地面沉降、地裂缝、地面塌陷地质灾害危险性评估

图C5-3-3 显示 亚利桑那州南部 地裂缝与地下水 下降和地貌关系 的示意图 A和B盆地和山 脉的理想化演化。 C由于地下水下 降形成的地裂缝
亚利桑那州中 南部的水位下 降，地面沉降 与地裂缝
图C5—2—2 地裂缝成因模式
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
上海外滩百年巨变，外滩防汛墙不断加高的过 程从侧面反映了市区地面沉降的演化历史！

4.4 上海地面沉降选例
(摘自上海市地质调查研究院成果)
4.4.1 京沪高速铁路(上海段)
图3-4-3 京沪高速铁路(上海段)工程地质分区图
图4-2-2 京沪高速铁路(上海段) 1980-1995沉降等值线
图4-2-3 京沪高速铁路(上海段) 1995-2001沉降等值线
4.4.2 南浦大桥
南 浦 大 桥
4.3.3 延安东路隧道
4.4.4 地铁二号线
由于地铁等线型市政设施穿越不同沉降 速率的空间，不可避免地受到不均匀沉降的 影响！

区域地面沉降是地铁 一、二号线隧道变形 的主要影响因素。 盾构掘进中扰动土体 产生的固结变形随时 间逐渐趋于稳定后， 隧道变形则表现出区 域地面沉降动态的规 律。
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。
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
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。
谢 谢！
图8-2 洞室边 壁的收敛 E 单点伸长计； M多点伸长计
图8-3 一些典型 伸长计的时间-变 形曲线
图8-4 多点典 型伸长计在洞 室边壁不同深 度上测到的变 形量
图8-5 温度对混凝土建筑变形的影响曲线
8.4 和采煤巷道有关的应力再源自文库布
8.5 和采煤 巷道有关的 地下活动
结 语 补充材料： 亚利桑那州地面沉降和地裂缝成因 菲尼克斯市地裂缝 亚利桑那州中南部地裂缝 地裂缝成因的研究历史 地裂缝研究的小结
图4-2 含水层 压密过程模拟 弹簧，静水压 力，过剩压力
图 10.7 降 落 漏 斗 的 形 成与效应
（A）在潜水含水层中， 一个抽水井周围降落 漏斗的水位下降。
（B）重迭的降落漏斗 造成水位的净下降， 浅井干枯 。
•图10.9过度 开采地下水 引起的地面 沉降使威尼 斯下沉，慢 慢淹掉具有 建筑艺术的 宝库。
前言
地质事件本身具有二大特点： 1）事件都不完全相同； 2）事件都不是单因素造成。 所以地质事件不存在有模式可套，只
能从最基本的原理去分析和掌握。
本讲义要着重介绍一些基本原理和
实际例子。
1、坍陷（沉降）的定义 坍陷、沉降（Subsidence），该 专有名词用于地壳表面，通常定义为
地面的点下沉到更低的水平位置。换
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6—1 贵州瓮福磷矿供水的抽水试验 实例6—2 武汉市陆家街地区岩溶坍陷
岩溶地形的 地面和地下 特征
图6-2 充泥洞穴压密作用引起坍陷 A.原水面 B.
图4-2-5 第2含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图
图4-2-6 第3含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图
图4-2-7 第4含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图
图4-2-8 第5含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图
4.3.3 地面沉降体积和地下水开采水 量体积大致相当
上海市1980~1995年累积地面沉降图
8、人工开挖引起的坍陷 8.1 地下采煤沉陷机理的发现 8.2 地下采煤引起岩层的非弹性变形 和时间有关 8.3 地下硐室开挖的精密测量 8.4 和采煤巷道有关的应力再分布 8.5 和采煤巷道有关的地下活动 8.6 岩石扩容的基础理论
8.2 地下采煤引起岩层的非弹性变形 和时间有关
8.3 地下硐室开挖的精密测量
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
自1977年以来，陆家街地区及周围已发生多次地
面塌陷，计有：
1977年汉阳中南轧钢厂堆料场塌陷
1983年阮家巷塌陷 1988年武昌陆家街塌陷
1999年茅坦村小学塌陷
2000年2月武昌司法学校塌陷
2000年4月青菱乡烽火村塌陷
陆家街降水潜蚀-重力 致塌形成过程模式略图 h1孔隙水位 ；h2岩溶 水位；h3混合水位
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 降基本特征
在1964年耶稣 受难节，阿拉 斯加地震导致 沉降和上升 （倾斜）的地 区，发生的沉 降达到1m。
地面沉降、地裂缝、地面塌陷 地质灾害危险性评估
王瑞久
坍陷（沉降）的分析调查

前言 1、坍陷（沉降）的定义 2、土体压密 3、土体收缩 4、地面沉降 5、地裂缝 6、岩溶坍陷 7、构造与火山活动引起的沉降 8、人工开挖引起的坍陷 结 语 补充材料 亚利桑那州地面沉降和地裂缝成因
3.4 土体收缩过程概要
实例3—1 茂名民房裂缝和膨胀土
图3-1 树根效应（SHE 1965）
4、地面沉降
4.1 含水层弹性的概念
4.2 含水层压密引起沉降的模拟 4.3 水位下降引起沉降过程概要
实例4—1 上海市地面沉降监测资料
实例4—2 上海地面沉降和开采水量关系
4.1 含水层弹性的概念
4.2 含水层压密引起沉降的模拟
水平下降引起钙质红土和充填物压密
图6-3 由于抽水引起 灰岩充填物的地下侵蚀 A.水位下降前的平衡状 态；B.水位下降，随着 向上侵蚀过程使通道被 排空，出现活跃的地下 侵蚀（潜蚀进入开阔的 洞穴）；C.洞穴的顶部 逐渐坍陷，可能短期内 受铁化中砾标志层的抑 制；D.最后的拱顶坍陷， 形成了被同心球状张力 裂缝包围的落水洞
苏锡常地区地裂缝对房屋造成严重破坏
图C5-3-2 亚利桑那州 卡萨格兰德西南约 32km泰布尔山附近显 示地裂缝的航空照片 A.小比例尺航片，箭 头指向地裂缝
图C5-1-1 西安市地裂缝与地貌的关系图
5.2 不均匀沉降引起张裂隙
图5-2 与地裂缝有 关的三种地质条件 （M.K.Larson and T.L.Pewe 1986）

地铁二号线隧道平均累计沉降量为40.3毫米，东方路—人民广场 区间隧道累计沉降量为59.7毫米。 隧道穿越黄浦江段沉降量明显小于相邻区间。隧道差异性变形明 显，陆家嘴—黄浦江段、黄浦江段—人民广场、人民广场—石门 路段累计差异性变形分别为74.3、131.2、91.9毫米/公里。

5、地裂缝
日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计 为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。
加州沃森维尔附近的野外涌沙
震前，水，不稳定（立体）堆集，震后，液化土中剩余 孔隙水负担覆盖层荷载 稳定（六边形）堆集
图C2—1—2 砂土液化（横向移动）系因地震时球粒（理 想砂粒）的重新堆集。地震振动造成这种固体颗粒堆集更 加有效，这会占据少量体积。一部分覆盖层荷载由水来支 撑，这就无法阻止水体横向运移。
句话说，亦可定义为点的垂向位移，
同时意味着临近点借助于向下运动而
产生横向位移。
2、土体压密 2.1 影响土体压密的重要因素
2.2 土体压密过程概要
实例2—1 砂土液化概述
实例2—1 砂土液化概述 （摘自Pipkin，B.W and
Trent.T.T，2001，Geology and
the Environment）
西安地裂缝造成房屋和城墙开裂
河北沧州地裂缝长4公里
2002年沧州 市给水管网 破裂776次
在亚利桑那 州皮卡乔附 近，因抽地 下水的沉降 引发地裂缝。
无锡市东亭镇，地裂缝错断无锡--上海公路，两 侧高差达15-20cm，威胁行驶安全。
影江 响阴 现市 已长 被泾 迫镇 拆双 除平 大 楼 因 地 裂 缝
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


通过基本以5年为间 隔的全市水准复测， 可以全面地了解地面 沉降的现状与发展趋 势。 在1980、1996、2001 年一、二等水准测量 数据基础上，编制了 全市1980~1995、 1996~2001年地面沉 降等值线图。
上海市1996~2001年累积地面沉降图


反映出地面沉降主 要发育在中心城区、 闵行华漕地区，影 响范围不断扩大； 受邻近省区地下水 开采影响，在金山 枫泾、嘉定华亭附 近沉降量较大。