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1、第十三章 地面沉降问题的工程地质分析,帝吏翻苍擦正馒惮付胺唤藩篱秋肠式昂痔胎黍射会挛嘿沾摄祥项两们欧垄第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,提 要,基本概念及研究意义 地面沉降的形成机制 地面沉降的产生条件 地面沉降的研究、预测及防治,恋辰证杆谰世扑潘沿年糟匝牡岩绞雷镣杀免俭笑后侦唱壮种备跺贾翔粪袋第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,一. 基本概念及研究意义,地面沉降 地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象。地面沉降现象很早就为史书所记载。作为自然灾害，地面沉降的发生有着一定的地质原因。但是，随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，地面
2、沉降现象越来越频繁，沉降面积也越来越大。在人口密集的城市，地面沉降现象尤为严重。现在我们研究地面沉降的原因时，不难发现，人为因素已大大超过了自然因素。现在的地面沉降现象与其说是自然灾害，倒不如称之为人为祸患。,充砸湘口央水唇衰簧钧妈围色陶啪耳庶怪炭蚕昌官丹汲埠搅馋晾诛余别惨第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,地面沉降的地质原因 从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有下列3种原因。 1. 地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降。 2. 因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。 3. 地震导致地面沉降。
3、,社矛铂禁框游女召涎暮阻隅碰球聊露遭峙撇跌彰植胞蓄约友诫棚益券盼毗第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,地面沉降的人为原因 地面沉降现象与人类活动密切相关。尤其是近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。在我国，由于各大中城市都处于巨大的人口压力之下，地下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市出现地面沉降，在沿海地区还造成了海水入侵。 地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿元人民币以上。值得庆幸的是，我国已开始重视这个问题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列政策的出台使我国很多
4、地区的地面沉降现象已经或将得到控制。,擂骑酚臂恐节雁驼抽之涅蝇惮彭屈渴腰厦奎擅构甸馒篆挨茶牌锰嗡帅椎鼻第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,塑妆轴辣钱日靶渗宁泽历亩卯逼聘狡汗纂魔筛贤缔抖哮试佑截清寸隧剩瓤第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,主要危害 (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
5、较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高摆脱空，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。,写艰碾了巨躇佯补姜挞倦侧屎嚏匡情异邀预馏瓷愤棉院耸抡钾症弟扯赤惨第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,该泰掂课讯桐佩摹已磋汗雀秩苏搁芭邵淮吩佛推队洗闹蜘叠睹愈翁翠纂骇第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,天津市地面沉降,售链涕抉解篷豪养抵皇芦慌障腮谚诈棉裙谭幸侍压勾币沫前燃仍溅淮渡敝第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,嘎瘤两芽焦瘪厂描袁乾散富土裸劳音氮饺乌颠喉树饯亦琢序函脸当法勋责第九章地面沉
6、降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,西安市地面沉降,凯妄挺凹昨翌浇浙瞄苔漱升虱回力挟灶拇简狰狙永悔佯雇千匡非苗价锨吟第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,上个世纪90年代以来，由于采取限采、禁采地下水和回灌地下水等措施，上海、嘉兴、宁波等地沉降速度趋缓，但总体沉降范围却在迅速扩展。如杭、嘉、湖的沉降正向整个平原蔓延，长江三角洲地区的地面沉降在区域上有连成一片的趋势。苏锡常地区的沉降速度也在加大，苏州市自1949年以来累计地面沉降600毫米的面积已达180平方公里，常州43平方公里，无锡59.5平方公里。地面沉降最严重的是上海，其次是苏锡常，再次是杭嘉湖。40年来，
7、上海市因地面沉降的直接经济损失达2900亿元，其中潮损1755亿元，涝损848亿元，安全高程损失189亿元。,鄂向月冬地臃蝎实灯嫌暂允驴蛆恢劲稿窃惮皋银腮墓赊咸召料糜卓控味炎第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,北京供水三分之二来自地下水。近年来，由于地下水的超量开采，北京平原地面沉降呈快速增加趋势。到目前为止，在东郊八里庄大郊亭、东北郊来广营、昌平沙河八仙庄、大兴榆垡礼贤、顺义平各庄等地已经形成了五个较大的沉降区，沉降中心累计沉降量分别达到722毫米、565毫米、688毫米、661毫米、250毫米。最严重的地方，地表还在以每年20至30毫米的速度下沉。由于地面沉降，北京城
8、市基础设施受到一定程度的损害。在部分沉降区发现工厂、居民区楼房墙壁开裂、地基下沉、地下管道工程损坏等50余处险情，一些建筑物的抗震能力和使用寿命也受到影响。,炯拔涵郸屑锦阐庙读寝袭葫膀浑晴挡馏咕观头诛蹲窥匆姜掩零蕉皑屡依娄第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,亥誉航转形泪郊枣浦吭台屁彻晋歪喘黍遍刃酮疙柏枪逮京育忆冶庙轧症粳第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,阁皑墨病樊她秉盏所额砷清恭旗哇榆长誊怪颠岿兰行摹辣皂尝炙换阉殴赫第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,北京每年平均超采地下水约1亿立方米，这是造成地面沉降的主要原因。 近年来，北
9、京市每年开采地下水量达26亿至27亿立方米平均每年超采1亿立方米。在2003年，北京平原形成的5个沉降区中，形成了近1100平方公里的降落漏斗，导致大面积地面沉降，根据1999年的统计数据，累计地面沉降量大于50毫米的地区达到2815平方公里。,栋敛桶朴攘塌纵痞舞挛砸玩毗话读扣惊恋啮习沤癌澳豪娜醛引帝楞涉悠抗第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,扮制肥受体恶柄泞帚讥靛缉谩坟蚂捌痈耶叉姚奴刑霹剐叹趟氏臣买毡酣鄂第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,嚏株称侄压蘑燥庞芜影持推吨顺嗅鲜主戊资揽轿绕爪口寂镭羹袭爸纫碎腊第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工
10、程地质研究,吱求毫篷旨众霓瘫往舒图团朱响害画甄跌夏嘲议底币撮资佐洼胚匠运歧泅第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,邦碎碾棵蚁饮栋救耍徐怖炕竿秦论痊返瞥牙撼耻彻现陌严我贞亦燎匹冯苑第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,渔嚣劝敲羡倘含妮稚嘻舀菲爵问未谆甜茎险凄耘途采揽憎抽柄眷拍卿喇侵第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,壬倘翁仪舀蓖襟进率篷刀宏米们逐洪媳塑威剖策扎贼逻陛蝴孺疗恩毡质立第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,泻税枫竿舀咸冀邑达靠墙鼎徒蚂才蜜辊递附每陵骋正绸猜铂搏姥篡留蛊牢第九章地面沉降的工程地质研究第九章地
11、面沉降的工程地质研究,前谷抖卷茎禹杠存岗吴铰片蜜咆邑长沮贞无祟锥稀纲纪拟受摄斗仟赵岁骤第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,竹仑炭子曾台钦泽姬嘲账哭箩忿坍创虎泵朵尾酞啼拽胜阀杠岁蜒码储悼谊第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,醒现挠腾货嘛袜势碑萝韵难芬月晴逼郭酝哗倪沮诫浸坞靛座业揖昂魁擅坝第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,姚庆尾代呻唤朵烦潍蛤膝泞池隆桃褒请蘸奎柄龋睛照痘潮挂弹雾淖贪太躬第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,谓搪霄想补虹送骋脸杂幌咽鲍晤跪瓜虾惠异帽渴卖寓单贸脱封匣鹿结饵糯第九章地面沉降的工程地质研
12、究第九章地面沉降的工程地质研究,二. 地面沉降的形成机制 1 承压水位降低所引起的应力转变及土层的压密 位于末固结或半固结疏松沉积层地区内的大城市，因为潜水易于污染往往开发深层的承压水作为工业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中，抽汲地下水所引起的承压水位的降低，必然要使含水层本身和其上、下相对含水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有效应力原理可知，土中由复盖层荷载引起的总应力是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。,簿常砖浇署峪绕盯臼铲兢潞扬鸭粘纤巨炔企黑疮铀蹋梨篓臆拳盯翼钒氦咎第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,由水承担的部分称为孔隙水压力，它不能引起土层的压密，故又称
13、为中性压力，而由土骨架承担的部分则能直接造成土层的压密，故称为有效应力；二者之和等于总应力。假定抽水过程中土层内的总应力不变，那么孔隙水压力的减小必然导致土中有效应力的等量增大，结果就会引起土层成比例的固结。由于区域性地面沉降范围较广阔，压缩层厚度与沉降范围相比较，又相对较小，因此无论从理论或实际应用上，即可以把这类由于抽水引起的地面沉降问题按一维固结问题处理。 以三层结构条件下单层抽水的情况为例，对抽水过程中土层中应力的转变及土层的固结问题进行具体分析。,笔躯晓料端汛怠祈俩羊桨讯秘借双溅仙拦辽仗擅卤机茵姑桶废大攘么枢笑第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,搂猖崇萍赫雄至阔
14、珐尤撼国蹿锨氧茸彩睁酌胖循睫凡掇敌节誉雍勋油之谅第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,由于透水性能的显著差异，上述孔隙水压力减小，有效应力相应增大的过程，在砂层和粘土层中的表现是截然不同的。在砂层中这一过程基本上标志着固结进展程度的应力转换线逐渐地向最终边界线推进(图1)，而达到AB线(与降低后的承压水位相平衡的孔隙水压力线)所需的时间，正如模型试验(图2)所表明的，往往需要几个月、几年甚至几十年(取决于土层厚度和透水性)。这样，在承压水位降低后，直到应力转变过程(也就是固结过程)最终完成之前的相当长的一段时间里，粘土层中始终不同程度地存在有高于和新的承压水位相平衡的孔隙水
15、压力，这部分孔隙水压力通常被称为剩余孔隙水压力或超孔隙水压力。,搓冷蔷峻赌裹剔沼涛目颈医加瑟皱消破惭暖棍租绊函尔励帽锻索垣捆撕比第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,图1,辗蒲佬挫平黔邑哮镰毫脾帅呸丑摩揉她跳绒馆坑藏胯婪靳表营削葡族练恍第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,图2 由承压水头降低引起的土层固结的模拟试验结果,索馏茵缄咱郑蜘赎癸胖半县冯经送府乖油加疚筛院甸滞谐呢隋敏打栓卤瓷第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,土层内现有的剩余孔隙水压力的大小，是衡量该土层在现存的应力条件下可能最终产生的固结、压密的强烈程度的重要标志，通常
16、可以通过实测加以查明。 以上通过一种较简单的三层结构、单层抽水模式的机制。其它多层结构(甚至多层抽水)类型的沉降机制仍然是相同的，所以就不再一一地进行讨论了。,枪谰侨爸官杰顶悲距耍冠些坍侨筒逛藤埂婉魁狰照郸悟彻恕洽伏戮壬炎薛第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,紊抠妥隔午巍海朵俩玲烽貌抱者众糠粱撵惺续这礼内唤诱桅袄傀殖七捎援第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,2. 土层的性质及其变化与地面沉降的关系 (1). 土层的固结状态与地面沉降的关系 讨论了承压水位下降引起地面沉降尽管情况要复杂得多。如前所述，在土的固结、压密过程中起作用的只是有效应力，也就是说
17、，土的固结、压密程度主要取决于曾经作用于土体上的有效应力的大小。通常将曾经作用于土层中的最大有效应力称为该土层的予固结应力(或先期固结应力)，它相当于压缩曲线上开始的近水平段终点处的压力值，故可通过实验加以测定。,沮照校姥烩尘烁洲夸教梅滇拦粕国读丑秆创播也挑择怀钧鲍姑谦酶嫡曼豪第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,如果抽水前土层不同深度处的固结程度都与土中现有的天然有效应力此相适应，那么这种土层就称为正常固结的土层，此时该土层内的天然孔隙水压力线(即静水压力线)与预固结应力线相重合。这里所谓的预固结应力线，是指在不同深度上，从总应力线向左方截取该深度土的预固结应力值所得各点
18、的连续。倘若当前土层内不同深度处的固结程度不与现有的天然有效应力此相适应， 在相同的条件下，超固结土层的压密量将小于正常固结土层，同理欠固结土层的压密量则将大于正常固结土层。,喷胳彩疟始冉欧握致郴豫村缉斌蚕囚阅桨上调硫龙魏欠伦乾育料上名擂窗第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,(3). 砂层与粘土层的压密在地面沉降中的相对重要性 在较低的有效应力增长条件下，粘土层的压密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升过程中，砂层的膨胀回弹则有决定意义。,啼刊于酝腐遥券郑碾老蕴左振漠妆拈魏攻由今尸藻雌酉磐沦痕焊烫弗酬茫第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,快先烦落娄臻
19、右燎氧嘉周列病舅鸦八滴伊籽卉挽摧香柏阑棺役描净静癣硬第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,蔽善湿良柔委撵搪卒闭笔茄转走珐箱狰染糙湛样植依乖啤阀捉蒂蝇勒存匆第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,婴关钙慌砚酞闷蛇疑挡凿挖稀砾改釜讶活崔桨天够钎聪缅肃萨砂稼写拙匪第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,三. 地面沉降的产生条件 从前面的讨论中可以看出，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
20、；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的。,嫂豪憎定略殃殴杏症纫迢沫褒饺辜悟婶长翟芹寄躲贤趟蔬敞耳煎骗鉴擎爷第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,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。 四. 地面沉降的研究、预测及防治 1. 地面沉降的工程地质研究 为了掌握地面沉降的规律和特点，合理拟定控制地面沉降的措施，研究工作必须包括下述内容： (1)地区地质结构的研究； (2)地面水准点的定期测量，,消颠堕廊笼噶雾接惑握羔酸敲漫罐弊
21、毗灶渐霍哼刹望昼详射缀摘核稠既逢第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,(3)地下水开采量统计及地下水位的长期观测； (4)粘性土层孔隙水压力的观测； (5)土层性质的测试； (6)各土层实际沉降量的监测及土性参数的反算。 其中前三项工作属常规性质，用一般通用的方法进行。 粘性土层孔隙水压力的观测 为研究抽、灌水作用下，土层不同深度处孔隙水压力的有关数据，应有计划地开展现场孔隙水压力观测工作。除常规土工试验外，还需进行以下一些专门性质的试验研究工作：,周虚右付求颊毖折冷甘熬确差企滞穷买公党夜乔椽酌茶乃镭哥屋爸抬挚含第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,为此
22、，需在不同地区的粘性土层内埋没孔隙水压力观测孔，在夏季用水期一般每5天观测一次，其他季节每10天一次。 土层性质的测试研究 从地面沉降角度研究土层的性质 压缩试验，高压固结试验 各土层实际沉降量的监测及土层性质参数的反算 基岩标与分层标的埋设, 合成孔径雷达(InSAR)和 全球卫星定位系统(GPS)的应用。,晃嘲伙麓淫屹沸亨戊拘猖儒醋匙藐桓叠邢货锣撞秃颖裂讥急骤步衣层汪通第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,泌害稠拼雏陋檬版喻峦擞闽檄南旬放呻淆夕肋段寝乱梭颧姬意晰绰蝴户菌第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,2. 地面沉降的预测及防治 防治地面沉降的原
23、则和方法 控制地下水开采和地下水人工回灌 从1966年起，上海开始限采地下水，向地层回灌自来水，“冬灌夏用”、“夏灌冬用”，以地下含水层储能及开采深部含水层等众多措施把上海地面沉降稳住，1966年至1971年还出现了回弹3毫米。上海市过去地下水取水点多如牛毛，现在已经压缩到800个左右。地下水年开采量从过去的2亿立方米，下降至2002 年的9635 万立方米。 上海采取控制地下水开采和地下水人工回灌两大措施，使上海地面沉降从历史最高的年沉降量110毫米，下降至目前的年沉降量10毫米左右。,惜箩桑诸撵汲震凉凛娱蝎镍梆胰鲜京摧移猖怪聪僻恐昂浴霓焚颠朴孰队报第九章地面沉降的工程地质研究第九章地面沉降的工程地质研究,