变形沉陷重点-Jack

构成沉陷灾害的两个要素：一是地面变形，二是造成人类生命和社会财富的较大损失。变形沉陷灾害的特点：(1)作用的范围广，强度高，对于人类的影响大；(2)具有突发性，如地震沉陷、崩塌和岩溶沉陷等往往是瞬间发生，从而易酿成大祸；(3)随着人类活动的加强，人类活动导致的沉陷因素日趋严重，甚至成为一些沉陷的主要原因。如开采地下水引起的地表沉陷，矿山开采沉陷等。矿山开采沉陷：是指地下有用矿物被采出以后，开采区域周围岩体原有的应力平衡状态受到破坏，使岩体产生变形、位移和破坏；当开采的面积达到一定范围之后，岩层的移动和变形将发展到地表，引起地表的移动、变形和塌陷。变形:是指变形体在各种荷载作用下，形状、大小及位置在时空域中的变化。岩石的空隙性：岩石中孔隙性和裂隙等的统称。岩石的相对密度(比重)：岩石的相对密度是岩石固体部分的重量rdG和4C时同体积纯水重量的比值。rdswGV式中sV--岩石固体部分（不包括空隙）的体积。w--4C时水的重力密度。岩石的碎胀性：从岩体中采掘或崩落下来的碎石，其整个体积大于它在岩体内的体积。这种体积增大的性质。岩石变形的力学属性：弹性、塑性、粘性、脆性、延性表示建筑物变形量的常用的指标有:移动指标：下沉W、水平移动U变形指标：倾斜i、曲率K、水平变形建筑物的变形按其类型可分为：静态变形：通常是指变形观测的结果只表现在某一时期内的变形值，也就是说，它只是时间函数，例如建筑物施工结束后随时间的变形；动态变形：是指在外力的影响下而产生的变形，它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形.建筑物的变形按其速度可分为三种：长周期变形：例如建筑物的阶段性沉陷或阶段性倾斜值短周期变形：日照引起瞬时变形：风振、地震、机械振动引起建筑物的变形按其特点又可分为：可塑变形：指外力解除后，可以恢复的变形，如电视塔、烟囱等高层建筑物受温度影响而产生的变形就是可塑变形。不可塑变形：在外力解除后，不可恢复的变形，如建筑物的自重使土壤和基础压实，使建筑产生沉陷就属不可塑变形。大坝外部变形的影响因素有：温度、库水位、时效等。地下水开采沉降主要因素为：含水层水位变化、地层性质及结构、地面位置、时间因素。浅层非固结的厚新生代地下水的开采是引起地表沉陷损害的主导因素，而地下水强排和特殊构造地层是引发地表沉陷损害的主要原因。变形监测：就是利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体进行测量以得到变形大小、范围、时空分布规律，研究变形发生的原因、变形特征及其随空间与时间的变化规律，以便预测、预报，以避免或尽可能减少损失。变形监测的意义：科学意义——认识变形机理、验证有关理论和假说，建立正确的预测、预报理论和方法实用意义——检查各类工程和地质构造的稳定性，及时发现问题，以便采取措施，保障各类工程的安全。变形监测的特点：(1)精度要求变化大(2)重复观测周期变化大(3)综合运用各种观测方法(4)数据处理要求高(5)多学科的配合(6)责任重大变形观测的手段:大地测量：水准、三角高程、方向和角度测量、距离测量、GNSS等专门测量：准直测量、倾斜仪、伸长仪、应变计等摄影测量及遥感：近景摄影测量、航空摄影测量、航天遥感等空间测量方法：甚长基线干涉测量VLBI、卫星激光测距等变形观测的任务：确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及空间位置变化的空间状态和时间特征。变形观测的分类：按研究范围可分为三类：全球性的、区域性的和局部性的从其时间特性来分：有“静态”式、运动式和动态式三种“静态”式：是指固定参考点，其中个别点可能由于局部因素发生变动，但这种变动没有一定的时间特性，变形监测的目的是要查明他们的稳定性。运动式：包括地壳应变的累积、地质构造断层两侧的相对错动、建筑物或地表下沉等；这种变形，其总趋势是朝一个方向。动态式：是高层建筑物的摆动、桥梁的动荷载作用下的振动等等；这种变形呈周期性，监测的目的是要获得变形的幅度和周期的信息。变形监测网设计原则（1）变形观测网应为独立控制网，以避免起始数据误差的影响（2）变形观测控制点应埋设在沉降范围外，同时又不能将基准点布设在网的边缘，因为从测量误差传播理论和点位误差椭圆的分析知道，通常联系越直接、距离越短，精度越高。（3）布网图形的选择。由于变形观测网是监测变形体随时间的微小变化量，因此布网的图形应与变形体的形状相适应。同时变形观测网的测定精度为mm级和亚mm级，所以要考虑哪些点位在特定方向上的精度要求高一些，应有所侧重。实践证明，对于由等边三角形所组成的规则网形，当边长在200m以下时，测角网具有较好的精度；对于不同网形及不同边长，可采用三边网或边角网。但为了提高精度，可适当加测一些对角方向，增加多余观测，以改善监测精度。设某建筑物高H=30m，基础宽12m，设计时允许倾斜度=4‰，试确定观测建筑物安全时，沉降观测的精度要求。[解]顶部允许偏移量：Δ容=×H=4/1000×30×103=120mm容许误差取容许偏移量的1/20，则：f=120×1/20=6mm取3倍中误差为容许误差时，则监测中误差：m=±1/3×6=2mm当利用测定基础两端的不均匀沉降量来计算倾斜度时，则相对监测沉降中误差：m沉=D/H×mΔ=±12/30×2=±1mm建筑物倾斜原因：（1）土层厚薄不均、软硬不均（2）勘察不准、设计有误、基底压力大（3）建筑物重心与基底的形心偏离过大（4）地基土软弱，基础埋深小建筑物纠偏方法分为顶升纠偏、迫降纠偏和综合纠偏三大类。大坝破坏的原因：（1）坝体大部分浸泡在水中，受到水压力、渗透、冲刷、气蚀和磨损等物理作用和侵蚀、腐蚀等化学作用，甚至受到超标准自然因素（如超标准洪水、强烈地震和特大流水等）的影响，会使大坝遭到破坏；（2）在勘测、规划和设计中，使大坝本身存在不同程度的缺陷和弱点；（3）在施工过程中，施工质量较差，造成大坝中存在不同程度的隐患；（4）管理不善，使大坝遭到人为的和生物的破坏。如船只撞击，在大坝上或影响大坝安全的范围内进行挖坑、建鱼塘、炸鱼等对大坝有害的活动，调度运用不科学以及白蚁、老鼠、獾钻洞等等。岩层移动破坏的形式：弯曲、垮落、滚动、片帮、岩石沿层面的滑移、底板岩层的隆起岩层移动在上覆岩层的不同区域存在不同的移动方式，根据岩层移动破坏的不同，把采动岩层分为三个部分，即岩层移动的“三带”：垮落带、裂缝带、弯曲带。将底板以下岩体也分为三带：底板采动破坏带、底板阻水带、底板承压水导升带。地表移动的基本形式：(1)地表移动盆地(2)裂缝及台阶(3)塌陷坑下沉——地表移动向量的垂直分量称为下沉，用w表示水平移动——地表移动向量的水平分量称为水平移动，用u表示地表充分采动（CriticalMining）——使地表下沉值达到该地质采矿技术条件下应有的最大值的采空区面积为临界开采，此时的地表采动影响称为充分采动地表非充分采动（SubcriticalMining）——采空区面积未达到临界开采面积时的地表采动影响称为非充分采动。超充分采动（SupercriticalMining）——地表最大下沉值不随采区尺寸增大而增加且超出临界开采的状态，又称超临界开采。此时形成的地表移动盆地为超充分采动下沉盆地（SupercriticalSubsidencesinBa），盆地中央出现平底，平底区域点的下沉值均达到最大下沉值。地表移动盆地的特征：移动范围大于采空区范围，形状与倾角有关。拐点——内外边缘区的分界点称为拐点，或下沉曲线的凹凸变化点叫拐点水平煤层充分采动时，地表移动盆地主断面的特征：(1)在主断面上地表移动盆地的范围最大(2)在主断面上地表移动最充分，移动量最大(3)在主断面上，不存在垂直于主断面方向的水平移动地表移动盆地的主断面：通过地表移动盆地最大下沉点所作的沿煤层走向和倾向的垂直断面称为地表移动盆地主断面充分采动角——在充分采动条件下，地表移动盆地主断面上，移动盆地平底的边缘（在地表水平线上的投影点）和同侧采空区边界的连线与煤层在采空区一侧的夹角称为充分采动角。走向3、下山1、上山2。最大下沉角——在倾斜主断面上，最大下沉点（或盆地平底中心点）同回采工作面几何中心连线与水平线在下山方向的夹角称为最大下沉角，用表示影响传播角——在充分采动或接近充分采动条件下，倾斜主断面上开采边界（考虑了拐点偏移距后）和下沉曲线拐点的连线与水平线之间在下山方向的夹角称为影响传播角，用表示。描述地表移动和变形的主要指标：下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形。下沉：地下潜水位低时，均匀下沉对建筑物无影响地下潜水位高时，对建筑物有影响倾斜：(1)对高而底面积小的建筑物影响大建筑物内应力重分布→建筑物破坏、倒塌(2)使排水系统坡度变化(3)使公路、铁路坡度变化曲率：正曲率：顶部开裂，裂缝上宽下窄，倒八字裂缝负曲率：底部开裂，裂缝下宽上窄，正八字裂缝和水平裂缝地表水平变形：使建筑物基础受拉或受压建筑物临界变形值：对建筑物有影响的变形主要有：倾斜、曲率、水平变形根据长期的观测得到：i=3mm/mk=0.2mm/2m=2mm/m作为标准，大于这些值，建筑物损害，小于这些值，建筑物不损害，因而称为临界变形值。临界变形值——不需要维修能保证建筑物正常使用所允许的地表最大变形值称为临界变形值。移动盆地最外边界：以下沉10mm作为移动盆地最外边界点，以这些点圈定的边界称为移动盆地最外边界。边界角——在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上盆地边界点（下沉为10mm）至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为边界角。走向0、下山0、上山0、急倾斜矿层底板0移动角——在充分采动或接近充分采动的条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为移动角。走向、下山、上山、急倾斜矿层底板，表土移动角用表示，与无关裂缝角：在充分采动或接近充分采动的条件下，在地表移动盆地主断面上，移动盆地最外侧的地表裂缝至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为裂缝角。走向''、下山''、上山''、急倾斜矿层底板''松散层移动角：松散层移动以表示。它不受矿层倾角的影响，主要与松散层的特性有关。超前影响——在工作面推进过程中，工作面前方地表受采动影响而下沉，这种现象称为超前影响。超前影响角——将工作面前方地表开始下沉（w＝10mm）的点和当时工作面边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角称超前影响角，用ω表示超前影响距——工作面前方开始移动的点到工作面的水平距离l称为超前影响距0arctanlH式中：l——超前影响距0H——平均采深影响超前影响角的因素：1）当地表为非充分采动时，随工作面长度↑，↓。达到充分采动后，为一定值，当开采结束后，ω等于边界角2）推进速度c↑，↑枣庄：c＝1m/d，＝62°；c＝2.1m/d，＝71°3）重采比初采小地表达到或接近充分采动时，地表最大下沉速度点距工作面的距离称为滞后距。其最大下沉速度点和工作面位置连线与水平线在采空区一侧的夹角称为滞后角,用表示，0arctanLH式中：L——滞后距0H——平均采深影响的因素1）0H/m比，随0H/m增大，减小2）工作面推进速度c，随c增大，减小3）岩性：岩硬，小；软，大。地表点移动持续时间（或移动延续时间、移动总时间）：在充分采动或接近充分采动的情况下，下沉值最大的地表点从移动开始到移动稳定所持续的时间，称为地表移动持续时间,用T表示。影响地表点移动持续时间T的因素1）采深0H越大，移动持续时间T越长，0H越小T越短2）岩硬，T越长，岩软，T越短3）全部跨落法，T小；条带、房柱开采，T大影响最大下沉速度的因素1）岩硬，0V小；岩软，0V大2）采深0H↑，0V小；0H↓，0V大3）采厚m小，0V小；m大，0V大4）全陷法，0V大；房柱、条带0V小5）工作面推进速度c大，0V大；c小，0V小重复采动：是指岩层和地表已经受过一次开采的影响而产生移动变形破坏后，再次经受开采（开采下部煤层或下分层，或同一