1、第六講 變形 地質災害1. 概述2. 類型3. 分布規律4. 地面沉降一、概述 地面變形地質災害的定義廣義：指因內、外動力地質作用和人類活動而使地面形態發生變形破壞，造成經濟損失和（或）人員傷亡的現象和過程。 如，構造運動引起的山地臺升和盆地下沉；抽取地下水、開采地下礦產等人類活動造成的地裂縫、地面沉降和塌陷等。狹義：指地面沉降、地裂縫和地面塌陷地面沉降、地裂縫和地面塌陷等以地面垂直變形破壞或地面標高改變為主的地質災害。地面沉降-塌陷 馬路塌陷，還有的人被熱水活活燙死 山西 構造地裂縫 -平原，不是滑坡的張裂隙。二、地面變形地質災害的類型地地 面面 沉沉 降降一、概述二、我國地面沉降的現狀三、

2、地面沉降的危害四、地面沉降的成因機制五、地面沉降的時空特征六、地面沉降的主要特點七、地面沉降的監測與預測八、地面沉降的防治一、概述1、定義地面沉降：發生在較大面積的地表高程降低、地面舒緩變形的現象和持續過程。（1）自然因素）自然因素u構造升降運動構造升降運動u地震地震u火山活動火山活動u地面加載地面加載（2）人為因素）人為因素u開采地下水開采地下水、油氣資源油氣資源u地面加載地面加載形成的地面沉降范圍大、速率小形成的地面沉降范圍小、速率和幅度較大歸屬于地殼形變或構造運動的范疇，作為自然動力現象加以研究歸屬于地質災害現象進行研究和防治構造運動引起的地面沉降構造運動引起的地面沉降急劇變形：因基底斷

3、塊快速下降造成地表高程降低，地面急劇變形，如地震。構造蠕變：構造運動以一種緩慢連續的方式進行，表現為基底斷塊持續的緩慢沉降或巖層的拗陷。變形速率小、持續時間長天津市 基底下降形成的沉降值約為1.7mm/a 地面加載引起的地面沉降地面加載引起的地面沉降自然原因：自然原因：冰川期大陸冰蓋形成厚度達2000m巨大靜壓力挪威/芬蘭發生地面沉降最大值達2.5m冰川消融回彈人為原因：如修建水庫、建造房屋等人為原因：如修建水庫、建造房屋等上海市 30%地面沉降來自高層建筑和大型工程的影響浦東陸家嘴 2004年 地面沉降量達3cm 上海沉降最嚴重的地區二、我國地面沉降現狀 到到20032003年地面年地面沉降

4、面積已達到沉降面積已達到93,855km93,855km2 2，形成，形成長三角、華北平長三角、華北平原、和原、和汾渭汾渭盆盆地地等地面沉降災等地面沉降災害嚴重區。害嚴重區。涇渭分明渭水是黃河最大的支流，涇水又是渭河的支流，現在已經分不清楚那條河流的清與濁了，同流合污了。 長江濁黃，漢江碧綠 華北平原地面沉降等值線圖三、地面沉降的危害1.地面標高損失，地表積水，放泄洪能力下降曼谷洪水泛濫的原因 “除了氣候，就是地面沉降鬧的，海水回灌進曼谷了，前幾天，邢臺強調自己地勢低，污染物也容易聚集 2.標高降低，海平面升高，雙重因素，海水倒灌，桑田變滄海了。3.地下管線扭曲斷裂，天然氣泄漏，自來水管泄漏。

5、次生災害很多。4.橋梁凈空減小，影響通航5.農村積水，農作物減產。6.高程資料失效。7.房屋下沉，花錢買一樓，過幾年變成地下室了。8.樁基礎負摩擦，降低樁承載力-以后基礎工程詳細講不均勻沉降危害更大，造成房屋傾斜、開裂、倒塌。建筑物受損地面不均勻沉降錯斷供水管道四、地面沉降的成因機制土力學p90-板書一下地面原水位下降后水位（1）砂礫質含水層失水壓密特點（做含水率實驗時講過，沙子孔隙度小，但孔隙大，親水礦物含量低，持水性差，要求取樣粘性土510g，砂性土2030g ） 砂礫質含水層一旦被抽汲，釋水快，壓力傳遞快，壓密作用顯現得快，地面可在較短時間內出現沉降，即滯后時間短，延遲效應不明顯； 由于

6、砂礫質含水層本身的孔隙度較小，可供壓密的空間小，所以，地面總沉降量較??；-天然砂層一般都比較密實 砂礫質含水層顆粒間為硬連接，失水和充水能夠以可逆方式進行，形成的地面沉降具有彈性變形的特點，抽水時，地面下沉，水位恢復時，又可回彈。-基坑回彈，所以基坑開挖后要盡快施工，否則，一是風吹日曬水泡，而是回彈使得建筑物沉降大，土的性質，大家學過壓縮系數，回彈指數，見土力學。（2）粘性土的失水壓密特點 粘性土孔隙雖小，但孔隙度大，遠遠超過砂礫質土，粘性土一旦失水壓密，可壓縮空間大，能夠產生較大的地面下沉量；-尤其是軟土，如上海。 由于粘性土中的水主要是結合水，水壓傳遞和應力消散慢，失壓后需要相當長的時間才

7、可建立新的壓力平衡，所以抽水對它的影響來得慢，即滯后時間長，延遲效應也十分明顯，這就是為什么在許多粗細顆粒相迭置的地下水分布區抽水時地面沉降不明顯，水位恢復后，地面沉降仍會持續發展的原因； 粘性土失水壓密過程失去的水主要是結合水，骨架的壓密是塑性變形，兩者都是不可逆過程，所以，所造成的地面沉降大部分是永久性的。 -回彈很小。4、地面沉降的產生條件(1) 厚層松散細粒土層的存在(2) 長期過量開采地下流體(3) 新構造運動的影響(4) 城市建設對地面沉降的影響五、地面沉降的時空特征五、地面沉降的時空特征 綜合影響的結果導致地面沉降時空分布呈現復雜的局面，后面詳細講。 1、地面沉降的變形形式u 垂

8、直位移u 水平位移垂直位移X地下水開采區集中開采井位置 地面沉降以地層的垂直位移變形為主，并隨各地點有效應力增量大小的不同而不同。 初始地形面初始地形面 垂直位移量的空間變化圖規律性：由沉降中心向周邊方向逐漸減小ABO垂直位移量由于垂直應變不均勻，在沉降區中心，兩側土體會向中心擠壓，產生剪切破裂面，地面出現地裂縫。 上海閔行區華漕地面沉降與地下水位變化發展趨勢垂直位移量隨著地下水位的降低而逐漸增大 地面沉降垂直變形的過程中，土體也會形成側向拉力，產生水平位移。與垂直位移相比，水平位移形成的變形量要小得多 2、地面沉降的影響因素及其對地面形變的作用（1）地層組合對地面沉降的影響作用u地層巖性u地

9、層厚度u巖性組合 （2）抽水對地面沉降的影響u距抽水井遠近的影響u抽水量的影響u 抽水方式（1）地層組合對地面沉降的影響作用 1）地層巖性的影響不同的地層巖性對地面沉降的影響QQQ規律性：砂礫層的壓縮量小。2）地層厚度的影響 不同的地層巖性對地面沉降的影響QQ規律性：粘性土的累積厚度越大，壓縮總量越大3）地層組合的影響QQ規律性：在同等開采條件下，粘性土層數越多，沉降速率越大。不同的地層組合對地面沉降的影響Q 在某些情況下地下水開采漏斗區與地面沉降中心并不一致，還和巖性有關（2）抽水對地面沉降的影響作用 1）距抽水井遠近的影響規律性：地層巖性組合相似時，地面沉降中心往往與地下水開采中心在位置上

10、吻合一致。 距離抽水井遠近對地面沉降的影響QqQ1（2）抽水對地面沉降的影響作用 2）抽水量的影響規律性：抽水量越大，沉降量、沉降速率和沉降范圍越大。 抽水量對地面沉降的影響QqQ2Q1Q1Q23）抽水方式的影響連續抽水，抽水量恒定，補給充沛連續抽水，抽水量恒定，補給不足 間斷抽水，抽水量恒定 間斷抽水，抽水量不定 卸荷加荷e土體反復受壓縮過程 4）開采布局的影響Q1QQ2Q3Q=Q1+Q2+Q3不同的開采布局對地面沉降的影響規律性：同樣的開采量，集中布井方式產生的地面沉降量和危害比分散布井方式大。六、地面沉降的主要特點六、地面沉降的主要特點七、地面沉降的監測與預測七、地面沉降的監測與預測1.

11、 區域地面沉降監測技術l 精密水準測量l GPS 測量l InSAR 技術2. 地面沉降分層動態監測3. 自動化監測技術4. 地面沉降量預測1.區域地面沉降監測技術l 精密水準測量目前較為普遍和常用的方法特點：精度高，成果可靠，操作方便，儀器便宜 效率低、勞動強度大、難以自動化l GPS 測量 近10多年來，美國等國家開始將GPS技術用于區域地面沉降監測，并取得初步成效。 我國的成功經驗不多，這就是為什么經緯儀退出歷史舞臺 測距儀退出歷史舞臺了 水準儀還在大范圍使用的原因，就是因為一般的全站儀和GPS都不能滿足監測環境下的高程要求。 特點：設備昂貴，精度低，難以進行大規模布網l InSAR 技

12、術 利用不同時間測量的地面圖像相重疊而形成微分干涉圖像，圖像中一個相干顏色條紋循環代表一定數量的地面變形量，并通過對比地面變形實測值來確定，最終處理成地面變形等值線圖。特點： 具有大面積、快速的優勢，是水準測量和GPS測 量的有效補充。2、地面沉降分層動態監測基巖標和分層標監測室進行地面沉降監測的重要技術手段。基巖標：埋設在地下完整基巖上的特殊觀測點，可作為地面沉降測量的高程控制點。分層標：根據土層的性質，埋設在地下不同深度土層和含砂層中的特殊觀測點，是有效測量松散土層變形量的設施。3、自動化監測技術（1） 自動化監測系統組成 對抽水引起的地面沉降進行預測，因影響因素復雜，預測難度較大。近年來

13、，國內外對此作了大量的研究工作。我國地面沉降問題較嚴重的幾個城市也先后進行了系統的沉降量觀測、模型試驗、沉降量計算和預測工作。 統計模型 傳統的理論模型 數值方法這種方法適用于這種方法適用于已長期地面沉降及地下水位詳細觀測資料的已長期地面沉降及地下水位詳細觀測資料的地區地區。由于大量開采地下水（油、氣）引起地下水位（油、氣。由于大量開采地下水（油、氣）引起地下水位（油、氣壓）持續下降，進而引起介質失水壓密是地面沉降的根本原因壓）持續下降，進而引起介質失水壓密是地面沉降的根本原因。所以可利用地下水開采量或地下水水位與地面沉降量的資料。所以可利用地下水開采量或地下水水位與地面沉降量的資料，建立兩者

14、之間的，建立兩者之間的回歸方程回歸方程。例如：根據天津市資料，可得例如：根據天津市資料，可得 S =28.13 +0.0067QS =28.13 +0.0067Q式中：式中：S S為地面累計沉降量；為地面累計沉降量；Q Q為累計開采量。為累計開采量。又如，根據上海市資料，得：又如，根據上海市資料，得： S = B0 + B1h +B2D +B3HS = B0 + B1h +B2D +B3H式中：式中：B0B0、B1B1、B2B2、B3B3為回歸系數；為回歸系數；h h為水位變幅；為水位變幅；D D為水位為水位作用天數；作用天數；H H為該水作用期間平均水位。為該水作用期間平均水位。u 統計模型

15、如果建立SQ或Sh的回歸方程，即可根據未來的開采計劃推算地面沉降量的值。這種方法的優點是簡單明了，適用范圍廣。只要把主要的影響因素考慮進去，可以不考慮復雜的物理過程。但該方法有很大的弱點，從理論上講，不能對機理有更深刻的了解。-比如，很多統計報告，都是事后諸葛亮，先有靶子，再射箭，比如，中央2臺的股票新聞“由于xx，某股票大漲”如果你知道這個規律，你怎么不買股票？還有，很多彩民，個個都是數學家，費勁心思找規律，本來就是隨機事件，非要找出規律來，結果只能是機關算盡太聰明。u 傳統的理論模型 這類模型主要是根據土力學固結理論的基本原理，對在某一特定抽水條件下，各巖性層對應的有效應力增量，分別計算器

16、壓縮變形量，然后累加，計算地面沉降量。八、地面沉降的防治八、地面沉降的防治u 合理規劃水資源開發利用布局合理規劃水資源開發利用布局u- -根據影響因素可以采取相關措施，自己看。根據影響因素可以采取相關措施，自己看。這是在開采利用地下水之前進行的一項這是在開采利用地下水之前進行的一項工作，包括：工作，包括：取水地點取水地點盡可能安排在砂礫石層厚、盡可能安排在砂礫石層厚、粘性土夾層少的地段；粘性土夾層少的地段；在粘性土層多且相變復雜的地區，盡在粘性土層多且相變復雜的地區，盡量以地表水作為供水水源，量以地表水作為供水水源，減少或不開采地減少或不開采地下水下水；減少開采量，且盡量采用減少開采量，且盡量

17、采用恒定開采恒定開采辦法辦法，不要形成長期增長的開采局面。，不要形成長期增長的開采局面。將集中開采變為將集中開采變為分散開采分散開采；減少減少各地各地開采強度開采強度，使降落漏斗平且緩，使降落漏斗平且緩，減少沉降的不均勻性和局部沉降過大，減少沉降的不均勻性和局部沉降過大，避免出現明顯的擠壓帶和拉張帶，以減少避免出現明顯的擠壓帶和拉張帶，以減少水平位移和垂直位移集中的現象。水平位移和垂直位移集中的現象。-要求半天，嚴禁私自取地下水，只要開個口子，就是無底洞，比如，某家不安電表，估計用電的超要求半天，嚴禁私自取地下水，只要開個口子，就是無底洞，比如，某家不安電表，估計用電的超n家，家，2010年，

18、上海地下水開采年，上海地下水開采量已壓縮到量已壓縮到1963年開采量的十分之一年開采量的十分之一 ，才有效遏制了地下水引起的地面沉降才有效遏制了地下水引起的地面沉降u等量置換等量置換主要用于油氣田通過人工回灌對抽汲的液體進行等體積替換，以保證孔隙水（油）壓力不造成明顯下降。課堂作業學以致用 以自己家鄉（最好是本縣市，若實在沒有，本省也行）為例，舉例說明地面沉降的危害，也可以從網絡上了解。字數大于300字。下節課交作業，尤其是上次作業沒交的同學，一定要交，否則沒成績。上升的經濟和下沉的地面-平遙、滄州和上海為例我來個拋磚引玉吧，說說我的家鄉古城平遙，“我家住在黃土高坡”， 父母或許太喜歡水了，給

19、我取名張洪泉。水就是錢，就是命根子，大家或許都看到過非洲水池旁動物們的生死戰吧，這時候可沒有上甘嶺戰友間的謙讓，“天上下雨地下流，為水打架來記仇”， 解放前甚至油鍋抓銅錢。機井越打越深，小時候在菜園子和父親用轆轤澆水的場景只能留在夢里了，現在都是靠深層水，每天定點放水。千里迢迢來到保定，看到老鄉院子里都有壓水井，還能種個小菜園，很是羨慕，（現在也多改為機井了。） 滄州山西缺水，華北也缺水。黃驊市，是整個滄州最缺水的地方，衛星地圖上，該地區所有的河道都顯示為白色，即為干涸。過去，海河與黃河的多次泛濫，給滄州帶來大量的泥沙沉淀，改善了土壤，反而利于耕作。如今，且不說洪水，就連地下水也越來越少，地里的土層越來越薄，不利于耕種。-中央電視臺報道的人工造地，坡上毀樹造地，反而造成了滑坡和泥石流的危險。滄州所以華北平原的農業一年耗水量高達870毫米，而多年平均降雨量只有500毫米左右，這多出來的370毫米，