地大工程地质学基础 第十章 地面沉降(课件)

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五、地面沉降的调查与评价
平原区地质环境条件
• 地质构造：新构造沉降、活动断裂； • 地形地貌：滨海平原、三角洲平原、冲积－海积平原、
冲积－湖积平原、冲积－洪积平原前缘、山间盆地的地 表形态及高程变化、水系分布及流向、湖沼水域面积及 其变化； • 松散沉积层厚度、岩性、垂向组合； • 各土体（重点是软弱压缩层）的分布及其工程地质特征； • 含水层的分布、厚度、补给条件。
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区域易发性
多见
面广
国外：200多个 城市或地区
➢世界上最早发现 地面沉降：1898 年在日本新泻； ➢有50多个地区的 地面沉降量达到了 10m（墨西哥、日 本、美国等）
国内：17个省 （区市）95个城
市
三角洲平原：上海、苏锡常、
南通、嘉兴、桐乡、海宁、广州、 珠海、中山、台山、东莞等城市。
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一、概述 洪涝灾害加剧
宁波地面沉降区常年积水 河北平原地面沉降区
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一、概述
建筑物受损
2003年2月28日因地面不均匀沉降错 断西安子午路2m粗的供水管道
2002年12月10因地面不均匀沉降错断西 安翠华南路2米粗的供水管道
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一、概述
太 原 市
建
筑
物
受
苏锡常地区至2002年 地面累计沉降量等值线图
苏锡常地区2002年 地面沉降速率图
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二、我国地面沉降现状
华 北 平 原 地 面 沉 降 等 值 线 图
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二、我国地面沉降现状
(1956 2000 )
太
原
市
累
计

日本新隅因开采水溶性天然气——甲烷而持续地 大量抽水，导致开采层地下水位下降及含气层的压缩， 产生了大幅度的地面沉降。
自l9世纪末以来，随着世界范围内人类工程活动强度 和规模的不断增大，在许多具备适宜的地质环境的地区陆 续出现了地面下沉现象。在诸多实例中由于人类抽取地下 液体的工程活动而引起的地面沉降的情况最为普遍。意大 利的威尼斯城是最早被发现因抽取地下水而产生地面沉降 的城市。之后，日本、美国、墨西哥、中国、欧洲和东南 亚一些国家中的许多位于沿海或低平原上的城市地区，由 于抽取地下液体的工程活动，均先后出现了较严重的地面 沉降问题。表10-1列出了世界各典型地面沉降地区的沉降 量值、速率、诱发因素及已采取的治理措施等一般概况。
天 津 市 地 面 沉 降
西 安 市 地 面 沉 降
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， 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。
近代河流冲积环境模式： 以河流中下游高弯度河流沉积相为主。 属于这种模式的河流常处于现代地壳沉降带中，河床迁 移频率高，因而沉积物特征为多旋回的河床沉积土－－ 下粗上细的粗粒土和泛原沉积土，并以细粒粘性土为主 的多层交错叠置结构。
我国东部许多河流冲积平原如长江中下游，黄淮海平原、 松嫩平原等均属于此种类型。

第十章
第一节 第二节 第三节 第四节
地面沉降
概述 地面沉降的地质环境 地面沉降机理 地面沉降的防治
第一节 概述
地面沉降：指地面高程的降低，均指地壳 地面沉降：指地面高程的降低， 表面某一局部范围内的总体下降运动。 表面某一局部范围内的总体下降运动。 特点：以缓慢的、 特点：以缓慢的、难于察觉的向下垂直运 动为主， 动为主，只有少量的或基本没有水平向的 位移， 位移，可能影响的平面范围可大至几千平 方公里。 方公里。
世界若干大城市日用水量与地面沉降
上海市地面沉降
除超量抽取地下水之外，造成近期上海地面沉降加速 的原因是多方面的：
上海地区地下水开采量在较长时间内仍将持续高水平。 上海市第四纪沉积层厚达 3 0 0多ｍ，在潜水含水层以下有 0多ｍ，在潜水含水层以下有 7个粘性土层，上部粘土层在反复抽水与回灌的加卸载过程中， 回弹效应愈来愈差，其力学性状已经发生明显变化。 长江三角洲的苏、锡、常地区和杭、嘉、湖地区地面沉降明 显，已经和上海地区地面沉降几乎连成一片，造成周边地区 与上海地区地面沉降的地面沉降的相互影响加剧。 全球海平面升高影响，上海海平面目前以每年 1.5ｍｍ上升， 1.5ｍｍ上升， 地面沉降必须考虑与海平面升高的共同影响。
第三节 地面沉降机理
主要分析因为抽汲地下液体所引起的地面沉降的 机制问题 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， 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。 业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中， 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、 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。 对含水层中的孔隙水压力随之而减小。

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水土流失现状
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水土流失概述
• 水土流失是指在水流作用下，土壤被侵蚀、搬 运和沉淀的整个过程。在自然状态下，纯粹由自 然因素引起的地表侵蚀过程非常缓慢，常与土壤 形成过程处于相对平衡状态。因此坡地还能保持 完整。这种侵蚀称为自然侵蚀，也称为地质侵蚀。 在人类活动影响下，特别是人类严重地破坏了坡 地植被后，由自然因素引起的地表土壤破坏和土 地物质的移动，流失过程加速，即发生水土流失。 •
洪涝的特点
• 从洪涝灾害的发生机制来看，洪涝具有明显的季 节性、区域性和可重复性。如我国长江中下游地区的 洪涝几乎全部都发生在夏季，并且成因也基本上相同， 而在黄河流域则有不同的特点。 • 同时，洪涝灾害具有很大的破坏性和普遍性。洪 涝灾害不仅对社会有害，甚至能够严重危害相邻流域， 造成水系变迁。并且，在不同地区均有可能发生洪涝 灾害，包括山区、滨海、河流入海口、河流中下游以 及冰川周边地区等。 • 但是，洪涝仍具有可防御性。人类不可能彻底根 治洪水灾害，但通过各种努力，可以尽可能地缩小灾 害的影响。
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海水入侵
• 在沿海地区，由于大量开采地下水导致地下水 位大幅度下降，海水侵入沿岸含水层并逐渐向内 陆渗透，这种现象被称为海水入侵。海水入侵的 直接后果是地下淡水受到海水的污染、沿岸土地 盐碱化、水源受到破坏。从20世纪初欧洲首先发 现海水入侵到现在，人类居住的五大洲都先后发 生了海水入侵。 • 我国从60年代初开始，自大连、宁波等个别城 市直到现在整个东部沿海地带都发生了海水入侵。 目前大连市的一些水源地的Clˉ含量已经高达每升 1300毫克，水源地已面临废弃的危险。
地面沉降
1
• 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。

产生哪些影响？
(1)毁坏建筑物和生设施；
(2)不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地 区属于地层不稳定的地带，在进行城市建设和资源开 发时，需要更多的建设投资，而且生产能力也受到限 制；
(3)造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带。地面沉 降到接近海面时，会发生海水倒灌，使土壤和地下水盐碱 化。
Thank you
有哪些解决措施？
1. 土地使用：为了防止地面沉降，将土地使用由农业用地 型向城市用地型转变，以降低需水强度，防止地下水位的 进一步下降。
2. 节水措施:利用含水层组贮藏和运输地下水，要优于造价 高昴的地表蓄水和输水系统。
3.加固堤防: 对沿海城市进行海岸加固，建造堤防防止洪 水泛滥和海水入侵。
分布情况：
形成的原因：
1. 造成地面沉降的自然因素是地 壳的构造运动和地表土壤的自然 压实；
2. 造成地面沉降的人为的因素广 泛见于一些大量开采地下水的大 城市和石油或天然气开采区。
另外，根据地面沉降 发生的原因还可分为：
（1）抽汲地下水引起的地 面沉降；
（2）采掘固体矿产引起 的地面沉降；
（3）开采石油、天然气 引起的地面沉降。
作业-地面沉降
地面沉降
什么是地面沉降？
地面沉降又称为地面下沉或地陷。它是在人类工程 经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地 壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现 象）。
截至2011年12月，中国有50余个城市出现地面沉降 ，长三角地区、华北平原和汾渭盆地已成重灾区。2012 年2月，中国首部地面沉降防治规划获得国务院批复，地 面升降与经济上升有关。
4.立法保护： 2012年2月20日，中国 首部地面沉降防治规划获得 国务院批复，此举意味着全 国范围内的地面沉降防治已

采空区地面沉降对人民生命财产安全构成威胁，研究其规律和防治措施有助于提高灾害防范能力，保障人民生命财产安全。
保障人民生命财产安全
采空区地面沉降会导致土地资源丧失和生态环境破坏，研究其治理和修复技术有助于推动土地复垦和生态修复工作。
推动土地复垦和生态修复
矿山是我国重要的能源和资源基地，பைடு நூலகம்究采空区地面沉降有助于保障国家能源安全和战略资源储备。
服务国家能源战略
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEWERA
采空区地面沉降的形成机理
采空区的形成是由于地下资源的开采，如煤炭、金属矿石等，随着开采进度，地下形成空洞区域。
采空区的规模和形态取决于开采方式、资源分布和地质条件等因素。
随着采空区的形成，原有的地应力平衡被打破，易引发一系列的地质灾害和环境问题。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEWERA
采空区地面沉降的治理措施
总结词
通过向采空区充填废石、尾矿或其它材料，以支撑采空区的顶板，防止其塌落。
详细描述
该方法适用于采空区规模较小、深度较浅的情况。常用的充填材料有废石、尾矿等。充填法可以有效减少地面沉降，但成本较高，且对环境有一定影响。
通过向采空区及其周围的岩土体注入浆液，以加固岩土体、提高其承载能力，防止地面沉降。
注浆法适用于处理较深层的采空区。常用的浆液有单液浆和双液浆。注浆法具有施工方便、效果显著等优点，但成本较高，且对环境有一定影响。
详细描述
总结词
通过控制采空区的地下水水位，以减小采空区的压力，防止地面沉降。
总结词
地下水控制方法主要包括排水和注水。排水可以降低地下水水位，减小采空区的压力；注水可以增加地下水的水头，提高采空区的承载能力。地下水控制方法成本较低，但对环境有一定影响。

地面沉降的形成机制
➢ 地面沉降的形成机制 ➢ 2 土层的性质及其变化与地面沉降的
关系
➢ 在相同的条件下，超固结土层的压 密量小于正常固结土层，欠固结土层 的压密量大于正常固结土层。
➢ 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。
不良地质作用之
地面沉降
地面沉降
➢ 基本概念及产生原因 ➢ 地面沉降的形成机制 ➢ 地面沉降的产生条件 ➢ 地面沉降的危害及防治
地面沉降概念和特点
地面沉降概念和特点
➢ 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。
➢ 特点：以缓慢的、难于察觉的向下垂直运 动为主，只有少量的或基本没有水平向的 位移，可能影响的平面范围可大至几千平 方公里。在某些实例中地面沉降是一种自 然动力地质现象，而在多数实例中这种现 象是由人类活动所引起的，常以地壳表层 一定深度内岩土体的压密固结或下沉为主 要形式。近年来的研究成果表明，地面沉 降产生于特定的地质环境中并受到多种诱 发因素的制约和影响。
➢ 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。
小结
➢ 了解地面沉降的产生原因 ➢ 理解地面沉降的形成机制 ➢ 分析地面沉降的产生条件 ➢ 明确地面沉降的危害及防治
地面沉降的形成机制
➢ 地面沉降的形成机制
➢ 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。（土的固结理论）

2023
REPORTING
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治理方法
注浆加固
通过注浆技术向地层注入浆 液，增强地层强度，提高地 层的承载能力，防止地面沉 降进一步发展。
回填土方
对于已经发生沉降的区域， 通过回填土方、夯实等方法 ，增加地表的承载能力，防 止沉降继续扩大。
排水固结
通过排水系统降低地下水位 ，使土层固结压密，提高土 层的承载能力，减缓地面沉 降。
定性，可能导致地面沉降。
地质结构
土壤和岩石的分布、厚度、层理等 地质结构因素，影响土壤的应力分 布和传递，可能导致地面沉降。
地下水位
地下水位的高低直接影响土壤的含 水量和承载能力，进而影响土壤的 稳定性，可能导致地面沉降。
2023
PART 03
地面沉降的监测与评估
REPORTING
监测方法
水准测量法
2023
《地面沉降》PPT课 件
REPORTING
2023
目录
• 地面沉降概述 • 地面沉降的原因 • 地面沉降的监测与评估 • 地面沉降的防治措施 • 地面沉降的案例分析
2023
PART 01
地面沉降概述
REPORTING
定义与特征
定义
地面沉降是指地表在自然或人为 因素作用下，发生地面高程下降 的现象。
评估指标
沉降速率
衡量地面沉降变化快慢的指标，通常 以每年沉降多少毫米或厘米来表示。
累计沉降量
地面沉降发生以来累计沉降的大小， 是衡量地面沉降程度的重要指标。
沉降范围
地面沉降发生的区域范围，通常以面 积或长度、宽度表示。
地面稳定性评估
根据监测数据评估地面的稳定性，判 断是否可能发生进一步沉降或对地面 设施的安全性产生影响。

工程地质学——地面沉降工程 地质及研究
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
23、一切节省，归根到底都归结为时间倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈

地面沉降问题工程地质分析
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的Байду номын сангаас业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

资源、土地资源等。
• （3）地面沉降的治理 • a.节约用水，改变水源。 • b.调整地下水开采层次，开采季节。 • c.地下水人工回灌。 • d.加工地下工程。 • e.地基加固工程。 • f.避开活动断层。
• （4）地面沉降的监测 • a.大地水准测量。 • b.地下水开采量、地下水位、地下水
• （a）断裂活动引起
• 断层的缓慢蠕滑形成地裂缝，是 构造地裂缝常见的一种。
西安地裂缝与活动断层
• （b）地震活动引起 • 地震地裂缝。形成的地裂缝规模比
较大。
• （c）火山活动引起 • 火山喷发前夕何喷发过程中形成。
b.非构造成因
• 特征： • 分布的方向不明显，延伸的长度较
短，剖面多呈弧形、椅状、直立。 • 主要的原因： • 膨胀土作用、黄土湿陷作用、地面
• （c）活动方式分类 • 垂直升降： • 水平拉张： • 水平扭动： • 超强活动： • （d）活动范围分类 • 线状分布 • 片状分布
2、地裂缝的危害
地裂缝的主要危害
• 建筑物墙体开裂。 • 地面设施破坏。 • 地下设施损坏。 • 有害气体的溢出。 • 垃圾场污染地下水。 • 农田漏水。
湖南采矿导致地裂缝
• （3）山前冲洪积扇及倾斜平原区， 如北京、保定、郑州等。
• （4）山间盆地和河流区，如西安、 太原、运城等。
（2）地面沉降的形成机制
• a.形成的地质条件
• （a）松软的第四纪沉积物
• 黏土 粉砂质黏土 黏土质粉砂
•
粉砂 细砂 粗砂
砾石
• （b）新构造运动的沉降区
b.地面沉降的致因
3、地裂缝的调查研究
•பைடு நூலகம்（1）地裂缝特征的调查研究

在各类地面塌陷中，我国以岩溶地区塌陷分布最广， 已有22个省(区)发生此类地面塌陷，危害最重。矿山采空 区地面塌陷的分布和危害仅次于岩溶地面塌陷。
8
我国岩溶塌陷分布区域
贵州构件厂抽水塌陷（ 1993.5.2 (据岩溶所） ）
10
云南乌东德岩溶洼地
11
广州地下通道施工造成 路面塌陷
12
广西合山电厂灰场塌陷 1999年5月6日
现将地面塌陷成因类型分述如下：
2
1.抽取地下水致地面塌陷
洞穴的岩、土体位于地下水位中，产生对洞穴顶板的 静水浮托力，当抽取地下水使之水位下降时，支撑洞顶岩、 土体的浮托力随之降低。此外，洞穴空腔与松散介质接触 上下侧水、气流体，因地下暗管道内的水流发生变化而产 生的温差效应，为此，出现了与抽取地下水同步发展的塌 陷现象。
1986年．广西忻城大塘乡遭遇春旱，地下水位下降 产生了40多个塌陷，4月底一场大雨后，塌陷增至140多 个，使两幢房屋倾倒，地面多处裂缝。村舍变电所场地 开挖后，雨水蓄积渗入，也导致地面塌陷。
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3．河水涨落致地面塌陷
岩溶裂隙、洞穴管道中的地下水与附近河水相通时， 随着河水位的升降，横向发育的岩溶裂隙、管道中的地下 水位也随之升降，这种作用也可导致地面的塌陷。
5.1 地面沉降的分类
美国地质调查局（USGS）1999年出版的美国地面沉降 研究报告中将地面沉降按引发的原因（未考虑构造因素造成 的区域性沉降）分为:
地下水开采型（Mining Ground Water-Introduction ）;
土壤疏干型（Drainage of Organic Soils-Introduction）；
④塌陷区内不宜把土层作为基础持力层，一般多采用柱(墩)基。广 东某工程采用钢桁架代替排架，金属挂板代替围护墙，尽量减轻结构自 重，并能承受20m范围的塌陷变形。