地面变形地质灾害-地面沉降
地面沉降和地裂缝的评估与防治
降。这类地面沉降多为区域性的，在一定条件下随沉降伴生地裂缝。 洞穴塌陷包括岩溶塌陷和地下采掘洞穴塌陷，塌陷的范围局限于洞穴 和地下洞室的影响带。 （1）区域性地面沉降 （2）岩溶塌陷地面沉降 （3）地下采空区塌陷地面沉降
主要危害
（1）地面沉降及地裂缝会造成建筑物的直接破坏，如 房屋、桥梁破裂跨塌，地下管道、通道的断裂和破损 等。
S黏1ave0 •Dp•H
① ②黏 粉土 细1砂2，m，15现m地下S水位黏地表D下pE1•0mH
③粉质黏土，27m。15年S后水位S地黏 表下4S0m砂
④细中砂，7m
⑤粉质黏土，18m
⑥黏质粉土，7m
⑦页岩，50m
水 压 力 为 ： 1tf/㎡ =10kPa=0.01Mpa
第
1 层 沉 降 量 ： S1
地层资料及有关参数 表 6.5.3.1
层序 岩性 层 厚 层底埋 物理力学指标
备注
（m） 深（m） g (kN / m 3 ) e
a (MPa -1 ) E(MP
a)
1
粉土
12
12
18
086 0.332
5.6 目 前 地 下
2
粉细砂 15
27
17.5
12.0 水 位 为 地
3
黏 质 粉 27
54
18.6
在大多数情况下，这种压密可以认为是一维的。压密的时间延滞将随土层的透水性而
u 异。此压密过程一般仍近似采用Terzaghif 的经典固结方程表示，即：
p(suf)(uw 讲-u 义f)
u t
c0
2u z 2
8.2.3 地面沉降预测及估算方法 1．预测地面沉降的前提条件 (1) 查明场地的工程地质，水文地质条件，划分压缩层和含水层。 (2)进行室内外测试，取得抽水压密试验，渗透试验、前期固结试验、流变试
地面变形地质灾害类型和规律
贵州沿河一村庄发生地陷，村民跌入深坑失踪
2008年8月11日， 贵州沿河自治县 谯家镇韩家村桃 子坪发生一起地 面塌陷，造成一 人失踪，3间民 房及2亩耕地损 毁，危及附近农 户9户38人，房 屋24间。
2、损毁铁路、公路和水利设施
西安70米长路面塌陷，9辆货运汽车掉进 深约3米、长约70米的坑中附近群众以为 地震
基于SPOT-5图像解译的唐山市煤矿采矿沉陷区分布图 （李成尊等，2006）
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
地面塌陷
地裂缝
渗透变形
特殊岩土胀缩变形
2. 按地面变形的成因分类
内动力地面变形：地震裂缝、地震塌陷、构造地裂缝、火山地面变形等
水动力地面变形：由地表水和地下水运动引起的地面变形，如由江河湖海波浪和 水流冲蚀而形成的库岸再造、岩溶水动态变化造成的岩溶塌陷、过量开采 地下水引起的地面沉降、坡面流引起的地面冲刷等
2008年11月15日杭州地铁一号线地 面塌陷事故，造成75米的路面陷落 了15米，正在行驶的十一辆汽车包 括一辆公交车陷入坑内，17人死亡， 4人失踪。
我国东部岩溶区，铁路4010 公里，岩溶塌陷376处，近十 年间中断车1860小时，颠覆 列车3次。
3、引发矿井水患
2009年7月22日黑龙江省鸡西市鑫永丰煤矿发生采空区地面塌陷，形成面积 约3000m2、深10余米的塌坑，由于正值降雨，水与流沙大量涌入坑内，使 矿井淹没，23名当班矿工被困井下。地ຫໍສະໝຸດ 面沉西安大雁塔
降
太
原
市
无锡市
地面塌陷
地裂缝
随着人类活动的加强，人为因素已经成为 地面变形地质灾害的重要原因。
地面沉降地质灾害的特征、成因机制和防治措施
知识点22：地面沉降地质灾害的特征、成因机制和防治措施[P1]同学们，今天，我们的微课题目为地面沉降地质灾害的分布特征、成因机制和防治措施。
[P2]地面沉降又称为地面下沉或地陷。
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）。
[P3]据统计，目前世界上已有150多个国家和地区发生地面沉降，如美国、中国、日本、墨西哥、意大利、泰国、英国、俄罗斯、委内瑞拉、荷兰、越南、匈牙利、德国、印度尼西亚、新西兰、比利时、南非等。
[P4]下面我们从三个方面进行介绍，一是我国地面沉降地质灾害的分布特点，二是地面沉降地质灾害的形成机制，三是地面沉降地质灾害的防治措施。
[P5]先讲第一个问题：我国地面沉降地质灾害的分布特点[P6]据专门勘查和区域地形变测量结果分析，目前我国发生地面沉降的城市大约有70个。
累计沉降量达2米以上的有上海、天津、台北、宜兰、嘉义等5个城市，1米～2米的有西安、太原、沧州、苏州、无锡等5个城市，0.5米～1.0米的有北京、保定、嘉兴、常州、衡水、阜阳等6个城市，小于0.5米或沉降量不详的有54个城市[P7]从区域分布看，地面沉降活动主要发生在我国东部地区――尤其以沿海城市和华北平原等地区最严重。
在该区域内，发生地面沉降的城市或地区有的孤立存在，有的则密集成群或断续相连，形成大面积的地面沉降（带）。
主要有下列6个区（带）。
1、下辽河平原的沈阳－营口沉降区。
2、北部黄淮海平原的天津－沧州－衡水－德州－滨州－东营－潍坊沉降区。
属我国沉降范围最广，沉降幅度最大的地区。
地面沉降与区域地下水位在空间和时间上同步发展。
中心区主要在渤海湾西岸的天津市区及外围的宁河、安次、南堡、塘沽、静海、大港、黄骅、沧州一带；其次是冀中平原的衡水、冀县、枣强及外围地区；再次是鲁北平原的德州－滨州－东营－滩坊地区。
3、南部黄淮海平原的徐州－滨州－东营－潍坊地区。
【专业知识】地质灾害类型及特征
【专业知识】地质灾害类型及特征【学员问题】地质灾害类型及特征？【解答】地质灾害类型多时，则可分节描述地质灾害类型及特征，列表反映，文字指出整体、共性特性；地质灾害的主要类型有：滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷、地裂缝、地面沉降、地压灾害等，根据地质灾害类型分类描述。
（1）滑坡查明滑坡构成要素及变形的空间组合特征，确定其规模、类型、主要诱发因素，预测发展趋势，评价其对矿山工程项目的危害，提出拟采取的防治措施。
①滑坡发育位置、地形地貌及规模（长、宽、厚，单位：m，估计方量，单位：m3）；②滑坡的构成要素（滑坡周界、滑坡后壁、滑坡前缘、鼓丘、裂缝等）、变形的空间组合特征和变形迹象；③滑坡区地质条件（地层、岩性、地质构造及其组合关系等）、地下水、泉点及流量、地表水及湿地；④滑坡类型、诱发因素，结合地质条件和降雨特征分析滑坡形成机制及发展趋势；⑤灾害史：危害范围、对象及危害损失及处置情况；⑥当地整治滑坡经验；⑦附典型点剖面、照片，附表（滑坡特征表）。
（2）泥石流查明泥石流形成的地质条件、地形地貌条件、水流条件、植被发育状况、人类工程活动的影响，确定泥石流的形成条件、规模、活动特征、侵蚀方式、破坏方式及程度，预测泥石流的发展趋势及对矿山工程项目的危害，提出拟采取的防治措施。
①发育位置及规模（流域面积，单位：k㎡）②地质条件：地层、岩性、风化程度、地质构造；③地形地貌条件：沟谷长度（长、宽，单位：m），沟岸坡度，纵坡降（%），山坡坡度及植被发育状况，划分泥石流的形成区、流通区和堆积区，并描述三区特征；④泥石流物质组成，堆积扇分布范围、形态，堆积层次、厚度、粒径，堆积历史、速度，一次最大堆积量估算；⑤汇水条件，流量（l/s）及特征⑥固体物质补给来源及方式：沟床类、坡面侵蚀类、重力类及人工土堆积等，沟谷内滑坡、崩塌、岩堆发育情况；⑦泥石流活动历史、活动特征（时间、频数、规模、冲淤、变迁）、破坏方式及程度；⑧结合地质条件、降雨条件（暴雨强度、点降雨量）和水动力条件及人类活动情况（开矿弃渣、修路地切坡、砍伐森林、陡坡开荒、过度放牧等）分析泥石流形成机制及发展趋势；⑨灾害史：危害范围、对象及危害损失及处置情况；⑩附典型点剖面、照片，附表（泥石流特征表）。
地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治
地面沉降的监测与预测
地面沉降趋势的预测 虽然地面沉降可导致房屋墙壁开裂、楼房因地基
下沉 而脱空和地表积水等灾害，但其发生、发展 过程比较缓 慢，属于种渐进险地质灾害，因此，对 地面沉降灾害只能预测其发展趋势。目前地面沉降 预测计算模型主要有两种： （i）基于释水压密理论的土水模型， （ⅱ）生命旋回模型。
除上述措施外，还应查清地下地质构造，对高层建筑 物的地基进行防沉降处理。在已发生区域性地面沉降的地 区，为减轻海水倒罐和烘劳等灾害损失，还应采取加高固 防红堤，防潮提以及疏导河道，兴建排涝工程等措施。
4.2 滑坡灾害防治
基本定义： 滑坡:是斜坡上的岩体或土体，在重力作用下，沿一定的 滑动面整体下滑的现象。
地面沉降的原因：
（2）人为因素引起的地面沉降：
抽汲地下气、液体引起的地面沉降。抽取地下水而引 起的地面沉降，是地面沉降现象中发育最普通、危害性 最严重的一类；
大面积地面堆载引起的地面沉降；
大范围密集建筑群天然地基或桩基持力层大面积整体 性沉降——工程性地面沉降。 人为因素引起的地面沉降一般范围较小，但速率和幅度 比较大。人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局 部性增加荷载。将人为因素引起的地面沉降归属于地质 灾害现象进行研究和防治。
3
15 4
13
10
7
1
6 5
(a)平面
(b)剖面
滑坡要素平剖面示意图 1.滑坡体；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑坡台阶；5.滑动面
（带）；6.滑坡床；7.滑坡舌；8.主滑线；9.拉张裂缝；10. 主裂缝；11.剪切裂缝；12.羽毛状裂缝；13.鼓张裂缝；14.扇 形张裂缝；15.封闭洼地（滑坡湖）
（l）大型河流三角洲及沿海平原区 这些地区的地面沉降首先从城市地下水开采中心开始
十大地质灾害
我国10大类31种地质灾害的划分我国地质灾害可划分为10大类31种：1、地震：天然地震、诱发地震2、岩土位移：崩塌、滑坡、泥石流3、地面变形：地面塌陷、地面沉降、地裂缝4、土地退化：水土流失、沙漠化、盐碱（渍）化、冷浸田5、海洋（岸）动力灾害：海面上升、海水入侵、海岸侵蚀、港口淤积6、矿山与地下工程灾害：坑道突水、煤层自燃、瓦斯突出和爆炸、岩爆7、特殊岩土灾害：湿陷性黄土、膨胀土、淤泥质软土、冻土、红土8、水土环境异常：地方病9、地下水变异：地下水位升降、水质污染10、河湖（水库）灾害：淤积、塌岸、渗漏（一）地震1、分布发育概况进入20世纪以来，在我国境内（包括台湾及临近海域）发生大于或等于8级的巨大地震共9次；发生大于或等于7级的地震约80次，其中1949～1990年发生了52次。
我国的构造地震分布非常广泛，除浙江、贵州两省外，其余各省都有6级以上地震发生。
水库诱发地震自60年代以来，目前至少以在11个省的15座水库发生，其特点是与水库蓄水有明显关系。
地震在我国大陆地区具明显的西强东弱、西多东少的发育分布规律。
如本世纪以来发生的9次大于或等于8级大地震，除2次8级发生于台湾临近海域外，其余均发生于西部省份。
我国地震烈度Ⅶ度以上的地区主要分布于西部地区，东部地区除了台湾外，Ⅶ度以上地区的面积相时少得多。
地震在空间分布上表现了不均一性，往往呈带状分布。
近100年发生的地震表明，地震基本上是围绕这26条活动断裂系发生的。
我国地震活动的周期性和重复性呈现出成群分布，活跃高潮与低潮相互交替的活动格局。
东部一个周期长约300年左右，西部为100～200年左右，台湾为几十年。
2、危害状况地震灾害以突然、隐蔽为特点，一旦成灾，极易造成巨大的人员伤亡和重大的经济损失。
1901～1980年间，我国地震共死亡61万人，其中死亡人数在千人以上的地震即达31次。
1949年以来，地震就造成死亡27.4万人，伤残76.5万人，居群灾之首，同时地震还造成倒房600万间，直接经济损失数百亿元。
地面沉降
第四章地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治4．1 地面沉降灾害防治一、地面沉降的定义：指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。
二、地面沉降的原因：（1）自然因素：①新构造运动以及地震、火山活动引起的地面沉降；②海平面上升导致地面的相对下降（沿海）；③土层的天然固结（次固结土在自重压密下的固结作用）。
自然因素所形成的地面沉降范围大，速率小。
自然因素主要是构造升降运动以及地震、火山活动等一般情况下，把自然因素引起的地而沉降归属于地壳形变或钩造运动的范畴，作为一种自然动力现象加以研究。
（2）人为因素：①抽汲地下气、液体引起的地面沉降。
抽取地下水而引起的地面沉降，是地面沉降现象中发育最普通、危害性最严重的一类；②大面积地面堆载引起的地面沉降；③大范围密集建筑群天然地基或桩基持力层大面积整体性沉降——工程性地面沉降。
人为因素引起的地面沉降一般范围较小，但速率和幅度比较大。
人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。
将人为因素引起的地面沉降归属于地质灾害现象进行研究和防治。
三、地面沉降的成因机制和形成条件（一）地面沉降的成因机制由于地面沉降的影响巨大，因此早就引起了各国政府和研究人员的密切注意。
早期研究者曾提出一些不同的观点，如新构造运功说、地层收缩说和自然压缩说、地面动静荷载说、区域性海平面上升说等。
大量的研究证明，过量开采地下水是地面沉降的外部原因，中等、高压缩性粘土层和承压含水层的存在则是地面沉降的内因。
因而多数人认为沉降是由于过量开采地下水、石油和天然气、卤水以及高大建筑物的超量荷载等引起的。
在孔隙水承压含水层中，抽取地下水所引起的承压水位的降低，必然要使含水层本身及其上、下相对隔水层中的孔隙水压力随之而减小。
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山孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。
由水承担的部分称为孔隙水压力（p w），它不能引起土层的压密，故义称为中性压力；而由土颗粒骨架承担的部分能够直接造成上层的压密，故称为有效应力（p s）；二者之和等干总应力。
如何进行地面沉降监测与地质灾害预警
如何进行地面沉降监测与地质灾害预警地面沉降监测与地质灾害预警是一项重要的工作，它对保障社会安全和经济发展有着至关重要的作用。
在如今城市化进程不断加快的背景下，准确监测地面沉降和实时预警地质灾害，对于防止灾害事故的发生至关重要。
本文将从监测技术、数据分析及预警体系等方面来探讨如何进行地面沉降监测与地质灾害预警。
首先，地面沉降监测是通过利用先进的测量仪器和技术手段，对地表的沉降情况进行实时监测和分析，以获取准确的沉降数据。
目前，常用的地面沉降监测技术包括全站仪测量、GPS测量、卫星遥感及激光雷达等。
全站仪测量是一种常见的测量方法，它能够通过测量地面控制点的坐标变化来判断地面是否发生了沉降。
GPS测量技术则通过接收来自卫星的信号，计算出地面控制点的坐标变化情况，得出地面沉降情况。
卫星遥感技术则通过卫星传感器对地面变形进行观测，利用图片和图像来分析并判断地面是否沉降。
激光雷达技术则通过激光束扫描地表，得出地面沉降的数据。
这些监测技术各有优缺点，应根据具体情况选用合适的技术手段。
其次，地质灾害预警是指在地质灾害即将发生或正在发生前，通过预测和预警系统来提前采取措施，以保障人民生命财产安全。
目前，地质灾害预警主要采用了传感器网络、数据分析、人工智能等技术手段。
传感器网络是构建预警系统的核心，它通过部署在地质灾害易发区域的传感器，实时监测地下水位、地表位移、地壳运动等指标，及时发现异常情况。
数据分析则是对传感器获取的大量数据进行处理和分析，通过建立数据模型和算法，对地质灾害的发生进行预测。
人工智能技术则是通过机器学习、深度学习等算法，从大数据中寻找规律和趋势，进一步提高预警系统的准确性和灵敏度。
在实际操作中，地面沉降监测与地质灾害预警需要建立完善的监测网络和预警体系。
监测网络的建立需要充分考虑地质环境和灾害风险等因素，合理选择监测点的位置和布局。
预警体系的建立需要进行数据共享和信息传递，各个部门之间要加强联动合作，形成统一的预警指挥中心。
地面沉降-中国城市不能承受之重
2、地下工程中的排水疏干与突水（突泥） 作用：矿坑、隧道、人防及其他地下工 程，由于排疏地下水或突水（突泥）作 用，使地下水位快速降低，其上方的地 表岩、土体平衡失调，在有地下空洞存 在时，便产生塌陷。这类人为活动对岩 溶地面塌陷所起的作用极大，由此所生 产的岩溶地面塌陷的规模和强度最大， 危害最重。我国许多矿区、铁路隧道中 岩溶地面塌陷均由这类活动所致。
地面沉降造成的海平面相对升高， 也不利于防御洪涝旱害。浙江省温 岭市的西部平原，因为地面沉降， 其农田地面低于或接近正常河水位 的面积达9740亩。由于处于长期 受淹或在汛期受淹，这部分农田至 今还无法种植水稻。
经中国地质调查局等部门的评估，长
三角因地面沉降造成的经济损失共计 为3150亿元。其中上海地区最甚，直 接经济损失为145亿元，间接经济损失 为2754亿元。
4、西安市 地面沉降发现于1959 年、1971年后随着过量开采地下水 而逐渐加剧。1972—1983年，最大 累计沉降量777毫米，年平均沉降 量 30—70 毫 米 的 沉 降 中 心 有 5 处 。 1983年后，西安市地面沉降趋于稳 定发展，部分地区还有减缓的趋势。 到1988年最大累计沉降量已达1.34 米，沉降量100毫米的范围达200平 方公里。
北京市地面沉降引发的次生灾害
1、地面裂缝两侧不均匀下沉，破坏建 筑物及道路工程；
2、损坏井管，排水管道功能降低； 3、城市地面水准高程变化； 4、河水倒灌； 5、淡水含水层咸化。
地表松散地层或半松散地层等在重力作用 下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬 岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生 沉降。
了缓和作用，是一种辅助性措施。
3、人工回灌地下含水层：实际上是用人 工的灌水方法补充地下水量，以提高地 下水位，达到缓和沉降速率的效果。
地质灾害之四地面沉降地裂缝地面塌陷
2. 非构造成因
不同地区由于其地质结构与影响因素不同，导致其地 面沉降的范围与沉降速率不同。一般而言，地面沉降 的面积较大，沉降速率多在80mm/a以上。
二、分布特征
分布：平原、盆地的大城市和油气开发区 沉降速度：几～几十厘米/年。 沉降量：几米～近十米。
我国的地面沉降区
大型河流三角洲及沿海平原区（上海、天津、 沧州等） 小型河流三角洲区（福州、湛江、宁波等） 山前冲洪积扇及倾斜平原区（北京、保定、郑 州等） 山间盆地和河流区（西安、太原、运城等）
北京市的地面沉降（最大速率）：
1966年以前：缓慢形成，2～5mm/a。 1966～1973年，加速，10mm/a。 1973～1981年，快速发展，50mm/a。 1981年以后，下沉减缓，29mm/a。 1966年地下水开采量增加，70年代中期猛增。
2. 地下油气开采
开采油气造成地下压力亏损，引起地 面沉降。
三、形成机制
（一）形成的地质条件 （a）松软的第四纪沉积物 黏土 粉砂质黏土 黏土质粉砂 粉砂 细砂 粗砂 砾石 （b）新构造运动的沉降区
地面沉降的地质环境
近代河流冲积环 境模式
近代三角洲平原 沉积环境模式
断陷盆地沉积环 境模式：临海式 断陷盆地；内陆 式断陷盆地
（二）地面沉降的致因
如加州的长滩市的地面沉降量达9 米。我国的大庆、胜利油田都出现地 面沉降。
3. 人类工程
地面建筑物增多，负荷过重。 地下隧道 如意大利的比萨斜塔：
1173～1185年，建 至3层，塔发生倾斜。 1274～1284年，建 至7层，塔斜增加。 1350年，塔建成， 塔顶偏离中心1.5m。
4. 新构造运动、火山喷发
地面塌陷与地面沉降区别
岩溶塌陷是在有覆盖土的岩溶发育区，在特定的水文地质条件下，岩面以上的土体遭到流失迁移而形成土中的洞穴和洞内塌落堆积物以及引发地面变形破坏的总称。
土洞是岩溶的一种特殊形态，不良地质现象，由于发育速度快、分布密，对工程的影响有时甚至大于岩洞。
岩溶塌陷虽有突发性，但其前身的土洞，是在某些因素作用下，多数是长期发育而形成的。
因而，对土洞的调查、勘探、治理和预报是岩溶塌陷区重要的岩土工程工作之一。
覆盖型岩溶地区的岩溶塌陷是由覆盖层中的土洞发展而发生的，其演化过程如见图5.2-1所示。
自然的因素是长期地和经常地通过影响地下水的水质、水量、水力来溶蚀可溶岩、潜蚀土层而孕育、发展土洞的；人为的因素则通过这些作用加速土洞的发展，加强塌陷的规模，加剧塌陷的危害。
岩溶塌陷的基本条件有以下三方面：(1) 基岩的岩溶发育程度岩溶塌陷处下伏基岩的岩溶发育程度是强烈的，而岩溶发育程度弱的地段则塌陷少见。
岩溶塌陷主要是与浅部岩溶发育程度密切相关。
浅部岩溶是指基岩表面的溶芽和溶沟槽部分，和低基岩面以下约10m范围内的洞穴或溶隙发育段。
可用钻探、物探等方法测量。
基岩面的起伏程度，可用单位面积的溶沟槽数量、基岩面埋深的均方差来表征。
图5.2-1 岩溶塌陷框图(2) 土层的性质土层是土洞形成和塌陷发生的物质基础。
土层的成因类型、矿物成分、岩性、颗粒成分、结构构造、物理力学性质、水理性质、状态、厚度等，影响着土洞的形成和发展的快慢，土层的厚度，还控制或影响塌陷的形态与规模。
(3) 地下水的活动特征地下水的活动是土洞的形成、发展，以致破坏的最活跃的因素。
特别是水位在基岩上下波动的幅度和频度，对崩解和搬运土粒和流土。
的速度有重要作用。
地下水的活动还改变土的含水量、塑性状态或因湿胀干缩而出现裂隙等。
地裂缝的分类及其特征类别性质和特征典型实例地震构造地裂缝简称地震地裂缝，是强烈地震时深部震源断裂在地表的破裂形迹，其性质和分布特征受震源断裂的控制，其产状与发震断裂基本一致，有明显的瞬时水平位移和垂直位移；一般以张性或张扭性为主，也有压性和压扭性的；裂缝呈雁行多组排列，断续延伸；在剖面上裂口上大下小，至地表下一定深度处尖灭；其断距是上大下小，它与随深度而积累断距的地震断层有区别，是震源波动场的产物。
地面沉降、地裂缝、地面塌陷地质灾害危...
4.3 上海市地面沉降 (摘自上海市地质调查研究院成果)
4.3.1 地面沉降动态
F16
F11
F17
4.3.2 地面沉降与地下水开采分析
图4-2-13 第2含水层采灌量与地下水位
图4-2-14 第3含水层采灌量与地下水位
图4-2-15 第4含水层采灌量与地下水位
图4-2-16 第5含水层采灌量与地下水位
谢 谢！
佛罗里达州温特帕克的落水洞
（b）从空中 看，这个坑 几乎完全对 称。 （a）开始 沉下去不久， 注意昂贵的 赛车掉入坑 内。 （c）堵塞后 的景观，落 水洞地区现 在成了一个 城市公园。
表示岩溶地区有 断开的河流，上 百个湖泊和几千 个落水洞。佛罗 里达州中部下伏 第三纪欧卡拉灰 岩，沿海地带由 年轻的碎屑砂质 沉积组成。这张 图解释了沿着该 州南北轴向的岩 溶地区位置。
C2—1—3 唐山地造成 的喷水冒砂 区分布图震
（a）圣华金河谷位置。湿陷土几乎完全沿河谷西界分布， 因抽地下水引起的沉降在整个河谷随处可见。（b）在河谷 的湿陷土中，做注水试验的小块地。这小块地的总沉降达到 3m（10英尺）。
3、土体收缩
3.1 季节性收缩试验
3.2 树根效应 3.3 粘土收缩效应
5.1 张裂隙发育成地裂缝
5.2 不均匀沉降引起张裂隙 实例5—1 西安地裂缝成因及治理措施
实例5—2 苏锡常地区地裂缝成因分析
实例5—3 亚利桑那州菲尼克斯的地裂缝
5.1 张裂隙发育成地裂缝
图5-1 地裂缝发育概图（Bell 1981）
西安地裂缝分布 面积约155km2， 由11条地裂缝组 成，其中最长的 有20余公里。
佛罗里达州中部的卫星照片
实例 武汉市陆家街地区岩溶坍陷
地面变形地质灾害
陆家街地区岩溶地面塌陷预测分区图 1.相对稳定区；2.潜在塌陷区；3.塌陷危险区；
4.区；5.亚区；6.塌陷坑
7 、构造与火山活动引起的沉降 7.1 构造和火山活动引起沉降的过程概述 7.2 地震活动引起沉降图解 7.3 地壳运动引起自然沉降
图7-2 主要地壳 运动引起自然沉
(2)一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而 丧失或降低了港湾设施的能力;
(3)桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通.
(4)在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂 直沉陷而发生的较大水平位移，往往会对许多地 面和地下构筑物造成巨大危害;
(5)在地面沉降区还有一些较为常见的现象， 如深井管上升、井台破坏，高摆脱空，桥墩的不 均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害， 但也会给市政建设的各方面带来一定影响。
图C5-2-1 江阴——无 锡地裂缝分布图（吴 士良、王瑞久，2001） 1、基岩残丘； 2、地 面沉降等值线（m）；
3、地裂缝及方向
6、岩溶坍陷 6.1 碳酸盐岩地区的地基问题 6.2 灰岩岩层中自然坍陷发育的基本特征 6.3 岩溶坍陷的概要 6.4 充泥洞穴内压密作用引起坍陷 6.5 洞穴充填物的地下侵蚀过程
实例5—1 西安地裂缝成因及治理措施 实例5—2 苏锡常地区地裂缝成因分析 实例5—3 亚利桑那州菲尼克斯的地裂缝
地裂缝主要发生在河北、山西、贵州、陕西、 山东、吉林、江苏、内蒙古、浙江等省 （区） ，多为地下水开采、煤矿采空区及降 雨等因素造成
5.1 张裂隙发育成地裂缝
图5-1 地裂缝发育概图（Bell 1981）
已知饱水砂体的抗剪强度τ由下式确定：
τ＝（σn-pw)tgφ= σ0·tgφ 式中：pw为孔隙水压；σ0为有效正压力。在地震
地面沉降的灾情评估及防治措施
吉林大学精品课>>专门水文地质学>>教材>>专门水文地质学§13.3地面沉降的灾情评估及防治措施一、地面沉降的概念及产生原因地面沉降（Land Subsidence）是指在自然因素或人为因素影响下发生的幅度较大、速率较大的地表高程垂直下降的现象。
地面沉降，又称地面下沉或地陷，是指某一区域内由于开采地下水或其它地下流体所导致的地表浅部松散沉积物压实或压密引起的地面标高下降的现象。
意大利威尼斯城最早发现地面沉降。
之后随着经济发展，人口增加和地下水（油气）开采量增大，世界上许多国家如美国、日本、墨西哥、欧洲和东南亚一些国家均发生了严重的地面沉降。
地面沉降的特征是主要发生于大型沉积盆地和沿海平原地区的工业发达城市及油气田开采区。
其特点是涉及范围广，下沉速率缓慢，往往不易被察觉；在城市内过量开采地下水引起的地面沉降，其波及的面积大；地面沉降具有不可逆特性，就是用人工回灌办法，也难使地面沉降的地面回复到原来的标高。
因此地面沉降对于建筑物、城市建设和农田水利设施危害极大。
经过对地面沉降的长期观测和研究，对地面沉降的主要原因已取得比较一致的看法。
地面沉降的原因颇多，有地质构造、气候等自然因素，也有人为原因。
人类工程活动是主要原因之一，人类工程活动既可导致地面沉降，又可加剧地面沉降，其主要表现在以下几方面：1. 大量抽取液体资源(地下水、石油等)、地下气体(天然气、沼气等)活动是造成大幅度、急剧地面沉降的最主要原因；2. 采掘地下团体矿藏(如沉积型煤矿、铁矿等)形成的大范围采空区，及地下工程(隧道、防空洞、地下铁道等)是导致地面下沉变形的原因之一。
3. 地面上的人为振动作用(大型机械、机动车辆等及爆破等引起的地面振动)在一定条件下也可引起土体的压密变形。
4. 重大建筑物、蓄水工程(如水库)对地基施加的静荷载，使地基土体发生压密下沉变形。
5. 由于在建筑工程中对地基处理不当，即地基勘探不周。
地质灾害(地面塌陷、地面沉降、地裂缝)
2)地基基础措施
①当条件允许时，尽量采用浅基，充分利用上覆性能较好的土层为 持力层或使基底与洞体间保留相当厚度的完好岩体。 ②当以岩石作持力层时，局部加深基础，通过钻孔灌注桩或墩穿过 单个洞体，使基础荷载传递到下部完好的岩体上 ③对已外露的浅埋洞隙，可采用挖填置换，清理洞隙后以碎石或混 凝土回填。当洞体深度较大，而两侧岩体完好，可挖填至一定深度，回 填体断面呈倒梯形，对有地下水活动的洞体，应回填反滤层并留有水流 排泄之通道。 ④当顶板薄、跨度大时，可在洞底设置附加支撑以减少洞跨，也可 加固洞顶，用浆砌块石嵌补洞顶岩体及洞隙边坡。 ⑤当洞体开口较小，开挖清理困难时，可用灌浆填塞，灌填材料视 要求而定，可选用砂石砂浆或混凝土，也可用小压力灌浆法加固基底下 一定厚度的溶隙及破碎岩体。
1986年．广西忻城大塘乡遭遇春旱，地下水位下降 产生了40多个塌陷，4月底一场大雨后，塌陷增至140多 个，使两幢房屋倾倒，地面多处裂缝。村舍变电所场地 开挖后，雨水蓄积渗入，也导致地面塌陷。
3．河水涨落致地面塌陷 岩溶裂隙、洞穴管道中的地下水与附近河水相通时， 随着河水位的升降，横向发育的岩溶裂隙、管道中的地下 水位也随之升降，这种作用也可导致地面的塌陷。 广西都安县位于红水河岸的一段公路，由于受河水涨 落影响，公路路面上发生了塌陷。
4.2 地面塌陷分类
根据地面塌陷成因的主要原因可分为： ①自然地面塌陷；②人为地面塌陷；③复合型（自 然——人为）塌陷。 根据塌陷区是否在喀斯特地区的岩溶发育地段分为： ①岩溶地面塌陷；②非岩溶地面塌陷。 按塌陷坑数量分为：塌陷坑大于100个者为巨型塌陷、 50～100个者为大型塌陷、10～50个者为中型塌陷、小于 10个者为小型塌陷。 在各类地面塌陷中，我国以岩溶地区塌陷分布最广， 已有22个省(区)发生此类地面塌陷，危害最重。矿山采空 区地面塌陷的分布和危害仅次于岩溶地面塌陷。
10 地面变形地质灾害(地面沉降)
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。
根 据 2009 年 国 土 资源部的调查与 监测结果显示， 全国累计地面沉 降量超过200毫米 的地区达到7.9万 平方千米，发生 地面沉降的城市 超过50个。
中国地面沉降的地域分布具有明显的地带性，主要位于厚层松散 堆积物分布地区。 （1）大型河流三角洲及沿海平原区——长江/黄河/海河/辽河下游平 原和河口三角洲地区
地面沉降尤其是不均匀沉降及其引发的地裂 缝，会造成铁路的路基沉降、桥梁裂缝、沥青路 面开裂、地下管道错断、供水井井管上升、泵房 报废等；
特别是对标高要求严格的堤坝、水闸、桥梁、 铁路、高架道路等基础设施标高一旦降低，将使 得安全运营和维护成本增高，造成的房屋开裂倒 塌，甚至直接威胁到人的生命安全。
建筑物受损
2003年2月28日因地面不均匀沉降 错断西安子午路2m粗的供水管道
2002年12月10因地面不均匀沉降错断 西安翠华南路2米粗的供水管道
西安大雁塔
太
原
市
无锡市
太 原 市
江阴长泾
西 安 长 安 路
建筑物受损
珠海西区海华新村住宅区落成仅10年，地面沉降最大达1.5m
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
（4）山间盆地和河流谷地区——陕西渭河盆地/山西汾河谷地及 一些小型山间盆地(西安，咸阳，太原，运城等)
地面沉降地质灾害危险性评估方法
• 以温岭市石粘至松门一级公路地质灾害危险性评估报告为例， 说明如下:
• （1）根据地质条件对比，选择嘉兴市地面沉降研究成果作为本 次评估的依据。
• 即地下水位与沉降速率呈指数函数相关，回归方程为:
• S′=1.374e0.0758h
• S′——沉降速率(mm)计算值
• h ——平均水位（标高绝对值，m）
• 3.4 工程建设可能遭受地面沉降危险性预测评估
• 本节内容是“预测评估”的内容之一。也是对已 经发生地面沉降的地区进行地面沉降趋势预测, 并分析其对拟建工程的影响及其危害。
• 3.4.1 环境地质比拟法估算地面沉降量
• 本法是采用研究程度较高且地质环境条件相类似 地区的研究成果, 进而估算评估区拟建工程规划 （设计）年限内累计沉降量进行预测的方法, 是 一种经验类比法。
• （2）对建筑工程的危害: ①桥梁墩（台）下沉，使桥 下净空减少；②建筑地坪下沉，使地下管道坡度改变， 重力排水功能失效；③道路工程，由于地面沉降，使 潜水位相对“升高”且地面积水也相应增加，将使填 方路基的强度和稳定性造成不利影响，同时使路基排 水系统不畅乃至失效；④深井井台和桩基建筑物承台 与地坪脱开而相对上升等。
• 1.4.3评估内涵: 指由于常年抽汲地下水引起水位或 水压下降而造成的地面沉降，不包括由于其他原因 所造成地面沉降。
• 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
• 浙江省地面沉降均发生于经济最发达的沿海平原，自北 而南有杭（州）嘉（兴）湖（州）平原、宁（波）奉 （化）平原、温（岭）黄（岩）平原和温（州）瑞（安） 平原等地。地面沉降的产生均由于大规模开采平原区深 部孔隙承压淡水体所致。由于大量开采地下水导致地下 水位大幅度下降形成区域地下水下降漏斗，漏斗中心与 地面沉降中心基本一致。截止2003年，各地地面沉降现 状如下表所示。嘉兴市及宁波市自上世纪八十年代后期 起逐渐压缩地下水开采量，地面沉降速率分别自 42.35mm/a降至20、10mm/a以下。
地质灾害(地面塌陷、地面沉降、地裂缝)
整理版ppt
3
昆明新机场岩溶强发育带中所见现象
在预报位置 kh411 ： 一场降雪 后发生了 长６米、 宽２米、 深30公分 的长椭园 形塌陷。
整理版ppt
4
2．地表水、大气降水渗入致地面塌陷
当地表水、大气降水渗入地下时，水在岩、土体内 的孔隙中运动，产生了一种垂向渗透力，改变了岩、土 体的力学性质。当渗透压力值达到一定强度时，岩、土 体结构遭到破坏，随着水流产生流土或管涌运移，进而 形成土洞，最后导致地面变形、塌陷。地表渗水包括： 河湖地表水、输水管渗漏或场地排水不畅引起地表水、 工厂排污的化学污水和雨水等下渗。其中以雨水渗入致 塌最为常见，尤其是碳酸盐岩分布的岩溶地区，人为挖 掘的场地、机场、道路等降雨掺入后产生塌陷较为突出。
我国对地下水开采引起地面沉降的研究始于20世纪60年 代上海市地面沉降的研究。上海市的地面沉降从1921年至 1965年间处于一个发展期，1965年以来，经采取压缩地下水 的开采量，进行人工回灌措施，逐步得到控制。
但自从20世纪80年代以来，随着城市建设的加速发展， 地面沉降已波及到50多个城市，其中包括了滨海平原及河流 三角洲地区的城市如上海、天津、沧州、宁波、嘉兴、湛江、 海口、台北、基隆等；东部近海冲积平原，如长江下游的苏 州、无锡、常州，黄淮海河平原的北京、德州、沧州、郑州、 阜阳、荷泽、邯郸等，松辽平原的沈阳、哈尔滨、佳木斯等； 以及一些内陆盆地城市，如整西理版安ppt 、太原、大同、包头等。26
3．岩溶塌陷（土洞）地表塌陷的处理 (1)地表水形成的土洞
它的形成和发展往往与人类活动有关，如排水不畅，水流集中下渗 所致。应认真做好地面水截留、防渗、补渗，杜绝水流人建筑区。对已 形成之土洞，可采用挖填配合梁板跨越处理。
地质灾害(地面塌陷、地面沉降、地裂缝)
广西合山电厂灰场塌陷 1999年5月6日
广西玉林莲塘塌陷
桂林体育场塌陷 1996年
岩溶塌陷形成演化过程示意图
4.3 岩溶地基处理方法
1．岩溶地基处理的一般原则
(1)重要建筑物宜避开岩溶强烈发育区； (2)当地基含石膏、岩盐等易溶岩时，应考虑溶蚀继续作用的不利影 响； (3)不稳定的岩溶洞隙应以地基处理为主，并可根据其形态、大小及 埋深，采用清爆换填、浅层楔状填塞、洞底支撑、梁板跨越、调整柱距 等方法处理； (4)岩溶水的处理宜采取疏导的原则； (5)在未经有效处理的隐伏土洞或地表塌陷影响范围内不应作天然地 基。对土洞和塌陷宜采用地表截流、防渗堵漏、挖填灌填岩溶通道、通 气降压等方法进行处理，同时采用梁板跨越。对重要建筑物应采用桩基 或墩基； (6)应采取防止地下水排泄通道堵截造成动水压力对基坑底板、地坪 及道路等不良影响以及泄水、涌水对环境的污染的措施；
地质灾害概述（二）
地面塌陷、地面沉降、地裂缝
主讲人：赵其华
成都理工大学环境与土木工程学院
精品课件四. 地面塌陷地面塌陷指在人为和自然地质因素作用下，地表岩、土 体中洞穴顶部向下断错坍塌，形成塌陷坑、塌陷洞、塌陷槽 的一种地质现象。
4.1 地面塌陷成因
地面塌陷，实质上是岩、土体内洞穴的抗塌力(洞穴顶 部支撑力)小于致塌力的结果。
精品课件
5．荷载导致地面塌陷
在有隐伏洞穴部位上人为增载(建筑物荷载、人 为堆积荷载等)，当这些外部荷载超过洞穴拱顶的承受能 力时，将引起洞穴直接受压破坏，从而致使地面塌陷。
6．矿山采空致地面塌陷
地下采掘活动形成的采空区，其上方岩、土体 失去支撑，导致地面塌陷。这种由于矿山采动引起地面 塌陷的主要原因是人为活动。此类地面塌陷在许多矿区 都有发生，并造成相当程度的危害，即损坏交通设施、 水利设施、建筑物、道路、农田等，甚至引起山体滑坡 和崩塌。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三
、 地 1.地面标高损失，地表积水，放泄洪能力下降
面
沉
曼谷 邢台 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，
强调自己地势低，污染物也容易聚集
降
的 2.标高降低，海平面升高，双重因素，海水倒灌，
危 桑田变沧海了。
害 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。
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
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 火山活动 地面加载 （2）人为因素
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
（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
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》
详细讲
不均匀沉降危害更大，造成房屋倾斜、开 裂、倒塌。
地面不均匀沉降错断供水管道
建筑物受损
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
小 形量要
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
（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
归属于地壳形变或构 造运动的范畴，作为 形自成然的动地力面现沉象降加范以围研 大究、速率小
归形属成于的地质面灾沉害降现范象围 进小行、研速究率和防幅治度较大
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
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
天津市 基底下降形成的沉降值约为1.7mm/a
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
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）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；
二、我国地面沉降现状
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
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
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；
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。
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。
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