城市地面沉降监测的研究
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u ( x , y) = ε ・x +ε y - ω y x y ・ x x v ( x , y) = ε y +ω y x y ・x +ε yy ・
社 ,1998
( 424) 2 地面沉降水准测量规范 . D T/ T 0154295 3 建筑地基基础设计规范 . GB5000722002 4 建筑地基处理技术规范 . J GJ 7922002 5 建筑基坑支护技术规程 . J GJ 120299 6 软土地区工程地质勘察规范 . J GJ 83291 7 城市规划工程地质勘察规范 . CJJ 57294
( )
41 2 地面变形模型选择
经过短期水准测量 、 地质分层变形测量 、 地下 水位测量和地面荷载调查等数据采集与分析 , 对河 西地区地面沉降的变化规律有了初步了解 , 其影响 地面沉降的主要因素为地下水 、 地面荷载以及长江 水位的变化 , 局部地区沉降受施工降水的影响最 大 ,与成因分析的结果基本吻合 。随着观测数据的 不断积累 ,河西地面沉降监测的研究成果会更趋客 观性 。为河西地区规划布局和基础建设提供科学 的决策依据 , 也能对地下工程 、 地下管线和地面建 ( 构) 筑物的稳定性进行监测 , 提供安全性评估和预 报的依据 。 参考文献
m1 m1
4 数据处理
41 1 观测数据质量评价
设误差模型为
2 2 2 σ λ λ κ =α κ +β κ +δh κ
δ= X
( 421)
Z
i =1 m1
∑
ai H i + Y
i =1
∑( a
2 i
- a1 i ) H i +
425
β和δ的法方程式为 解算待定系数α、
n
i =1
∑a
3 i
θ H i + C1θ + C2 ln
41 3 监测网平差计算
河西地面沉降监测网基于 4 个基岩水准点布设 的 ,是一种典型的有固定基准的监测网 , 平差方法 比较简单不再介绍 。
Research on Settlement Monitoring of Urban Ground
Zhong J inning , Shang Ming ( Nanjing Instit ute of Surveying and Reco nnaissance , L t d , Nanjing , J iangsu 210005)
第 30 卷第 3 期 2007 年 5 月
现 代 测 绘
Modern Surveying and Mapping
Vol . 30 ,No . 3 May. 2007
城市地面沉降监测的研究
钟金宁 ,尚 明
( 南京市测绘勘察研究院有限公司 ,江苏南京 210005)
摘 要 城市建设和地下水开采引起地面沉降与地表土层物理性质的改变等问题 , 已受到政府 、 社会和广大学者 的高度重视 。本文结合南京河西地面沉降监测项目研究地面沉降监测网的建立 、 数据采集和数据处理的方法与模 型 ,分析造成地面沉降的主要原因 。 关键词 地面沉降 监测 数据处理 模型 中图分类号 : P224 文献标识码 :B 文章编号 :1672 - 4097 ( 2007) 03 - 0032 - 02
个地面监测点和 12 个分层沉降标 。监测网构成 11 个结点 ,水准线路总长约 130 km 。为了方便高程传 递 ,地面监测点和分层沉降标以组合方式埋设 。同 时布设 12 个水位观测井监测地下水变化 ,埋设孔隙 水压力计监测孔隙水压力的变化 。 31 2 监测数据采集 31 21 1 使用 Trimble5700 GPS 接收机测量 42 个监 测点的空间位置 ( 四等 GPS 网精度) ,以获取监测点 的大地高 , 以研究 GPS 测量地面沉降的精度与方 法 。生成三维地面沉降模型和绘制等沉降图 。 31 21 2 首次测量在监测点稳定后进行 ,使用 DS05 级水准仪按二等水准精度测量监测点的高程 , 一 年内每 3 个 月 测 量 一 次 , 之 后 按 表 1 确 定 测 量 周期 。
5 成因分析
由于影响地面沉降的因素比较复杂 , 单从随机 数学的方法进行研究可能与客观事实还存在一定 的差距 。因此 , 本文引用有限元的基本概念 , 主要 对造成地面沉降最为显著的地面荷载变化 、 地下水 位变化和土质结构变化三个因素进行分析 , 结合岩 土工程 、 水文地质理论进行验证 。我们用式 ( 425 ) 表 达监测点位移量 ,基本能客观的反映出地面沉降与 地下水位变化和地面荷载变化之间的时效关系 。
第3期
钟金宁等 : 城市地面沉降监测的研究
33
的变化 ,收集监测区的水文地质资料 ,包括往年地下 水水位的变化量 ,补排关系 ,地层的渗透性 ,工程建设 抽取的地下水量 ,对地下渗流场的影响程度等 。 31 21 4 荷载变化调查 每 4km2 为一个调查单元 ,56 km2 分为 16 个单 元 ,由巡调员每月调查一次 , 将地面建 ( 构 ) 筑物的 结构 、 基坑深度和荷载变化情况详细记录在 1 : 500 地形图上 。
用磁感应钢尺沉降仪测量分层沉降点的高差 , 研究不同土层的沉降量和稳定性 。 31 21 3 地下水监测 监测地区地面沉降系深厚软土层受荷载压缩固 结的结果 ,软土的压缩固结与地下水的变化有直接的 关系。河西地区地下水水量丰富 ,埋深浅 ,一般在地 表以下 1 ～ 2 米 。 ② - 2 层淤泥质粉质粘土含水量 大 ,透水性弱 ,固结过程慢长 ; ②- 3 、 ②- 4 层含水量 大 ,透水性强和地表水体有着很强的水力联系 。因 此 ,每周均应测量孔隙水压力、 地下水位和长江水位
si j = qi j =
κ= 1
∑t
ik
( 0) 4 ・t j k / (σ κ ) , ( i , j = 1 , 2 , 3)
6 结束语
(422)
1 4
n
κ= 1
∑t
ik
( 0) 4 2 Δ σ ・ κ/ ( κ ) , ( i = 1 , 2 , 3)
2 2 0 2 σ 式中 t1κ = λ κ , t2 κ = λ κ , t3 κ = h κ和 ( κ ) 为第 k 条水 ( ) ( ) ( ) 准线路的近似方差 ,α0 ,β0 ,δ0 取近似值 。
1 陈永奇 ,等著 . 变形监测分析与预报 [ M ] . 北京 : 测绘出版
Байду номын сангаас
考虑地面静荷载的变化造成软土固结而产生的地 面垂直位移 ,沉降规律满足于式 (423) 双曲线函数。
1
h = a+ b t
(423)
若考虑小区域地面水平变形 , 且认为小区域地 面水平变形是一个连续的匀速变形地块 , 一般选择 式 ( 4 - 4 ) 应变张量函数作为变形模型 。但当地质 信息表明 ,变形区域发生断裂分层时 , 各断层间应 分别选择变形模型进行分析 。
Abstract The ground settlement p ro blems result f rom gro undwater exploitation and change of st rat um p hysical p roperty has a2 roused general concern of government , society and scholars. In t his paper , t he netwo rk mo nitoring co nst ruction , data collection and p rocessing , models and courses of ground settlement are discussed wit h t he p roject of t he ground settlement mo nitoring in t he west area of Nanjing. Key words Gro und Settlement ; Monitoring ; Data Processing ; Model
≥ 1 mm
1 mm > ≥ 01 5 mm 01 5 mm > ≥ 01 1mm 01 1 mm > ≥ 01 05 mm 01 05 mm > ≥ 01 01 mm 01 01 mm >
3 监测网的建立
31 1 监测点的布设
根据监测区地质结构和建筑物规划建设分布 情况 ,合理布设地面沉降监测网 。本网基于 2 个基 岩水准点作为固定起算点 ,新布 2 个基岩监测点 、 28
1 引 言
城市地面出现几厘米甚至几十厘米的大范围 沉降已不少见 ,局部发生几十厘米甚至百余厘米的 现象也时有发生 ,这给快速发展的城市规划建设带 来不同程度的影响 。因此 ,南京市选择河西 56 km2 软土地区进行地面沉降监测 , 以研究该地区在建设 过程中地面及地下不同性质土层的沉降变化情况 , 作为城市建设环境安全评估的重要依据 。地面沉 降监测是一项跨学科 , 且技术复杂的综合性精密工 程 。本次运用了先进的测量手段采集毫米甚至 01 1 mm 的地面沉降变化量 。运用岩土工程理论分析不 同土层相对于岩层的物理变化量 , 运用数学的方法 分析沉降的速率 、 预测沉降的趋势与结果 , 避免和 减少因地面沉降而造成对地面附属物的破坏和经 济损失 ,为城市规划建设提供科学的理论依据 。
表1 监测周期计算表 序 号 各点平均沉降量 ( mm/ 日)
1 2 3 4 5 6
监测周期 ( 日) 研究决定测量周期 ≤ 30
50 — 100 180 — 360 360 — 720 1800 或暂停监测
2 沉降监测区的地理及地质特征
监测地区为长江冲积漫滩 , 地势低洼、 平坦 ,90 年代地面平均高程约为 51 5 m ,经过近 10 年的开发地 面平均高程约为 71 0 m 。地层具有土质松软、 含水量 大、 压缩性高、 承载力低等特点。软土层厚约 50 m ,表 层一般为 2～3 m 的填土或硬壳层 ,地表以下大致分 为 :上部 ②- 2 淤泥质粉质粘土 ,层厚 14 — 35 m ; 中部 ②- 3 淤泥粉质粘土与粉土互层 ,埋深 8 — 35 m ,层厚 0— 33 m ;下部为 ②- 4 粉土粉细砂层。平面分布极不 均匀 ,一些部位缺失 ②- 3 层 ,一些部位缺失 ②- 4 层。
社 ,1998
( 424) 2 地面沉降水准测量规范 . D T/ T 0154295 3 建筑地基基础设计规范 . GB5000722002 4 建筑地基处理技术规范 . J GJ 7922002 5 建筑基坑支护技术规程 . J GJ 120299 6 软土地区工程地质勘察规范 . J GJ 83291 7 城市规划工程地质勘察规范 . CJJ 57294
( )
41 2 地面变形模型选择
经过短期水准测量 、 地质分层变形测量 、 地下 水位测量和地面荷载调查等数据采集与分析 , 对河 西地区地面沉降的变化规律有了初步了解 , 其影响 地面沉降的主要因素为地下水 、 地面荷载以及长江 水位的变化 , 局部地区沉降受施工降水的影响最 大 ,与成因分析的结果基本吻合 。随着观测数据的 不断积累 ,河西地面沉降监测的研究成果会更趋客 观性 。为河西地区规划布局和基础建设提供科学 的决策依据 , 也能对地下工程 、 地下管线和地面建 ( 构) 筑物的稳定性进行监测 , 提供安全性评估和预 报的依据 。 参考文献
m1 m1
4 数据处理
41 1 观测数据质量评价
设误差模型为
2 2 2 σ λ λ κ =α κ +β κ +δh κ
δ= X
( 421)
Z
i =1 m1
∑
ai H i + Y
i =1
∑( a
2 i
- a1 i ) H i +
425
β和δ的法方程式为 解算待定系数α、
n
i =1
∑a
3 i
θ H i + C1θ + C2 ln
41 3 监测网平差计算
河西地面沉降监测网基于 4 个基岩水准点布设 的 ,是一种典型的有固定基准的监测网 , 平差方法 比较简单不再介绍 。
Research on Settlement Monitoring of Urban Ground
Zhong J inning , Shang Ming ( Nanjing Instit ute of Surveying and Reco nnaissance , L t d , Nanjing , J iangsu 210005)
第 30 卷第 3 期 2007 年 5 月
现 代 测 绘
Modern Surveying and Mapping
Vol . 30 ,No . 3 May. 2007
城市地面沉降监测的研究
钟金宁 ,尚 明
( 南京市测绘勘察研究院有限公司 ,江苏南京 210005)
摘 要 城市建设和地下水开采引起地面沉降与地表土层物理性质的改变等问题 , 已受到政府 、 社会和广大学者 的高度重视 。本文结合南京河西地面沉降监测项目研究地面沉降监测网的建立 、 数据采集和数据处理的方法与模 型 ,分析造成地面沉降的主要原因 。 关键词 地面沉降 监测 数据处理 模型 中图分类号 : P224 文献标识码 :B 文章编号 :1672 - 4097 ( 2007) 03 - 0032 - 02
个地面监测点和 12 个分层沉降标 。监测网构成 11 个结点 ,水准线路总长约 130 km 。为了方便高程传 递 ,地面监测点和分层沉降标以组合方式埋设 。同 时布设 12 个水位观测井监测地下水变化 ,埋设孔隙 水压力计监测孔隙水压力的变化 。 31 2 监测数据采集 31 21 1 使用 Trimble5700 GPS 接收机测量 42 个监 测点的空间位置 ( 四等 GPS 网精度) ,以获取监测点 的大地高 , 以研究 GPS 测量地面沉降的精度与方 法 。生成三维地面沉降模型和绘制等沉降图 。 31 21 2 首次测量在监测点稳定后进行 ,使用 DS05 级水准仪按二等水准精度测量监测点的高程 , 一 年内每 3 个 月 测 量 一 次 , 之 后 按 表 1 确 定 测 量 周期 。
5 成因分析
由于影响地面沉降的因素比较复杂 , 单从随机 数学的方法进行研究可能与客观事实还存在一定 的差距 。因此 , 本文引用有限元的基本概念 , 主要 对造成地面沉降最为显著的地面荷载变化 、 地下水 位变化和土质结构变化三个因素进行分析 , 结合岩 土工程 、 水文地质理论进行验证 。我们用式 ( 425 ) 表 达监测点位移量 ,基本能客观的反映出地面沉降与 地下水位变化和地面荷载变化之间的时效关系 。
第3期
钟金宁等 : 城市地面沉降监测的研究
33
的变化 ,收集监测区的水文地质资料 ,包括往年地下 水水位的变化量 ,补排关系 ,地层的渗透性 ,工程建设 抽取的地下水量 ,对地下渗流场的影响程度等 。 31 21 4 荷载变化调查 每 4km2 为一个调查单元 ,56 km2 分为 16 个单 元 ,由巡调员每月调查一次 , 将地面建 ( 构 ) 筑物的 结构 、 基坑深度和荷载变化情况详细记录在 1 : 500 地形图上 。
用磁感应钢尺沉降仪测量分层沉降点的高差 , 研究不同土层的沉降量和稳定性 。 31 21 3 地下水监测 监测地区地面沉降系深厚软土层受荷载压缩固 结的结果 ,软土的压缩固结与地下水的变化有直接的 关系。河西地区地下水水量丰富 ,埋深浅 ,一般在地 表以下 1 ～ 2 米 。 ② - 2 层淤泥质粉质粘土含水量 大 ,透水性弱 ,固结过程慢长 ; ②- 3 、 ②- 4 层含水量 大 ,透水性强和地表水体有着很强的水力联系 。因 此 ,每周均应测量孔隙水压力、 地下水位和长江水位
si j = qi j =
κ= 1
∑t
ik
( 0) 4 ・t j k / (σ κ ) , ( i , j = 1 , 2 , 3)
6 结束语
(422)
1 4
n
κ= 1
∑t
ik
( 0) 4 2 Δ σ ・ κ/ ( κ ) , ( i = 1 , 2 , 3)
2 2 0 2 σ 式中 t1κ = λ κ , t2 κ = λ κ , t3 κ = h κ和 ( κ ) 为第 k 条水 ( ) ( ) ( ) 准线路的近似方差 ,α0 ,β0 ,δ0 取近似值 。
1 陈永奇 ,等著 . 变形监测分析与预报 [ M ] . 北京 : 测绘出版
Байду номын сангаас
考虑地面静荷载的变化造成软土固结而产生的地 面垂直位移 ,沉降规律满足于式 (423) 双曲线函数。
1
h = a+ b t
(423)
若考虑小区域地面水平变形 , 且认为小区域地 面水平变形是一个连续的匀速变形地块 , 一般选择 式 ( 4 - 4 ) 应变张量函数作为变形模型 。但当地质 信息表明 ,变形区域发生断裂分层时 , 各断层间应 分别选择变形模型进行分析 。
Abstract The ground settlement p ro blems result f rom gro undwater exploitation and change of st rat um p hysical p roperty has a2 roused general concern of government , society and scholars. In t his paper , t he netwo rk mo nitoring co nst ruction , data collection and p rocessing , models and courses of ground settlement are discussed wit h t he p roject of t he ground settlement mo nitoring in t he west area of Nanjing. Key words Gro und Settlement ; Monitoring ; Data Processing ; Model
≥ 1 mm
1 mm > ≥ 01 5 mm 01 5 mm > ≥ 01 1mm 01 1 mm > ≥ 01 05 mm 01 05 mm > ≥ 01 01 mm 01 01 mm >
3 监测网的建立
31 1 监测点的布设
根据监测区地质结构和建筑物规划建设分布 情况 ,合理布设地面沉降监测网 。本网基于 2 个基 岩水准点作为固定起算点 ,新布 2 个基岩监测点 、 28
1 引 言
城市地面出现几厘米甚至几十厘米的大范围 沉降已不少见 ,局部发生几十厘米甚至百余厘米的 现象也时有发生 ,这给快速发展的城市规划建设带 来不同程度的影响 。因此 ,南京市选择河西 56 km2 软土地区进行地面沉降监测 , 以研究该地区在建设 过程中地面及地下不同性质土层的沉降变化情况 , 作为城市建设环境安全评估的重要依据 。地面沉 降监测是一项跨学科 , 且技术复杂的综合性精密工 程 。本次运用了先进的测量手段采集毫米甚至 01 1 mm 的地面沉降变化量 。运用岩土工程理论分析不 同土层相对于岩层的物理变化量 , 运用数学的方法 分析沉降的速率 、 预测沉降的趋势与结果 , 避免和 减少因地面沉降而造成对地面附属物的破坏和经 济损失 ,为城市规划建设提供科学的理论依据 。
表1 监测周期计算表 序 号 各点平均沉降量 ( mm/ 日)
1 2 3 4 5 6
监测周期 ( 日) 研究决定测量周期 ≤ 30
50 — 100 180 — 360 360 — 720 1800 或暂停监测
2 沉降监测区的地理及地质特征
监测地区为长江冲积漫滩 , 地势低洼、 平坦 ,90 年代地面平均高程约为 51 5 m ,经过近 10 年的开发地 面平均高程约为 71 0 m 。地层具有土质松软、 含水量 大、 压缩性高、 承载力低等特点。软土层厚约 50 m ,表 层一般为 2～3 m 的填土或硬壳层 ,地表以下大致分 为 :上部 ②- 2 淤泥质粉质粘土 ,层厚 14 — 35 m ; 中部 ②- 3 淤泥粉质粘土与粉土互层 ,埋深 8 — 35 m ,层厚 0— 33 m ;下部为 ②- 4 粉土粉细砂层。平面分布极不 均匀 ,一些部位缺失 ②- 3 层 ,一些部位缺失 ②- 4 层。