然后累加，计算地面沉降量。
八、地面沉降的防治
合理规划水资源开发利用布局
-根据影响因素可以采取相关措施，自己看。
这是在开采利用地下水之前进行的一项 工作，包括： ①取水地点尽可能安排在砂砾石层厚、 粘性土夹层少的地段； ②在粘性土层多且相变复杂的地区，尽 量以地表水作为供水水源，减少或不开采地 下水；
4、地面沉降的产生条件
(1) 厚层松散细粒土层的存在 (2) 长期过量开采地下流体 (3) 新构造运动的影响 (4) 城市建设对地面沉降的影响
五、地面沉降的时空特征
综合影响的结果导致地面沉降时空分布呈现复杂的局面， 后面详细讲。
1、地面沉降的变形形式
垂直位移 水平位移
（1）垂直位移
地面沉降以地层的垂直位移变形为主，并随各地点有 效应力增量大小的不同而不同。
1g误差对实验结果影响就小多了，当然，主要是大家不细心，大家知道1g水是多少 吗？滴管50滴，比重瓶那个圆柱形小嘴刚好1g。
成因复杂性—岩层，地下水，加载 难以逆转性-地面标高，经济损失无力回天（地）
七、地面沉降的监测与预测
1. 区域地面沉降监测技术 精密水准测量 GPS 测量 InSAR 技术
Q
Q=Q1+Q2+Q3
Q1
Q2
Q3
不同的开采布局对地面沉降的影响
六、地面沉降的主要特点 区域易发性—三大区，回忆 时间累进性-上海1921年 过程渐变性-累计才能显出，但稍一留心，还是会发现许多细节：
穿过城区的京沪铁路，由于地面沉降，铁轨下面需要年年垫石，市区里， 新修的街道路面要比旧马路高出一截，以mm为单位统计，大家感受不强 烈，生活中，别人的孩子长得快。有人用温水煮青蛙比喻，都是文科人 的杜撰，许多媒体都是迷信传播的帮凶，博眼球，而且有利可图，无知 者无畏，而且，中国人清谈多，实验少，馒头哪层先熟，讨论了十万字。 没一个做实验的。所以，大家还应该做好实验，比如，比重试验，15g土 占的体积才6g左右，测水的质量时，稍微不注意，1g误差对实验结果影 响很大，大家计算的从2.2-2.9的都有，3.0以上的都让大家重做了，所 以要特别仔细，另外，我自己也试验了一下，多加点土，50g，这样的话
1.地面标高损失，地表积水，放泄洪能力下降
曼谷
洪水泛滥的原因 “除了气候，就是地面沉降闹的，海水回灌进曼谷了，前几天，
邢台强调自己地势低，污染物也容易聚集
2.标高降低，海平面升高，双重因素，海水倒灌， 桑田变沧海了。 3.地下管线扭曲断裂，天然气泄漏，自来水管泄 漏。次生灾害很多。
4.桥梁净空减小，影响通航 5.农村积水，农作物减产。 6.高程资料失效。 7.房屋下沉，花钱买一楼，过几年变成地下 室了。 8.桩基础负摩擦，降低桩承载力-以后《基础工程》
（2）粘性土的失水压密特点 ①粘性土孔隙虽小，但孔隙度大， 远远超过砂砾质土，粘性土一旦失水 压密，可压缩空间大，能够产生较大 的地面下沉量；--尤其是软土，如上 海。
②由于粘性土中的水主要是结合水，水压传递和 应力消散慢，失压后需要相当长的时间才可建立 新的压力平衡，所以抽水对它的影响来得慢，即 滞后时间长，延迟效应也十分明显，这就是为什 么在许多粗细颗粒相迭置的地下水分布区抽水时 地面沉降不明显，水位恢复后，地面沉降仍会持 续发展的原因； ③粘性土失水压密过程失去的水主要是结合水 ，骨架的压密是塑性变形，两者都是不可逆过程 ，所以，所造成的地面沉降大部分是永久性的。 ---回弹很小。
土力学p90-
板书一下
地面 原水位 下降后水位
2、不同类型岩土失水压密特点
（1）砂砾质含水层失水压密特点
（做含水率实验时讲过，沙子孔隙度小，但孔隙大，亲水矿物含量低，持水性差， 要求取样粘性土5～10g，砂性土20～30g ）
①砂砾质含水层一旦被抽汲，释水 快，压力传递快，压密作用显现得快， 地面可在较短时间内出现沉降，即滞后 时间短，延迟效应不明显；
（1）地层组合对地面沉降的影响作用 1）地层岩性的影响
规律性：砂砾层的压缩量小。
Q
Q
Q
不同的地层岩性对地面沉降的影响
2）地层厚度的影响 规律性：粘性土的累积厚度越大，压缩总量越大
Q Q
不同的地层岩性对地面沉降的影响
3）地层组合的影响 规律性：在同等开采条件下，粘性土层数越多，沉降速率越大。
Q
Q
1. 2. 3. 4.
概述 类型 分布规律 地面沉降
一、概述
• 地面变形地质灾害的定义 广义：指因内、外动力地质作用和人类活动而使地面形态发 生变形破坏，造成经济损失和（或）人员伤亡的现象和过 程。 如，构造运动引起的山地台升和盆地下沉；抽取地 下水、开采地下矿产等人类活动造成的地裂缝、地面沉降 和塌陷等。 狭义：指地面沉降、地裂缝和地面塌陷等以地面垂直变形破 坏或地面标高改变为主的地质灾害。
统计模型 传统的理论模型 数值方法

统计模型
这种方法适用于已长期地面沉降及地下水位详细观测资料的 地区。由于大量开采地下水（油、气）引起地下水位（油、气 压）持续下降，进而引起介质失水压密是地面沉降的根本原因 。所以可利用地下水开采量或地下水水位与地面沉降量的资料 ，建立两者之间的回归方程。
②由于砂砾质含水层本身的孔隙度较小， 可供压密的空间小，所以，地面总沉降量 较小；--天然砂层一般都比较密实
③砂砾质含水层颗粒间为硬连接，失水 和充水能够以可逆方式进行，形成的地面 沉降具有弹性变形的特点，抽水时，地面 下沉，水位恢复时，又可回弹。-基坑回弹，所以
基坑开挖后要尽快施工，否则，一是风吹日晒水泡，而是回弹使得建 筑物沉降大，土的性质，大家学过压缩系数，回弹指数，见土力学。
2. 地面沉降分层动态监测
3. 自动化监测技术 4. 地面沉降量预测
1.区域地面沉降监测技术

精密水准测量
目前较为普遍和常用的方法
特点：精度高，成果可靠，操作方便，仪 器便宜 效率低、劳动强0多年来，美国等国家开始将GPS技术用于区
域地面沉降监测，并取得初步成效。
到 2003 年 地 面 沉降面积已达到 93,855km2 ，形成 长三角、华北平 原、和
汾渭盆
地等地面沉降灾 害严重区。
泾渭分明
渭水是黄河最大的支流，泾水又是渭河的支流，现在已经分不清楚那条河流的 清与浊了，同流合污了。
长江浊黄，汉江碧绿
华 北 平 原 地 面 沉 降 等 值 线 图
三 、 地 面 沉 降 的 危 害
一、概述
1、定义
地面沉降：发生在较大面积的地表高程降 低、地面舒缓变形的现象和持续过程。
2、成因类型
（1）自然因素 构造升降运动 地震
归属于地壳形变或构 造运动的范畴，作为 形成的地面沉降范围 自然动力现象加以研 大、速率小 究 归属于地质灾害现象 形成的地面沉降范围 进行研究和防治 小、速率和幅度较大
详细讲
不均匀沉降危害更大，造成房屋倾斜、开 裂、倒塌。
建筑物受损
地面不均匀沉降错断供水管道
四、地面沉降的成因机制
1、饱水多孔介质的失水压密原理 （1）抽水条件、地面加载条件下压密
2、不同类型岩土失水压密特点
（1）砂砾质含水层失水压密特点

（2）粘性土的失水压密特点
3、地面沉降的产生条件
例如：根据天津市资料，可得
S =28.13 +0.0067Q 式中：S为地面累计沉降量；Q为累计开采量。 又如，根据上海市资料，得： S = B0 + B1h +B2D +B3H 式中：B0、B1、B2、B3为回归系数；h为水位变幅；D为水位 作用天数；H为该水作用期间平均水位。
统计模型优缺点
如果建立 S~Q 或 S~h 的回归方程 ，即可根据未来的开 采计划推算地面沉降量的值。
砂层中的特殊观测点，是有效测量松散土层变形量的设施。
3、自动化监测技术
（1） 自动化监测系统组成
4、地面沉降量预测
对抽水引起的地面沉降进行预测，因影响因素复杂， 预测难度较大。近年来，国内外对此作了大量的研究工作。 我国地面沉降问题较严重的几个城市也先后进行了系统的沉 降量观测、模型试验、沉降量计算和预测工作。
不同的地层组合对地面沉降的影响
Q
在某些情况下地下水开采漏斗区与地面沉降中心并不一致，还和岩性有关
（2）抽水对地面沉降的影响作用 1）距抽水井远近的影响
规律性：地层岩性组合相似时，地面沉降中心往往与地下水
开采中心在位置上吻合一致。
q1 Q Q
距离抽水井远近对地面沉降的影响
（2）抽水对地面沉降的影响作用 2）抽水量的影响 规律性：抽水量越大，沉降量、沉降速率和沉降范围越大。
q Q1 Q Q2
Q1<Q2
抽水量对地面沉降的影响
3）抽水方式的影响
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
e
加荷 卸荷
间断抽水，抽水量不定
б
土体反复受压缩过程
4）开采布局的影响
规律性：同样的开采量，集中布井方式产生的地面沉降量和
危害比分散布井方式大。
我国的成功经验不多，这就是为什么经纬仪退出历史舞台
测距仪退出历史舞台了 水准仪还在大范围使用的原因，就是因为一般 的全站仪和GPS都不能满足监测环境下的高程要求。
特点：设备昂贵，精度低，难以进行大规模布网

InSAR 技术
利用不同时间测量的地面图像相重叠而形成微分干涉
图像，图像中一个相干颜色条纹循环代表一定数量的地