地裂縫、地面塌陷

地質災害危險性評估王瑞久地裂縫、地面塌陷

地質災害危險性評估王瑞久1坍陷（沉降）的分析調查

前言1、坍陷（沉降）的定義2、土體壓密3、土體收縮4、地面沉降5、地裂縫6、巖溶坍陷7、構造與火山活動引起的沉降8、人工開挖引起的坍陷結語補充材料亞利桑那州地面沉降和地裂縫成因坍陷（沉降）的分析調查前言2前言

地質事件本身具有二大特點：

1）事件都不完全相同；

2）事件都不是單因素造成。

所以地質事件不存在有模式可套，只能從最基本的原理去分析和掌握。

本講義要著重介紹一些基本原理和實際例子。

前言

地質事件本身具有二大特點：

1）事件都不完31、坍陷（沉降）的定義

坍陷、沉降（Subsidence），該專有名詞用于地殼表面，通常定義為地面的點下沉到更低的水平位置。換句話說，亦可定義為點的垂向位移，同時意味著臨近點借助于向下運動而產生橫向位移。1、坍陷（沉降）的定義

坍陷、沉降（Subs42、土體壓密

2.1影響土體壓密的重要因素

2.2土體壓密過程概要

實例2—1砂土液化概述2、土體壓密

2.1影響土體壓密的重要因素

5實例2—1砂土液化概述

（摘自Pipkin，B.WandTrent.T.T，2001，GeologyandtheEnvironment）實例2—1砂土液化概述

（摘自Pipkin，B.Wan6日本新瀉1964年地震時砂土液化影響。這些設計為抗震的建筑物傾斜而未受損壞。日本新瀉1964年地震時砂土液化影響。這些設計為抗震的建筑物7加州沃森維爾附近的野外涌沙加州沃森維爾附近的野外涌沙8圖C2—1—2砂土液化（橫向移動）系因地震時球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振動造成這種固體顆粒堆集更加有效，這會占據少量體積。一部分覆蓋層荷載由水來支撐，這就無法阻止水體橫向運移。震前，水，不穩定（立體）堆集，震后，液化土中剩余孔隙水負擔覆蓋層荷載穩定（六邊形）堆集圖C2—1—2砂土液化（橫向移動）系因地震時球粒（理想9C2—1—3唐山地造成的噴水冒砂區分布圖震C2—1—3唐山地造成的噴水冒砂區分布圖震10（a）圣華金河谷位置。濕陷土幾乎完全沿河谷西界分布，因抽地下水引起的沉降在整個河谷隨處可見。（b）在河谷的濕陷土中，做注水試驗的小塊地。這小塊地的總沉降達到3m（10英尺）。（a）圣華金河谷位置。濕陷土幾乎完全沿河谷西界分布，因抽地下113、土體收縮

3.1季節性收縮試驗

3.2樹根效應

3.3粘土收縮效應

3.4土體收縮過程概要

實例3—1茂名民房裂縫和膨脹土3、土體收縮

3.1季節性收縮試驗

3.2124、地面沉降

4.1含水層彈性的概念

4.2含水層壓密引起沉降的模擬

4.3水位下降引起沉降過程概要

實例4—1上海市地面沉降監測資料

實例4—2上海地面沉降和開采水量關系4、地面沉降

4.1含水層彈性的概念

4.2135、地裂縫

5.1張裂隙發育成地裂縫

5.2不均勻沉降引起張裂隙

實例5—1西安地裂縫成因及治理措施

實例5—2蘇錫常地區地裂縫成因分析

實例5—3亞利桑那州菲尼克斯的地裂縫5、地裂縫

5.1張裂隙發育成地裂縫

5.145.1張裂隙發育成地裂縫5.1張裂隙發育成地裂縫15圖5-1地裂縫發育概圖（Bell1981）圖5-1地裂縫發育概圖（Bell1981）16西安地裂縫分布面積約155km2，由11條地裂縫組成，其中最長的有20余公里。西安地裂縫分布面積約155km2，由11條地裂縫組成，其中最17西安地裂縫造成房屋和城墻開裂西安地裂縫造成房屋和城墻開裂18河北滄州地裂縫長4公里河北滄州地裂縫長4公里192002年滄州市給水管網破裂776次2002年滄州市給水管網破裂776次20在亞利桑那州皮卡喬附近，因抽地下水的沉降引發地裂縫。在亞利桑那州皮卡喬附近，因抽地下水的沉降引發地裂縫。21無錫市東亭鎮，地裂縫錯斷無錫--上海公路，兩側高差達15-20cm，威脅行駛安全。無錫市東亭鎮，地裂縫錯斷無錫--上海公路，兩側高差達15-222江陰市長涇鎮雙平大樓因地裂縫影響現已被迫拆除蘇錫常地區地裂縫對房屋造成嚴重破壞江陰市長涇鎮雙平大樓因地裂縫影響現已被迫拆除蘇錫常地區地裂縫23圖C5-3-2亞利桑那州卡薩格蘭德西南約32km泰布爾山附近顯示地裂縫的航空照片

A.小比例尺航片，箭頭指向地裂縫圖C5-3-2亞利桑那州卡薩格蘭德西南約32km泰布爾24圖C5-1-1西安市地裂縫與地貌的關系圖圖C5-1-1西安市地裂縫與地貌的關系圖255.2不均勻沉降引起張裂隙

5.2不均勻沉降引起張裂隙26圖5-2與地裂縫有關的三種地質條件（M.K.LarsonandT.L.Pewe1986）圖5-2與地裂縫有關的三種地質條件（M.K.Larso27圖C5-3-3顯示亞利桑那州南部地裂縫與地下水下降和地貌關系的示意圖

A和B盆地和山脈的理想化演化。C由于地下水下降形成的地裂縫圖C5-3-3顯示亞利桑那州南部地裂縫與地下水下降和地28亞利桑那州中南部的水位下降，地面沉降與地裂縫亞利桑那州中南部的水位下降，地面沉降與地裂縫29圖C5—2—2地裂縫成因模式圖C5—2—2地裂縫成因模式30圖C5-2-1江陰——無錫地裂縫分布圖（吳士良、王瑞久，2001）

1、基巖殘丘；2、地面沉降等值線（m）；3、地裂縫及方向

圖C5-2-1江陰——無錫地裂縫分布圖（吳士良、王瑞久316、巖溶坍陷

6.1碳酸鹽巖地區的地基問題

6.2灰巖巖層中自然坍陷發育的基本特征

6.3巖溶坍陷的概要

6.4充泥洞穴內壓密作用引起坍陷

6.5洞穴充填物的地下侵蝕過程

實例6—1貴州甕福磷礦供水的抽水試驗

實例6—2武漢市陸家街地區巖溶坍陷6、巖溶坍陷

6.1碳酸鹽巖地區的地基問題

32巖溶地形的地面和地下特征巖溶地形的地面和地下特征33圖6-2充泥洞穴壓密作用引起坍陷A.原水面B.水平下降引起鈣質紅土和充填物壓密

圖6-2充泥洞穴壓密作用引起坍陷A.原水面B.水34圖6-3由于抽水引起灰巖充填物的地下侵蝕

A.水位下降前的平衡狀態；B.水位下降，隨著向上侵蝕過程使通道被排空，出現活躍的地下侵蝕（潛蝕進入開闊的洞穴）；C.洞穴的頂部逐漸坍陷，可能短期內受鐵化中礫標志層的抑制；D.最后的拱頂坍陷，形成了被同心球狀張力裂縫包圍的落水洞

圖6-3由于抽水引起灰巖充填物的地下侵蝕

A.水位下降35（a）開始沉下去不久，注意昂貴的賽車掉入坑內。（b）從空中看，這個坑幾乎完全對稱。（c）堵塞后的景觀，落水洞地區現在成了一個城市公園。佛羅里達州溫特帕克的落水洞（a）開始沉下去不久，注意昂貴的賽車掉入坑內。（b）從空中看36表示巖溶地區有斷開的河流，上百個湖泊和幾千個落水洞。佛羅里達州中部下伏第三紀歐卡拉灰巖，沿海地帶由年輕的碎屑砂質沉積組成。這張圖解釋了沿著該州南北軸向的巖溶地區位置。

佛羅里達州中部的衛星照片表示巖溶地區有斷開的河流，上百個湖泊和幾千個落水洞。佛羅里達37

實例武漢市陸家街地區巖溶坍陷

自1977年以來，陸家街地區及周圍已發生多次地面塌陷，計有：

1977年漢陽中南軋鋼廠堆料場塌陷

1983年阮家巷塌陷

1988年武昌陸家街塌陷

1999年茅坦村小學塌陷

2000年2月武昌司法學校塌陷

2000年4月青菱鄉烽火村塌陷實例武漢市陸家街地區巖溶坍陷

自19738陸家街降水潛蝕-重力致塌形成過程模式略圖

h1孔隙水位；h2巖溶水位；h3混合水位陸家街降水潛蝕-重力致塌形成過程模式略圖

h1孔隙水位；h39陸家街地區巖溶地面塌陷預測分區圖

1.相對穩定區；2.潛在塌陷區；3.塌陷危險區；4.區；5.亞區；6.塌陷坑陸家街地區巖溶地面塌陷預測分區圖

1.相對穩定區；2.潛在塌407、構造與火山活動引起的沉降

7.1構造和火山活動引起沉降的過程概述

7.2地震活動引起沉降圖解

7.3地殼運動引起自然沉降7、構造與火山活動引起的沉降

7.1構造和火山41圖7-2主要地殼運動引起自然沉降基本特征圖7-2主要地殼運動引起自然沉降基本特征42在1964年耶穌受難節，阿拉斯加地震導致沉降和上升（傾斜）的地區，發生的沉降達到1m。在1964年耶穌受難節，阿拉斯加地震導致沉降和上升（傾斜）的438、人工開挖引起的坍陷

8.1地下采煤沉陷機理的發現

8.2地下采煤引起巖層的非彈性變形

和時間有關

8.3地下硐室開挖的精密測量

8.4和采煤巷道有關的應力再分布

8.5和采煤巷道有關的地下活動

8.6巖石擴容的基礎理論8、人工開挖引起的坍陷

8.1地下采煤沉陷機理的448.3地下硐室開挖的精密測量

8.3地下硐室開挖的精密測量45圖8-2洞室邊壁的收斂

E單點伸長計；M多點伸長計圖8-2洞室邊壁的收斂

E單點伸長計；M多點伸長計46圖8-3一些典型伸長計的時間-變形曲線圖8-4多點典型伸長計在洞室邊壁不同深度上測到的變形量圖8-3一些典型伸長計的時間-變形曲線圖8-4多點典47圖8-5溫度對混凝土建筑變形的影響曲線圖8-5溫度對混凝土建筑變形的影響曲線48結語

補充材料：

亞利桑那州地面沉降和地裂縫成因

菲尼克斯市地裂縫

亞利桑那州中南部地裂縫

地裂縫成因的研究歷史

地裂縫研究的小結結語

補充材料：

亞利桑那州地面沉降和地裂縫成因

49謝謝！謝謝！50地裂縫、地面塌陷

地質災害危險性評估王瑞久地裂縫、地面塌陷

地質災害危險性評估王瑞久51坍陷（沉降）的分析調查

前言1、坍陷（沉降）的定義2、土體壓密3、土體收縮4、地面沉降5、地裂縫6、巖溶坍陷7、構造與火山活動引起的沉降8、人工開挖引起的坍陷結語補充材料亞利桑那州地面沉降和地裂縫成因坍陷（沉降）的分析調查前言52前言

地質事件本身具有二大特點：

1）事件都不完全相同；

2）事件都不是單因素造成。

所以地質事件不存在有模式可套，只能從最基本的原理去分析和掌握。

本講義要著重介紹一些基本原理和實際例子。

前言

地質事件本身具有二大特點：

1）事件都不完531、坍陷（沉降）的定義

坍陷、沉降（Subsidence），該專有名詞用于地殼表面，通常定義為地面的點下沉到更低的水平位置。換句話說，亦可定義為點的垂向位移，同時意味著臨近點借助于向下運動而產生橫向位移。1、坍陷（沉降）的定義

坍陷、沉降（Subs542、土體壓密

2.1影響土體壓密的重要因素

2.2土體壓密過程概要

實例2—1砂土液化概述2、土體壓密

2.1影響土體壓密的重要因素

55實例2—1砂土液化概述

（摘自Pipkin，B.WandTrent.T.T，2001，GeologyandtheEnvironment）實例2—1砂土液化概述

（摘自Pipkin，B.Wan56日本新瀉1964年地震時砂土液化影響。這些設計為抗震的建筑物傾斜而未受損壞。日本新瀉1964年地震時砂土液化影響。這些設計為抗震的建筑物57加州沃森維爾附近的野外涌沙加州沃森維爾附近的野外涌沙58圖C2—1—2砂土液化（橫向移動）系因地震時球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振動造成這種固體顆粒堆集更加有效，這會占據少量體積。一部分覆蓋層荷載由水來支撐，這就無法阻止水體橫向運移。震前，水，不穩定（立體）堆集，震后，液化土中剩余孔隙水負擔覆蓋層荷載穩定（六邊形）堆集圖C2—1—2砂土液化（橫向移動）系因地震時球粒（理想59C2—1—3唐山地造成的噴水冒砂區分布圖震C2—1—3唐山地造成的噴水冒砂區分布圖震60（a）圣華金河谷位置。濕陷土幾乎完全沿河谷西界分布，因抽地下水引起的沉降在整個河谷隨處可見。（b）在河谷的濕陷土中，做注水試驗的小塊地。這小塊地的總沉降達到3m（10英尺）。（a）圣華金河谷位置。濕陷土幾乎完全沿河谷西界分布，因抽地下613、土體收縮

3.1季節性收縮試驗

3.2樹根效應

3.3粘土收縮效應

3.4土體收縮過程概要

實例3—1茂名民房裂縫和膨脹土3、土體收縮

3.1季節性收縮試驗

3.2624、地面沉降

4.1含水層彈性的概念

4.2含水層壓密引起沉降的模擬

4.3水位下降引起沉降過程概要

實例4—1上海市地面沉降監測資料

實例4—2上海地面沉降和開采水量關系4、地面沉降

4.1含水層彈性的概念

4.2635、地裂縫

5.1張裂隙發育成地裂縫

5.2不均勻沉降引起張裂隙

實例5—1西安地裂縫成因及治理措施

實例5—2蘇錫常地區地裂縫成因分析

實例5—3亞利桑那州菲尼克斯的地裂縫5、地裂縫

5.1張裂隙發育成地裂縫

5.645.1張裂隙發育成地裂縫5.1張裂隙發育成地裂縫65圖5-1地裂縫發育概圖（Bell1981）圖5-1地裂縫發育概圖（Bell1981）66西安地裂縫分布面積約155km2，由11條地裂縫組成，其中最長的有20余公里。西安地裂縫分布面積約155km2，由11條地裂縫組成，其中最67西安地裂縫造成房屋和城墻開裂西安地裂縫造成房屋和城墻開裂68河北滄州地裂縫長4公里河北滄州地裂縫長4公里692002年滄州市給水管網破裂776次2002年滄州市給水管網破裂776次70在亞利桑那州皮卡喬附近，因抽地下水的沉降引發地裂縫。在亞利桑那州皮卡喬附近，因抽地下水的沉降引發地裂縫。71無錫市東亭鎮，地裂縫錯斷無錫--上海公路，兩側高差達15-20cm，威脅行駛安全。無錫市東亭鎮，地裂縫錯斷無錫--上海公路，兩側高差達15-272江陰市長涇鎮雙平大樓因地裂縫影響現已被迫拆除蘇錫常地區地裂縫對房屋造成嚴重破壞江陰市長涇鎮雙平大樓因地裂縫影響現已被迫拆除蘇錫常地區地裂縫73圖C5-3-2亞利桑那州卡薩格蘭德西南約32km泰布爾山附近顯示地裂縫的航空照片

A.小比例尺航片，箭頭指向地裂縫圖C5-3-2亞利桑那州卡薩格蘭德西南約32km泰布爾74圖C5-1-1西安市地裂縫與地貌的關系圖圖C5-1-1西安市地裂縫與地貌的關系圖755.2不均勻沉降引起張裂隙

5.2不均勻沉降引起張裂隙76圖5-2與地裂縫有關的三種地質條件（M.K.LarsonandT.L.Pewe1986）圖5-2與地裂縫有關的三種地質條件（M.K.Larso77圖C5-3-3顯示亞利桑那州南部地裂縫與地下水下降和地貌關系的示意圖

A和B盆地和山脈的理想化演化。C由于地下水下降形成的地裂縫圖C5-3-3顯示亞利桑那州南部地裂縫與地下水下降和地78亞利桑那州中南部的水位下降，地面沉降與地裂縫亞利桑那州中南部的水位下降，地面沉降與地裂縫79圖C5—2—2地裂縫成因模式圖C5—2—2地裂縫成因模式80圖C5-2-1江陰——無錫地裂縫分布圖（吳士良、王瑞久，2001）

1、基巖殘丘；2、地面沉降等值線（m）；3、地裂縫及方向

圖C5-2-1江陰——無錫地裂縫分布圖（吳士良、王瑞久816、巖溶坍陷

6.1碳酸鹽巖地區的地基問題

6.2灰巖巖層中自然坍陷發育的基本特征

6.3巖溶坍陷的概要

6.4充泥洞穴內壓密作用引起坍陷

6.5洞穴充填物的地下侵蝕過程

實例6—1貴州甕福磷礦供水的抽水試驗

實例6—2武漢市陸家街地區巖溶坍陷6、巖溶坍陷

6.1碳酸鹽巖地區的地基問題

82巖溶地形的地面和地下特征巖溶地形的地面和地下特征83圖6-2充泥洞穴壓密作用引起坍陷A.原水面B.水平下降引起鈣質紅土和充填物壓密

圖6-2充泥洞穴壓密作用引起坍陷A.原水面B.水84圖6-3由于抽水引起灰巖充填物的地下侵蝕

A.水位下降前的平衡狀態；B.水位下降，隨著向上侵蝕過程使通道被排空，出現活躍的地下侵蝕（潛蝕進入開闊的洞穴）；C.洞穴的頂部逐漸坍陷，可能短期內受鐵化中礫標志層的抑制；D.最后的拱頂坍陷，形成了被同心球狀張力裂縫包圍的落水洞

圖6-3由于抽水引起灰巖充填物的地下侵蝕

A.水位下降85（a）開始沉下去不久，注意昂貴的賽車掉入坑內。（b）從空中看，這個坑幾乎完全對稱。（c）堵塞后的景觀，落水洞地區現在成了一個城市公園。佛羅里達州溫特帕克的落水洞（a）開始沉下去不久，注意昂貴的賽車掉入坑內。（b）從空中看86表示巖溶地區有斷開的河流，上百個湖泊和幾千個落水洞。佛羅里達州中部下伏第三紀歐卡拉灰巖，沿海地帶由年輕的碎屑砂質沉積組成。這張圖解釋了沿著該州南北軸向的巖溶地區位置。

佛羅里達州中部的衛星照片表示巖溶地區有斷開的河流，上百個湖泊和幾千個落水洞。佛羅里達87

實例武漢市陸家街地區巖溶坍陷

自1977年以來，陸家街地區及周圍已發生多次地面塌陷，計有：

1977年漢陽中南軋鋼廠堆料場塌陷

1983年阮家巷塌陷

1988年武昌陸家街塌陷

1999年茅坦村小學塌陷

2000年2月武昌司法學校塌陷

2000年4月青菱鄉烽火村塌陷實例武漢市陸家街地區巖溶坍陷

自19788陸家街降水潛蝕-重力致塌形成過程模式略圖

h1孔隙水位；h2巖溶水位；h3混合水位陸家街降水潛蝕-重力致塌形成過程模式略圖

h1孔隙水位；h89陸家街地區