第6章 地质环境监测

苏锡常地区地裂缝对房屋造成严重破坏
二、地裂缝成因
地 裂 缝 分 类 表
类 型 主 导 因 素 动 力 类 型
(据DD2004-02)
分 类 名 称 采 空 区 塌 陷 地 裂 缝 采 水 采 油 地 面 不 均 匀 沉 降 地 裂 缝
人 类 活 动 作 用 为 主 非 构 造 地 裂 缝
各 种 工 程 活 动
2. 3Leabharlann Baidu 4.
武汉市的岩溶地面塌陷问题由来已久，解放初期就在武昌 区武泰闸附近的江边发生过较大规模的地面塌陷，形成了 “倒口湖”。1977年9月，又在汉阳区中南轧钢厂内发生了三 个直径20米左右的塌陷坑。经调查、勘探查明该处塌陷系发 生在下伏石灰岩洞穴顶上的沙土层中，由附近一家工厂的深 井抽水所引起。建议用粘土填坑，并停止该井的抽水处理， 其后未见活动。 此后在武昌区又断续出现几次地面塌陷。最近发生的一次 规模最大的是青菱乡峰火村的塌陷，出现大小十多个陷坑， 最大的直径有60米，毁房数十间，但无人伤亡。市里请我任 技术顾问，指导进行调查处理，结合此次塌陷灾害处理，组 织进行了武汉市主要石灰岩分布区岩溶塌陷的形成条件与作 用机制的调查研究，进行了危险区划分。为武汉市在城市建 设中对岩溶塌陷问题的防治提供了区域性地质依据。
地面变形 地裂缝： 产生原因： 构造地裂缝——断裂、地震 非构造地裂缝——湿陷、塌陷、滑陷、膨胀 特点：其差异沉降、水平拉张、水平扭动三者变形特 征量值，一般是： 15：5：1，沉降量最大。 地面开裂也有构造断裂，抽水或荷载等引起的土层 不均匀沉降开裂及膨胀土收缩开裂等类型。其时、空、 强特征也常与其成因作用密切相关。有的城市土层不 均匀沉降开裂的主要沉降变形量由抽水引起，而裂缝 位置及两盘土层位移性质却受先存的断裂面控制，对 此种地面开裂，除按抽水开裂研究其变形破坏的防治 对策外，也应从中寻取新构造活动信息，作为评价地 壳稳定性的重要依据。
地面沉降的监测
地面沉降灾害调查与研究
地质环境条件； 人类工程经济活动的方式、强度； 地面沉降现状与发生发展历史； 分析预测沉降发展趋势及可能的成灾范围； 了解地面沉降勘查、监测和防治现状（人工回 灌、控制地下水开采量等措施）及效果，提出 预防与控制地面沉降的建议。
二、岩溶地面塌陷
1. 概念：地面塌陷——某些地区常因天然或人为因素的 作用地表层覆盖物出现下沉、开裂，以致突然向下陷 落，形成各种规模和形态的坑、槽，这种现象称地面 塌陷。 特点：①突发性；②发展快；③规模巨大；④危害严 重 危害：①工程设施破坏；②铁路、公路被毁坏；③河 流断流、井泉干、淹矿、毁农田 分类： A 自然：在自然因素作用下，气候变化所产生的岩溶 塌陷。 B 人为：由于工程、经济活动，改变了溶蚀空间和上 露岩土体的自然稳定过程，导致短期内快速产生的大 量塌陷。
-1000
-1007 -1247 -1467 -1680 -1820 -1924
-1500
-2000
-2500
图7-4 锡西地区石塘湾镇历年地面沉降图
成因复杂性
影响因素多
• • • •
构造沉降：新构造沉降、断裂活动； 软土层次固结变形沉降； 排水固结变形沉降； 工程加荷引起承载土体固结变形沉降。
复合性强
＊环境地质问题——由人类活动引起的，或诱发的大规模、广泛 破坏地质环境的地质问题。
地 面 沉 降 灾 害
地面沉降：一种由多种因素引起的地表 高程缓慢降低的现象。 地面沉降灾害(地质灾害分类分级(试行）DZ0238-2004)： 在自然和人为作用下发生的幅度较大、 速率较大的地表高层下降的地质活动对社 会经济和环境造成的危害。
冲积－洪积平原：北京、许昌、
。
河谷平原和山间盆地：西安、
太原、大同、榆次、临汾、昆明 福州等城市 。
时间累进性
长江三角洲典型城市地面沉降发展历时曲线
过程渐变性
0
1982
-500 沉降量（mm）
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000年
-630
-685
-755
-847
潜山型
地下水综合开采 型 土层结构差异型
埋藏阶地（陡 坎型） 岩溶塌陷型
平面形态特征 呈线条状、或直或曲、或呈雁行式排列； 宽度小于100米； 延伸从数十米到千余米不等。
三、地裂缝监测 目的：查明地裂缝的分布规律、
范围、形态特征（产状、规模）、 活动特征；分析、评价危害程度， 提出防治措施。
技术方法：
探测地裂缝的位置、 产状及充填状况
探地雷达
探测地裂缝的位置、 产状
探测覆盖层厚度、地层 结构、岩性特征，探测 基底构造特征，探测隐 伏地裂缝的位置、产状、 延伸；探测断层的活动 性
具有较高的分辨率，适用 范围广，成本较高
浅层地震 法
对地层结构、空间位置反 应清晰；分辨率高、精度 高、成本高
适合于复杂地形条件下工 作，特别是对浅部土层结构 反映清晰，分辨率高，工作 效率高。资料直观，成本适 中 适合于任何地形条件下工 作，特别是对深部土层结构 及基岩面起伏、地层中的断 层、构造反映清晰，分辨率 高，工作效率高。资料直 观，成本昂贵
1977年9月汉阳中南轧钢厂塌陷
1988年5月武昌陆家街塌陷
2000年4月洪山区青菱乡烽火村塌陷 洪山区 青菱乡 烽火村 塌陷12 号塌坑
地裂缝灾害
地表岩土体在自然或人为因素作用 下，产生开裂，在地面形成一定长度和宽 度裂缝的地质现象，并对人类产生了危害。 ——地质灾害分类分级(试行）DZ0238-2004
δh
时间(日)
0.8 0.6 0.4 0.2 0
日 19 月 10 2日 1 月 10 日 5 月 10 日 28 9月 日 21 9月 日 14 9月 7日 9月 日 31 8月 日 24 8月 日 17 8月 日 10 8月 3日 8月 日 27 7月 日 20 7月 日 13 7月
上突：合笼 下掉：张开
构 造 地 裂 缝
断 层 作 用 自 然 内 营 力 作 用 为 主 区 域 微 破 裂 开 启
蠕 滑 地 裂 缝 地 震 产 生 的 地 裂 缝 土 层 构 造 节 理 开 启 型 地 裂 缝 黄 土 喀 斯 特 陷 落 型 地 裂 缝
张家港塘桥 常州三制药厂 石塘湾因果岸 马杭城东小学 江阴长泾 湖塘田舍村 张泾杨墅里 庙桥新阳 锡山查桥 横林623电台 锡山东亭 武进曹桥 洛社贾巷 钱桥毛村园 江阴祝塘
二、地面沉降的主要特点
区域易发性 时间累进性 过程渐变性 成因复杂性 后果难以逆转性
区域易发性
多
国外： 200 多个城市或 地区
最早发现地面 沉降：1898年在 日本新泻； 有50多个地区 的地面沉降量达 到了10m（墨西 哥、日本、美国 等）
见
国内：17个省 （区市）95个 城市
面
广
南通、嘉兴、桐乡、海宁、广州、 珠海、中山、台山、东莞等城市。
一、地裂缝发生、发 育和分布特征
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。
一、地裂缝发生、发育和分布特征
河北沧州地裂缝长4公里
2002年沧州 市给水管网 破裂776次
影 响 现 已 被 迫 拆 除
江 阴 市 长 泾 镇 双 平 大 楼 因 地 裂 缝
s1 s2
时间（日）
地裂缝监测
地球物理勘察
不同成因类型的地裂缝，应根据地球物理勘察 方法的适应性、应用条件及经济、技术特点，有 所选择。
地裂缝勘查地球物理方法（常用）特征表
方法名称
电阻率测 深法
方法特点
探测覆盖层厚度、地层 结构及基岩断层位置及 方向
应用条件
地形无剧烈 变化
地形无剧烈变 化，有一定的 场地条件，勘 探深度小于60 米 受地形、场地 限制较小；勘 探深度较小， 最 大 深 度 30~50 米 人工噪音大的 地区施工难度 大，要求一定 的场地条件 受地形、场地条件 限制较小；勘探深 度较小，目前一般 30—50米以浅 受地形、场地 条件限制要求 一般；勘探深 度较大，目前 一 般 30 米 以 深——数千米
•
二种、三种或四种因素叠加， 综合作用。
1.7m
珠海市海华新村软基沉降
后果不可逆性
粘性土释水压密时，结构发生不可逆转的变 化，即使孔隙水压力恢复，粘性土仍保持压密 状态，发生塑性变形。 当地下水水位持续下降，含水层附加应力增加 至其前期固结压力时，含水层通过颗粒间的明 显滑动与滚动来调整含水层颗粒骨架而逐渐形 成新的应力平衡。当含水层附加应力超过其的 前期固结压力时，也将呈现塑性变形特征。 地面沉降造成的社会经济损失是不可挽回的。
人 为 崩 塌 、 滑 坡 地 裂 缝 地 面 负 重 下 沉 地 裂 缝 强 烈 爆 炸 或 机 械 振 动 地 裂 缝 膨 胀 土 地 裂 缝
特 殊 土 变 形 自 然 外 营 力 作 用 为 主 自 然 重 力 作 用
黄 土 湿 陷 地 裂 缝 冻 土 和 盐 丘 地 裂 缝 干 旱 地 裂 缝 地 面 沉 降 、 地 面 塌 陷 地 裂 缝 自 然 崩 塌 、 滑 坡 地 裂 缝 速 滑 地 裂 缝 — 地 震 构 造 地 裂 缝
第六章 地质环境监测
§6—1 环境地质问题概念
＊环境地质学的研究内容 由地质因素引发的环境问题 由人类活动引起的环境问题 ＊人类活动对地质环境的影响，根据人——地关系是否协调来分 正面影响——作用结果改善了地质环境，使之更适应生存和发展 负面影响——对地质环境产生危害，严重时可破坏自然界在地质 历史时 期中形成的平衡——环境地质问题
面波法SWS
探测地裂缝的位置、产 状 探测地层结构、产状， 地裂缝的位置、延伸及 基岩面的起伏特征；进 行三维分析、演示
内
容
一、地裂缝发生、发育与分布特征 二、地裂缝的成因 三、地裂缝的监测
一、地裂缝发生、发育和分布特征 北京顺义地裂缝
一、地裂缝发生、发育和分布特征
西 安 地 裂 缝
西安地裂缝自 50年代后期发现， 特别是进入80年代 以来，由于过量开 采承压水导致地裂 缝两侧不均匀地面 沉降，进一步加剧 了地裂缝的活动现 有地裂缝13条。地 裂缝的活动错断了 地下供水，输气管 道、毁坏了农田。
水平变形（日平均） 1.8 1.6 1.4 1.2 间距变化(mm) 1
7月 1 7月 3日 2 7月 0日 27 8月 日 8月 3日 1 8月 0日 1 8月 7日 2 8月 4日 31 9月 日 9月 7日 1 9月 4日 2 9月 1日 2 10 8日 月 10 5日 月 10 12日 月 19 日
三角洲平原：上海、苏锡常、
冲积－海积平原：唐山、沧州、
最早发现地面沉 降：1921年上海； 总沉降面积达5万 多km2； 最大沉降量3.14m （天津塘沽区）
衡水、任丘、河间、南宫、保定 等12个沉降中心；天津、盐城、 大丰、宁波、温州、台州、海口、 北海等城市。 濮阳、开封、商丘、洛阳、安 阳；济宁、阜阳等城市
野外调查 地形变监测 地球物理勘察 钻探
地裂缝监测
地裂缝监测
地形变监测
地面沉降量测量重点：地裂缝两侧地面差 异沉降量。 地形变监测方法： A、简易监测 B、三维自动化远程遥控监测
地裂缝监测
A.简易监测：
在地裂缝发育区，垂直地裂缝方向布置监测墩，墩距10— —50米，监测剖面长度以穿过地裂缝带宽度并向两侧外延500米 左右，以一个季度或半年作为一个周期进行监测
B. 三维自动化监测
地裂缝监测
MD4472垂直变形 测量结构图
ND4271水平变形 测量结构图
差异沉降δh(日平均) 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2 -2.2 -2.4
地裂缝监测
无锡因果岸三维自动化监测结果
落差（mm）
上突：回弹 下掉：沉降
技术特点
方法简单、成熟、普及，资 料直观，成本较低 具剖面、深测功能形式多 样，分辨率较高，质量可 靠，资料具二维特征信息丰 富，便于分析，定量解释能 力强，成本较高
适应地裂缝类 型
通用 土层结构差异型 地下水综合开采 型 土层结构差异型 地下水综合开采 型 潜山型 埋藏阶地型（陡 坎型） 岩溶型
高密度电阻 率法
内 容
一、地面沉降灾害的表现形式 二、地面沉降灾害的特征 三、地面沉降灾害的监测
一、地面沉降的表现形式
洪水齐腰深
桥下净空减小
码头受淹
水漫商场
建筑底部抬升
深井抬升
井管受损
水上行车
农保田常年受淹，不能耕种而损毁
上海外滩防洪堤不断加高
地面沉降直接降低了 防汛（洪）设施的防 御能力，并使防汛工 程建设投入增加。