第十讲-地面沉降

第十讲地面沉降中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG提纲一、概述二、我国地面沉降现状三、地面沉降形成机理及规律四、地面沉降主要特征五、地面沉降的调查与评价六、地面沉降监测与预测七、地面沉降防治中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG一、概述地面沉降定义:地壳运动或开采地下流体引起的区域性地面标高降低。区别于地表塌陷、地裂缝世界上已有50多个国家和地区发生了地面沉降，比较严重的国家是美国、日本、墨西哥和意大利等。我国也有50多个大中城市出现了不同程度的地面沉降，较严重的有上海、天津、台北、苏州、常州、无锡、宁波等。中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG地面沉降灾害《地质灾害分类分级标准（试行）》（DZ0238-2004）定义：在自然和人为作用下发生的大面积地表高程降低，并对社会经济和环境造成危害的地质现象或过程。地面沉降灾害会给城市建筑物、道路交通、管道系统及给排水、防洪等带来诸多困难。因此，城市地面沉降已被列为十大地质灾害之一。它具有生成缓慢、持续时间长、成因复杂和防治难度大等特点，其影响范围之广、治理难度之大远远超过了其它城市地质灾害。一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG地面沉降的危害一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG苏州防汛堤有三次明显加高据统计，嘉兴市平均田面高程为2.29m，水位每增加10mm，淹没面积增加1.6万亩。洪涝灾害加剧一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG洪涝灾害加剧2003.7.7雨后西工大沉降中心太原市武家庄村常年积水一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG洪涝灾害加剧河北平原地面沉降区宁波地面沉降区常年积水一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG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米粗的供水管道一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG太原市西安大雁塔无锡市建筑物受损一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG建筑物受损太原市江阴长泾西安长安路一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG建筑物受损一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG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珠海西区高尔夫球场2001年11月～2003年7月沉降量与时间关系图6094136456585.94927.051022.611148.311267.311464.611642.111789.512114.812232.712321.712390.712516.012611.912735.412816.712969.510250500750100012501500175020002250250027503000123456789101112131415161718192021累计月数(月)沉降总量(mm)建筑物受损一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG不均匀地面沉降加速了地铁隧道设施的磨损建筑物受损一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG不均匀地面沉降加速了地铁隧道设施的磨损建筑物受损一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG海岸灾害加剧天津市因地面沉降受风暴潮危害严重上海市因地面沉降致使防浪堤三次加高一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG根据长江三角洲、华北地区、汾渭地堑主要城市等的研究，粗略统计，建国以来，我国地面沉降和地裂缝造成的损失累计高达4500～5000亿元，其中，直接经济损失累计为350～400亿元，年均总损失为90～100亿元,年均直接损失8～10亿元。一、概述中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG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。二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG图例沉降量大于2000mm沉降量500~1000mm沉降量1000~2000mm沉降量小于500mm西安太原天津上海无锡唐海苏州常州杭州湖州阜阳沧州北京曲周绍兴宁波温岭温州南通泰州徐州衡水晋州石家庄大城任丘保定霸洲德州东营济宁菏泽许昌洛阳开封淮北宿州台北大同榆次临汾运城广州珠海海口昆明哈尔滨大庆福州嘉兴扬州00200100300400500KM洪湖屏东云林台北云林屏东广州珠海海口我国发现地面沉降的主要城市二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG长江三角洲地面沉降现状图二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG上海市地面累积沉降量等值线图（一九九六∣二○○一年）二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG苏锡常地区2002年地面沉降速率图苏锡常地区至2002年地面累计沉降量等值线图二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG华北平原地面沉降等值线图二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG太原市累计地面沉降等值线图(1956～2000年)大同市累计地面沉降等值线图(1988～1993年)二、我国地面沉降现状中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG三、地面沉降的形成机理及规律饱水多孔介质的失水压密原理太沙基有效应力原理Hhhσ=σ’+µσ=γ土·Hµ=γ水·hσ=(σ’+△σ’)+(µ-△µ)△σ’=△µ中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG垂直位移的变化图1江苏张家港市、广东珠海市的地面沉降三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG图3垂直位移量的空间变化垂直位移X地下水开采区集中开采井位置规律性：由沉降中心向周边方向逐渐减小三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUGABABOO垂直位移量三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG图4上海闵行区华漕地面沉降与地下水位变化发展趋势垂直位移量随着地下水位的降低而逐渐增大三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG图5苏锡常地区地面沉降面积不断扩大1985年1991年2000年三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG水平位移的变化图6在亚利桑那州皮卡乔附近，因抽地下水的沉降引发地裂缝。图7河北沧州因开采地下水而产生的地裂缝三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG图8水平位移量的空间变化X集中开采井位置地下水开采区水平位移规律性：最大位移在沉降中心的两侧，沉降中心及最外围较小三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG图9地面破坏的表现形式剪切破坏拉张破坏三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG抽水对地面沉降的影响（1）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。图10抽水量对地面沉降的影响QqQ2Q1Q1Q2三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG抽水对地面沉降的影响（2）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，抽水量恒定间断抽水，抽水量不定三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG卸荷加荷eб图11土体反复受压缩过程三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG（3）开采布局的影响Q1QQ2Q3Q=Q1+Q2+Q3图12不同的开采布局对地面沉降的影响抽水对地面沉降的影响三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG地层对地面沉降的影响（1）地层岩性的影响图13不同的地层岩性对地面沉降的影响QQQ规律性：砂砾层的压缩量小于等有效应力作用下粘性土的压缩量。三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG地层对地面沉降的影响（2）地层厚度的影响图14不同的地层岩性对地面沉降的影响QQ规律性：粘性土的累积厚度越大，压缩总量越大三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG地层对地面沉降的影响（3）地层组合的影响图15不同的地层组合对地面沉降的影响QQ规律性：在同等开采条件下，粘性土层数越多，沉降速率越大。三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUGQ图16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三、地面沉降的形成机理及规律中国地质大学环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG四、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难以逆转性区域易发性国内：17个省（区市）95个城市多见面广国外：200多个城市或地区三角洲平原：上海、苏锡常、南通、嘉兴、桐乡、海宁、广州、珠海、中山、台山、东莞等城市。冲积－海积平原：唐山、沧州、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。冲积－洪积平原：北京、许昌、濮阳、开封、商丘、洛阳、安阳；济宁、阜阳等城市。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。世界上最早发现地面沉降：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）中国最早发现地面沉降：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）时间累进性长江三角洲典型城市地面沉降发展历时曲线图7-4锡西地区石塘湾镇历年地面沉降图-630-685-755-847-1007-1247-1467-1680-1820-1924-2500-2000-1500-1000-500019821984198619881990199219941996199