98地面沉降

地面沉降目录:1地面沉降的概念2地面沉降的诱发因素3地面沉降的形成机制与预测4地面沉降主要危害5地面沉降的控制和治理地面沉降（landSubsidence）:是指地面高程的降低，又称地面下沉或地沉，均指地壳表面某一局部范围内的总体下降运动。地面沉降的特点：以缓慢的、难于觉察的向下垂直运动为主，只有少量的或基本没有水平位移，可能影响的范围可大至几千平方公里。1基本概念上海外滩百年巨变，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！由于地面沉降使潮位相对上升,防汛墙逐次加高,严重影响了防汛能力。类型地面沉降分构造沉降、抽水沉降和采空沉降三种类型。构造沉降，由地壳沉降运动引起的地面下沉现象；抽水沉降，由于过量抽汲地下水（或油、气）引起水位（或油、气压）下降，在欠固结或半固结土层分布区，土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象；采空沉降，因地下大面积采空引起顶板岩（土）体下沉而造成的地面碟状洼地现象。地面沉降的产生需要一定的地质、水文地质条件和土层内的应力转变(由水所承担的那部分应力不断转移到土颗粒上)条件。从地质、水文地质条件来看，疏松的多层含水体系；其中承压含水层的水量丰富，适于长期开采；开采层的影响范围内，特别是它的顶、底板，有厚层的正常固结甚或欠固结的可压缩性粘性土层等，对于地面沉降的产生是特别有利。从土层内的应力转变条件来看，承压水位大幅度波动式的趋势性降低，则是造成范围不断扩大的、累进性应力转变的必要前提。2地面沉降的诱发因素研究表明，地面沉降通常发生在未完全固结成岩的近代沉积地层中，其密度较低，孔隙度较高，孔隙常为液体充填。地面沉降实质上是这些地层的渗透固结过程的继续。基于这一点，产生地面沉降的地质环境模式主要有：1.近代河流冲积环境模式我国东部许多河流冲积平原，如长江中下游，黄淮海平原、松嫩平原等均属此类。(一)内在因素2.近代三角洲平原沉积环境模式三角洲位于河流入海地段，介于河流冲积平原与滨海大陆架的过渡地带。随着地壳的节奏性升降运动，河口地段接受了陆相和海相两种沉降物。其沉积结构具有陆源碎屑——以中细砂为主夹有机粘土遇害向粘性土交错叠置的特征。在没有强大潮流和波浪能量作用时，三角洲前缘不断向海洋发展形成建设性三角洲。在平面上可分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。3.断陷盆地沉积环境模式一般位于三面环山，中部以断块下降为主的近代活动性地区。按地理位置可分两种类型：（1）临海式断陷盆地分布于滨海地区，海陆交互相沉积。台北、宁波盆地属此类。（2）内陆式断陷盆地系内陆高原的近代断陷活动断陷。汾渭地堑属此类。1.自然动力地质因素（1）地球内营力作用：包括地壳近期下降运动、地震、火山运动等。由地壳运动引起的地面沉降，沉降速率低，一般不构成灾害后果，如天津地区；大震后可能引起短期的沉降速率增加，但很快就转平稳。（2）地球外营力作用：包括溶解、氧化、冻融等作用。(二)外在因素2.人类活动因素是诱发高速率地面沉降的重要因素。危害性大。（1）持续超量抽取地下水；（2）开采石油；（3）开采水溶性气体；（4）大面积农田灌溉；（5）高荷载建筑群；（6）地面振动荷载等。3地面沉降的形成机制地面沉降主要是过量开采地下液体或气体，致使贮存这些液、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低，有效应力相应增大,从而导致地层的压密。上海地面沉降机理研究，注重从微观与宏观两个层面进行剖析。在微观层面，重视土——水两相体系的物理化学作用，及其对土体变形与地面沉降的作用，通过土体微结构、孔径分布及其固结前后的变化、孔隙溶液物理化学成分、土颗粒比表面积及阳离子交换性，系统阐述了上海软粘土的固结变形的微观机理。在宏观层面，注重地面沉降控制与地下水资源开发利用系统管理的整合，由此优化上海地下水的采灌格局。另一方面，将地面沉降研究与控制同城市发展与建设规划联系，提高学科渗透性。对工程建设的地面沉降效应进行系统，确定其在上海整个地面沉降中所占的比例权重与总体影响，并对工程建设引发的局部地面沉降效应与区域性地面沉降发展动态的两者关系及其相互影响作了较为深入的探讨。工程性地面沉降的分析研究及其防治注重与城市规划相结合，采用规划设计部门较为通行的技术指标，如地面沉降控制条件下适宜的建筑容积率、建筑密度等，达到了跨学科、跨行业的交流与融合。通过对上海地面沉降经济损失定量评估的深入研究，认为地面沉降这一缓变型的地质灾害，是通过对城市其它的诸如洪涝潮汛灾害的叠加与催化放大作用而体现其灾害本质，既首次系统地确定了上海地面沉降经济损失评估的理论体系与方法，也确定了具体损失的量化指标和控沉效益，并由此提出地面沉降要实施系统调控，且应纳入城市整体的防灾、抗灾、减灾体系之中。1.预测方法建立长期观测站、网系统，开展沉降量、地下水位及孔隙水压力监测工作。利用实测资料建立沉降量、地下水位及时间的相关关系，并对沉降层主要力学参数进行校核。利用已得到的沉降量与地下水位的相关曲线，经校正后按可能的抽液开采计划用外延法推算地面沉降的发展趋势，提出预测结果。地面沉降预测浦东顾陆地面沉降监测站2.地面沉降的量测系统为了准确量测沉降区地面以下各压缩土层的变形量，需要设置有效的监测设备，组成地面沉降长期观测站。目前普遍采用在沉降层中分别设置观测标点——沉降标法。沉降标类型:1.基岩标：埋设于稳定基岩中的标杆式地面水准基点，其结构如图11.10。2.分层标：埋设在地面沉降区内不同深度压缩层中的水准观测标，结构如图11.11。3.地面标：埋设于地表的水准标点。只能得到地面的总变形量。图11.10基岩标结构图图11.11分层标结构及埋设示意图图图11.12孔隙水压力观测孔结构图3根据实际资料建立标准化模型按预定抽液计划外推预测法这种方法适用于已由长期地面沉降及地下水位详细观测资料的地区。预测步骤：a.据已有观测资料，找到地下水开采量与地下水位变化的关系，建立典型相关方程或曲线；b.建立有效应力增量与地面沉降量之间的相关方程或计算模型；c.建立未来几种可能地下水开采计划，即各含水层抽水时间表；d.根据标准化的抽液、地下水位变化及有效应力变化模型逐层计算预期的压缩或回弹量，经综合后算出总的地面沉降量预测值；e.作出地面沉降量的时序预测曲线。4主要危害有关上海地面沉降的报导最早见于1921年，到1965年在市区已形成了一个碟形洼地，其中心处的最大沉降量达2.63米。从1966—1987年22年间。累计沉降量36.7毫米，年平均沉降量为1.7毫米。目前中国地面沉降严重的地区有:上海天津北京西安太原等.(1)沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭；(2)一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力;(3)桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通.(4)在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉陷而发生的较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害;(5)在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高楼脱空，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。天津市地面沉降地面沉降使深井管相对上升地面沉降使桥下净空减少，严重影响河道通航能力。地面沉降对城市防汛（涝）规划、建设与管理产生了十分严重的影响！地面沉降产生水位不断突破历史水位的假象，给潮位分析预报、防汛规划建设与管理等工作都带来了困难。1999年吴淞、黄浦公园、米市渡等水文测站基面进行了订正，近年来地面沉降对三站的影响分别为-0.08、-0.06、-0.06米。5地面沉降的控制和治理对可能发生地面沉降的地区，硬预测地面沉降的可能性和危害程度：①估算沉降量，预测其发展趋势②结合水资源评价，研究确定地下水资源的合理开采方案③采取适当的建筑措施，预先对可能发生地面沉降量作充分考虑对已发生地面沉降的地区主要方法有：(一)表面治理措施(1)在沿海低平原地带修筑或加高挡潮堤、防洪堤，防止海水倒灌、淹没低洼地区；(2)改造低洼地形，人工填土加高地面；(3)改建城市给、排水系统和输油气管线，整修因沉降而被破坏的交通线路等线性工程，使之适应地面沉降后的情况；(4)修改城市建设规划，调整城市功能分区及总体布局。规划中的重要建筑物要尽量避开沉降区。(二)根本治理措施(1)人工补给地下水（人工回灌）,注意水质，防治污染选择适宜地点和部位向开采的含水层、含油层人工注水或压水，使含水（油、气）层中孔隙液压保持在初始平衡状态，使沉降层中因抽液所产生的有效应力增量减小到最低限度，总有效应力低于该层的预固结应力；(2)压缩地下水开采，调整开采层次，以地面水源代替地下水源,减少水位降深幅度具体措施为：a.以地面水源的工业自来水厂代替地下水供水源地；b.停止开采引起沉降量较大的含水层而改为利用深不可压缩型较小的含水层或基岩裂隙水；c.根据预测方案限制地下水的开采量或停止开采地下水。Theend