地面沉降监测技术要求.pdf

中国地质调查局地质调查技术标准 D D 2 0 0 6-0 2 地面沉降监测技术要求 中国地质调查局 2 0 0 6 年 7月 I 目 次 前言 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 总则3 4.1 地面沉降监测的必要条件 3 4.2 地面沉降监测技术设计 3 4.3 地面沉降监测的主要目的 3 4.4 地面沉降监测的主要任务 3 5 地面沉降现状调查4 5.1 主要任务 4 5.2 调查范围 4 5.3 调查内容 4 5.4 资料收集与分析 5 6 地面沉降监测网的布设5 6.1 地面沉降水准监测网 5 6.2 地面沉降 GPS 监测网7 6.3 地面沉降地下水位（水量）动态监测网 9 6.4 地面沉降 InSAR 监测 9 7 地面沉降监测的内容及要求 9 7.1 监测内容 9 7.2 水准网的监测要求10 7.3 GPS 网的监测要求13 7.4 地下水动态监测网的监测要求13 7.5 土体样品实验分析13 8 外业成果的记录与整理计算14 8.1 地面沉降水准网14 8.2 GPS 监测网14 8.3 地下水动态监测网15 8.4 数据的统计整理15 9 地面沉降趋势预测评价16 9.1 预测评价目的和任务16 9.2 预测评价依据16 9.3 预测评价方法16 9.4 地面沉降预测预报原则17 10 地面沉降区地裂缝长期监测17 10.1 监测任务 17 10.2 监测方法 17 10.3 监测要求 18 11 资料整理与成果编制18 II 11.1 一般要求18 11.2 建立地面沉降监测资料数据库18 11.3 报告编写要求19 附录 A 水准标石类型符号表（规范性附录）20 附录 B 一等水准点之记（资料性附录）21 附录 C 准网结点接测图（资料性附录）22 附录 D 水准标志图（资料性附录）23 附录 E 水准标石类型图（资料性附录）24 附录 F GPS 测量野外基本情况表（资料性附录）27 附录 G 标石类型图（资料性附录）30 附录 H 监测成果统计表（资料性附录）32 附录 I 地面沉降土体专门性试验（资料性附录）34 附录 J 地面沉降监测数据分析方法（资料性附录）38 附录 K 地面沉降调查与监测报告内容（资料性附录）42 III 前 言 本标准参照国家一、二等水准测量规范（GB 12897-2001）、国家三、四等水准测量规范（GB 12898-2001）、地面沉降水准测量规范（DZ/T 0154-1995）、全球定位系统(GPS)测量规范（GB/T 18314-2001）、地下水动态监测规程（DZ/T 0133-1994）等有关国家标准、行业标准编制而成。由于地面沉降调查与监测工作涉及的工作环节和工作内容较多，专业性较强，除了地学知识外，涉及到大量与测量学和仪器使用有关的专业知识，在使用过程中本技术要求未及部分可照相关的技术标准执行。本标准的附录 A 为规范性附录，附录 B、附录 C、附录 D、附录 E、附录 F、附录 G、附录 H、附录 I、附录 J、附录 K 为资料性附录。本标准由中国地质调查局提出；本标准起草单位：中国地质环境监测院 本标准主要起草人：何庆成、叶晓滨、钟立勋、李志明、刘文波、李采 本标准由中国地质调查局负责解释。1 地面沉降监测技术要求 1 范围 本标准规定了地面沉降现状调查、监测网布设、监测内容及方法、外业成果纪录与整理计算、地面沉降趋势预测评价、地面沉降区地裂缝长期监测、资料整理与成果编制等的技术要求 本标准适用于各种自然和人为原因引起的地面沉降灾害的专门调查与监测工作。2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 12897 国家一、二等水准测量规范 GB 12898 国家三、四等水准测量规范 GB/T 14158 区域水文地质工程地质环境地质综合勘查规范（150000）GB/T 18314 全球定位系统(GPS)测量规范 CJJ 73 全球定位系统城市测量技术规程 CH/T 1004-2001 测绘技术设计规定 DZ/T0097 工程地质调查规范（125000150000）DZ/T0133 地下水动态监测规程 DZ/T0154 地面沉降水准测量规范 SL-237-019-1999 孔隙水压力消散试验 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。3.1 地面沉降 land subsidence 因地层压密或变形而引起的地面标高降低。3.2 GPS 测量 GPS surveying 应用 GPS（Global Positioning System）全球定位系统技术测量地面沉降量。3.2.1 观测时段 observation session 测站上开始接受卫星信号到停止接收连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。3.2.2 同步观测 simultaneous observation 两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。3.2.3 同步观测环 simultaneous observation loop 三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。3.2.4 独立观测环 independent observation loop 由非同步观测获得的基线向量构成的闭合环。3.2.5 数据剔除率 percentage of data rejection 同一时段中，删除的观测值个数与获取的观测值总数的比值。2 3.2.6 天线高 antenna height 观测时接收机天线相位中心至测站中心标志面的高度。3.2.7 参考站 reference station 在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动设站作业，这些固定测站就称为参考站。3.2.8 流动站 roving station 在参考站的一定范围内流动作业的接收机所设立的站。3.2.9 观测单元 observation unit 快速静态定位测量时，参考站从开始至停止接收卫星信号连续观测的时间段。3.2.10 GPS 静态定位测量 static GPS posioning 通过在多个测站上进行若干时段同步观测，确定测站之间相对位置的 GPS 定位测量。3.2.11 GPS 快速静态定位测量 rapid static positioning 利用快速整周期模糊度算法原理所进行的 GPS 静态定位测量。3.2.12 固定站 permanent tracking station 长期连续跟踪接收卫星信号的永久性地面观测站。3.2.13 单基线解 single baseline solution 从 m（m3）台 GPS 接收机同步观测值中，由 m1 条独立基线构成观测方程，统一结算出 m1 条基线向量。3.3 水准测量 leveling 应用水准测量技术测量地面沉降量。3.3.1 地面沉降 land subsidence 因地层压密或变形而引起的地面标高降低。3.3.2 结点 node 水准网中至少连接三条水准测线的水准点。3.3.3 水准路线 leveling route 同级水准网中两相邻结点间的水准测线。3.3.4 测段 leveling interval 两相邻水准点间的水准测线。3.3.5 连测 inclusive leveling 将水准点或其它高程点包含于水准路线中的观测。3.3.6 支测 branch leveling 自路线中任一水准点起，测至三角点、导线点水准测站。3.3.7 接测 joint leveling 新设水准路线中任一点连接其他路线上水准点的观测。3.3.8 检测 checking 检查已测高差的变化是否超过规定而进行的观测。3.3.9 重测 re-leveling 因成果质量不合格而重新进行的观测。3.3.10 复测 repeated leveling 每隔一定的时间对已测水准路线进行的测量。3.3.11 基岩标 benchmark on bedrock 穿过松软岩层，埋在坚硬岩石（基岩）上的地面水准观测标志。3.3.12 分层标 borehole extensometer 埋设在不同深度松软土层或含水砂层中的地面水准观测标志。3 3.3.13 剖面线 cross-section route 沿地面沉降勘察地质剖面敷设的水准测量路线。3.4 基岩标、分层标部件 3.4.1 保护管 protector tube 隔离周围土层摩阻与水动力、水化学环境及其动态变化，使引测标杆不受干扰的保护装置。3.4.2 标杆 beacon pole 从完整基岩或被监测地层引伸至地面的引测装置。3.4.3 扶正器 centralizer 安设在保护管与标杆间隙内，用以扶正标杆、增加其稳定性的导正装置。3.4.4 标底 bottom pole 与基岩或被监测土层固成一体的底部标杆，是地层沉降信息向上传递的主要部件。3.4.5 滑筒 sliding sleeve 安装在保护管底部，是控制保护管与标底相对滑动间距的装置。3.4.6 主标头 master head 由标底引至地面的测点。基岩标的主标点是标组的高程测量的起算点，分层标的主标点是监测某一土层沉降量的测点。3.4.7 副标头 assistant head 安装在保护管顶端，用以监测保护管沉降量的测点。3.5 地面沉降监测 subsidence monitoring 一般是指在发生、发现地面沉降的地区内布设统一的区域性的地面沉降水准网、GPS网和地下水监测网。通过定期的重复观测，为研究和控制地面沉降提供准确、可靠的资料。4 总则 4.1 地面沉降监测的必要条件 开展地面沉降监测前必须收集、分析已有地面沉降监测成果和资料，根据监测要求和监测条件，采用适合的方法和技术。4.2 地面沉降监测技术设计 地面沉降监测实施前，必须进行技术设计，以保证监测成果符合技术标准和有关部门的要求。4.3 地面沉降监测的目的 4.3.1 查明和研究地面沉降区的水文地质工程地质条件，为进行地面沉降理论研究和灾害评价提供基础资料和数据；4.3.2 对开采地下液态资源引发的地面沉降区进行重点监测，预测预报地面沉降的发展趋势，为政府部门控制或防治地面沉降，合理开发和利用地下资源提供规划和决策依据；4.3.3 向全社会提供地面沉降监测的信息服务，为国家减轻地面沉降灾害提供技术支撑。4.4 地面沉降监测的任务 4.4.1 在查明水文地质工程地质条件的基础上，对过量开采地下水或地下液态资源的广大区域和城市范围布设地下水监测网点，以浅层地下水（潜水微承压水）及主要开采段的深层地下水（承压水）为重点，进行地下水动态监测；4.4.2 在查明环境地质条件的基础上，在地面沉降严重区域布设监测网，通过定期的反复测量，观测地面沉降区沉降量的大小；4.4.3 及时完成地下水监测数据和地面沉降监测数据的整理和入库工作；4.4.4 通过对该区地下水水位变化、地面沉降量、水文地质工程地质条件的分析，查明该区地面沉降形成机理、成灾条件和发展趋势，为进一步防御和控制地面沉降提供必要的科学依 4 据。5 地面沉降现状调查 5.1 主要任务 5.1.1 了解地面沉降灾害区的地质背景（地层岩性、地质构造、水文地质、工程地质特征等）；5.1.2 查明或基本查明地面沉降灾害的分布范围、分布规律、危害程度；开展航片和卫片的地面沉降解译，实地验证航片、卫片的解译情况；5.1.3 分析地面沉降灾害的影响因素（自然因素及人为因素）、形成条件及其成因机理。5.2 调查范围 依据地质环境条件、地下液态资源开发利用现状和规划、地面沉降灾害发育程度以及社会经济发展重要程度等综合因素，确定地面沉降调查范围。5.2.1 对发生过如井口抬升、桥洞净空减少、房屋开裂等地面沉降现象较集中的区域展开重点调查；5.2.2 要根据工作的需要，适当地扩大到已知地面沉降范围以外的区域。5.2.3 在有采矿活动、农田灌溉活动、大量抽汲地下水的地段，必须在现场通过访问、调查，查明是否曾经发生过地面沉降现象，并详细记录，标记在图上。5.3 调查内容 5.3.1 地面沉降区地下水动态调查 调查与监测的内容包括地下水水位、水量资料；与地下水有密切联系的地表水体的观测资料；重点调查地下水水位下降漏斗的形成特点、分布范围、发展趋势及其对已有建筑物的影响。5.3.2 建筑物破坏情况调查 首先查看地下水开采量强度大、地下水位降深幅度也大的地段的开采井泵房（地面、墙壁有无裂缝、井管较地面有无上升、房屋有无变形等），然后逐渐向四周扩展，查看地面建筑物有无损坏，并调查建筑物年限。5.3.3 地下管道破裂调查 对供水管线应查看地面是否潮湿、冒水；冬季是否常年结冰；煤气管道破裂调查用感官嗅其气味是否正常，调查居民用气量是否充足。5.3.4 雨季淹没调查 调查淹没损失、淹没设施名称、淹没面积、淹没水深，对比分析本次降水量大小及历史同等降水量淹没情况和相应的地面变形情况（有无阻水建筑物修建）。若在相同的降水、风力、风向及排水条件下出现洼地积水，河水越堤、海水淹没码头、工厂等，应属于地面沉降所致。5.3.5 风暴潮调查 在发生过风暴潮的地区开展风暴潮的频率、潮位和经济损失调查，在有条件的地区开展经济损失评估；开展河堤、桥梁等的变化调查。5.3.6 相关调查与资料分析 调查第四纪松散堆积物的岩性、厚度和埋藏条件,收集和分析不同地区地下水埋藏深度和承压性，各含水层之间及其与地表水之间的水力联系资料。5.3.7 地面沉降灾害和对环境的影响调查 采用现场踏勘和访问的方法，对建筑设施的变形、倾斜、裂缝的发生时间和发展过程及规模程度等详细记录，同时了解被破坏建筑设施附近水源井的分布、抽水量及地面沉降的情况。5.3.8 调查记录 每次调查均应有详细记录。5 5.4 资料收集与分析 在开展调查与监测的过程中应进行有关资料的收集，包括城市 1:10000 或 1:50000 比例尺交通图和地形图、沉降区水文地质工程地质勘查资料、水资源管理方面的资料、市政规划现状及远景资料、沉降区内国家水准网点资料、城市测量网点资料、井、泉点的历史记录及历史水准点资料、研究沉降区水文地质工程地质条件、历年水资源开采情况、已有的监测情况、地面沉降类型及沉降程度。分析地面沉降的原因、沉降机制，估算地面沉降的速率，划分出沉降范围及沉降中心，尽可能编制出地面沉降现状图。作为监测网点布设的原则依据。在资料相对缺乏的沉降区，可布置适当的调查与勘查工作量，以达到布设监测网络的要求为准则。6 地面沉降监测网的布设 地面沉降监测网络由地面沉降监测水准网、地面沉降监测 GPS 监测网、地面沉降监测地下水位(水量)动态监测网组成，有条件时可利用 InSAR 监测技术作为补充。6.1 地面沉降水准监测网 6.1.1 一般规定 6.1.1.1 当发现某地区出现地面沉降时，应建立地面沉降监测水准网。通过定期地重复观测，为研究和控制地面沉降提供准确、可靠的系统资料。6.1.1.2 各类标点测量的具体操作、仪器使用及仪器检验应符合 GB 12897 国家一、二等水准测量规范及 DZ/T 0154 地面沉降水准测量规范等规定。6.1.2 水准网（点）布设原则与要求 6.1.2.1 采用从整体至局部，逐级水准测量的高程控制方法。6.1.2.2 一等水准网(环线)布设在沉降漏斗外围区；二等水准网在一等水准网环线内布设。在地面沉降明显的漏斗区可选取剖面施测线，加密观测点。6.1.2.3 根据监测区的水文地质、工程地质特征和年均沉降量的大小，将整个监测区划分成若干个不同的地面沉降结构单元，并按其不同单元设置高程基准标、地面沉降标和分层沉降标(组)。6.1.2.4 地面沉降监测水准网的网形结构，可以是单个起算点的自由网，也可以是多个控制网的复合网。起算点应是基岩标，其高程一般从国家一等水准网点引测。水准网建成后应与已有的国家一、二等水准网接测，并绘制水准网结点接测图（参见附录 C）6.1.2.5 地面沉降标点的选布，采用测区平均布点与沉降漏斗区加密布点相结合的方法，由沉降漏斗外围区向中心区，布点密度逐渐加大。6.1.2.6 在监测区内水准点布设密度应当满足监测工作的需要。普通沉降水准点布设密度和复测周期见表 1。表 1 普通沉降水准点布设密度和复测周期 年均沉降量（mm/a）沉降点间距(m)复测周期 1030 53 年 3050 20001000 31 年 50100 700500 10.5 年 100150 500250 63 月 150 0.500.300.200.300.50刚轴根络0.200.500.300.500.400.100.100.10（b）岩层普通水准标石 地面最大冻土深度线（e）混凝土柱普通水准标石最大冻土深度线（f）爆破型混凝土柱普通水准标石0.200.300.500.200.300.500.100.600.200.200.100.500.400.500.20 单位：m 图 E-3 普通水准标石 请勿碰动点准水家国墙面单位：mm604012030504075 图 E-4 墙脚水准标志 27 附录 F（资料性附录）GPS 测量野外基本情况记录 表 F-1 GPS 点之记 所在图幅 149E008013 网区：平陆区 点号 C002 点名 南疙瘩 类别 A 概略位置 B=34 50 L=34 50 H=484m 所在地 山西省平陆县城关镇上岭村 最近住所及距离 平陆县城县招待所距点 8km 地类 山地 土质 黄土 冻土深度 解冻深度 最近邮电设施 平陆县城邮电局（电报电话）供电情况 上岭村每天有交流电 最近水源及距离 上岭村有自来水，距点 800m 石子来源 山上有石块 沙子来源 县城建筑公司 本点交通情况（至本点通路与最近车站、码头名称及距离）由三门峡搭车轮渡过黄河向北到山西平陆县城约 8 km，再由平陆县城搭车向东南到上岭村7km（每天有两班车），再步行到点上约 800m，两轮人力车可到达点位。交通线路图 选点情况 点位略图 单位 黄河水利委员会测量队 选点员 李纯 日期 1990.6.5 是否需联测坐标与高程 联测高程 建议联测等级与方法 III 等水准测量 起始水准点及距离 1.5km 28 表 F-1 续 地质概要、构造背景 地形地质构造略图 埋石情况 标石断面图 接收天线计划位置 单位 黄河水利委员会测量队 埋石员 张勇 日期 1990.7.12 利用旧点及情况 利用原有的墩标 保管人 陈生明 保管人单位及职务 山西省平陆县上岭村会计 保管人住址 山西省平陆县上岭村 1207040单位：cm1501015 天线可直接安置在墩标顶面上。备注 表 F-1 完 图 F-1 GPS 点环视图 29 图 F-2 GPS网选点图 30 附录 G（资料性附录）标石类型图(a)基岩天线墩10040细沙基岩地面50100视基岩距地面距离而定25020100细沙4030505060102010(b)岩石天线墩视基岩距地面距离而定20050100地面基岩细沙100(c)基岩标石30305010(d)岩层普通标石大型混凝土上标石石块10501005012 31 4060701015120150100200(e)土层天线墩最深冻土线捣固的土石层护沟土(f)普通基本标石55305020402012020155050捣固的土石层100(g)冻土基本标石(h)固定沙丘基本标石(i)普通标石捣固的土石层(j)建筑物上标石1520202015503050视冻土深度而定最深冻土线或最深融化线捣固的土石层土25201201567捣固的土石层钢管土1520403050152030 说明：本图例单位：cm 天线墩足筋1220mm，里筋710mm。32 附录 H（资料性附录）监测成果统计表 市年地下水位监测成果统计表 表 H1 上升区 下降区 城市 地区名 含水 组别 监测面积（km2）监测点 数（个）面积（km2）点数 最大上升值（m）最小上升值（m）平均值（m）面积（km2）点数 最大下降值（m）最小下降值（m）平 均 值（m）33 市年地面沉降监测成果统计表 表 H2 水准测量 下降区 或上升区 名称 监测区面积（km2）基岩标（个）分层标组（组/个）普通水准点（个）剖面线（Km）年最大 沉降值（m）年最小 沉降值（m）年平均 沉降值（m）年最大 上升值（m）年最小 上升值（m）年平均 上升值（m）34 附录 I (资料性附录)地面沉降土体专门性试验 I.1 土的渗透性试验 各类土的渗透系数的取值，应进行渗透试验获得，并应与野外抽水(注水)试验的成果比较后确定。砂性土渗透性试验：可采用卡明斯基管（土样管法）、70 型试验仪器法（基姆式渗透仪）；粘性土可采用南 55 型渗透仪和加荷渗透仪法（渗后试验仪）。渗后试验仪可在不同固结压力下测定土的渗透系数，并可加快试验过程。深层土的渗透试验应在岩石高压渗透仪中进行测试。I.2 压缩固结试验 I.2.1 压缩指标的测定 固结试验用于测定饱和土的压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数、前期固结压力、固结系数和次固结系数等。压缩试验用于测定非饱和土的压缩系数、体积压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数和前期固结压力等。当采用压缩系数和压缩模量进行沉降量计算和预测预报时，固结试验施加的最大压力应大于土的有效自重压力与附加压力之和。试验成果可由 ep 曲线的形式整理。a）压缩系数 av的计算 应取自土的有效自重压力至土的有效自重压力与附加压力之和的压力段。可采用压力间隔由 Pi100kPa 增加到 Pi+1200kPa 时所得的压缩系数 a12判断土的压缩性。压缩系数越大，则土的压缩性越高。b）压缩系数 av的计算方法 av1000e/P1000(eiei+1)/(Pi+1Pi+1)1000(1e)(Si+1Si)/(Pi+1Pi)式中：av压缩系数(MPa-1);e压力由 Pi增加到 Pi+1时减少的孔隙比；P压力增量（KPa）；ei压力为 Pi时压缩稳定后的孔隙比；ei+1压力为 Pi+1时压缩稳定后的孔隙比；Pi、Pi+1与 ei、ei+1相对应的压力（kPa）；Si、Si+1Pi、Pi+1压力下固结稳定后单位变形量；hi某压力下，试样压缩稳定后的变形量（mm）；h试样起始高度（mm）。c）压缩模量 Es的计算 应取自土的有效自重压力至土的有效自重压力与附加压力之和的压力段。可采用压力由Pi100KPa 增加到 Pi+1200KPa 时的压缩模量 Es12来判断土的压缩性，压缩模量越大，土的压缩性越低。d）压缩模量 Es的计算方法 Es(Pi1Pi)/1000(Si1Si)(1e)/av 式中：符号含义同前。体积压缩系数 mv的计算方法 mv1/Esav/(1e)35 固结系数 Cv的计算方法$CvK(1e)/avW 式中：K土层的渗透系数；e孔隙比；av压缩系数；W水的密度。通常采用时间平方根法或时间对数法求得 Cv值。I.2.2 前期固结压力 Pc的测定 a）目的 评价土的固结状态：通常用超固结比 OCR 来表示。前期固结压力 Pc 与土的自重应力 P0之比为超固结比。当 Pc/P01 时，为正常固结；当 Pc/P01 时，为超固结；当 Pc/P01 时，为欠固结。确定超固结地层的临界水位值：不引起地面沉降或不引起明显地面沉降的地下水位值。同时可获得压缩指数 cc、固结系数 cv、压缩系数 av、体积压缩系数 mv等项指标。b）试验要求 试样要保持原状结构。加荷等级宜为 12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200 kPa，。开始阶段每次加荷增量较小，随着压力增大，加荷增量可逐渐加大。最终荷重的大小应以 elgP 曲线能反映明显的呈直线的初次曲线段为准。最终荷重一般为土层自重压力 Pc的倍。前期固结压力测定的试验成果应按 elgP 曲线的形式整理。c）确定 Pc的方法 卡萨格兰特法：依据室内 elgP 坐标曲线，寻找最小曲率半径，然后由经验图解法求得。Schnmertmarn 法及 Burmister 法等。I.2.3 高压固结试验 地面沉降预测模型建立过程中，为了模拟现场应力状况，获得相应的计算参数，可进行高压固结试验。I.2.4 反复加卸荷试验 a）目的 研究土体在地下水位反复升降（即不同应力范围内反复加卸荷）条件下的变形规律及其压缩与回弹特性，计算土的压缩系数 av、压缩指数 Cc及卸荷时的回弹系数 as、固弹指数 Cs、胀缩比 Cp值。恢复采样时土层的原始孔隙比和地下水开采初期时土层的孔隙比。b）试验要求 应尽可能采取级土样。土样的采取应符合岩土工程勘察规范的要求。加荷等级宜为 12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200KPa，第一级压力的值应视土的软硬程度而定，宜用 12.5、25 或 50 KPa。加荷稳定时间一般以 24h 为准。反复加卸荷的次数视试验要求而定，一般不少于五次。c）试验内容 自土层自重压力 P0起，反复加卸荷，卸荷量小于加荷量，模拟地下水位在反复升降中 36 逐年下降；在一定压力条件下，反复加卸荷，卸荷量大于加荷量，模拟地下水位在反复升降中逐年上升；由土层自重压力 P0起，在恒定压力条件下，反复加卸荷，模拟地下水位在一定变幅内反复升降。d）某级荷重下压缩系数、回弹系数和胀缩比的计算方法 某级荷重下的压缩系数 av(eiei+1)/(pi+1pi)同法可计算 as。式中符号意义同前。某级荷重下的压缩指数 Cc、回弹指数 Cs：Cc(eiei+1)/(lgpi+1lgpi)(压缩曲线直线段斜率)Cs(eiei-1)/(lgPi+1lgPi)（回弹滞回圈端点连线的斜率）式中符号意义同前。按下式计算某级荷重范围内的胀缩比 Cp Cp av/as I.3 钻孔（井）抽水试验 抽水试验可按不同目的选择表 1 中的方法及相应的参数计算方法。表 1 抽水试验方法、应用范围及目的 方 法 应用范围 目的 无观测孔 初步判断含水层的渗透系数 数学模型初始参数给定值 单孔抽水 恢复水位 确定渗透系数 数学模型初始参数给定值 带观测孔抽水 能较准确地求得含水层的各种参数 用于抽水及沉降模型中预测地面沉降量 抽水试验最大降深应接近水源地实际开采降深值。抽水时井、孔(群)动态测量应采用同一方法和仪器。其精度对抽水孔为 cm，对观测孔为 mm。稳定水位的标准为抽水量和动水位随时间的关系曲线仅在一定范围内波动，而没有持续上升或下降的趋势。抽水结束后应测量恢复水位。并绘制抽水时降落漏斗的形成及发展动态图，绘制水位下降时土层压力动态变化图。I.4 地下水人工回灌试验 通过回灌试验，研究地面沉降量、回灌量和地面回升量之间的规律，并进行计算，求得需要回灌的水量。在此基础上制定地下水开采与回灌方案。a）回灌水位观测 回灌开始时，水位观测时间间隔宜按非稳定流要求进行。一般观测时间间距如下：1、2、2、5、5、5、5、5、10、10、10、10、20、20、20、30、30min，回灌水流基本稳定后，每1h 测一次。b）地下水水温观测 观测含水层水平方向的温度变化，可按每 1 次/2h；观测含水层垂直方向的温度变化，可按 1 次/d；水温观测点设置：水平方向水温观测点宜布设于受气温影响小、地下水迳流条件好和易于测出因回灌水引起温度变化的部位。一般设于在地下水水位以下 5m 处；垂直方向水温观测点宜于地下水水位以下每米设置一点，直至孔底。c）土层温度观测 37 土层温度观测孔宜浅于回灌孔。孔距一般 12m。采用自动测温仪器，观测次数不少于2 次/d。I.5 地下水人工回灌试验成果 回灌试验结束后，应对地下水动态进行一段时期的观测。地下水水位、水温、土温观测次数不少于每四天测一次；主孔、观测孔及回灌源均应进行水质分析。绘制各含水层增温线平面图、垂向等温线剖面图、不同深度水温时间变化曲线图等。38 附录 J (资料性附录)地面沉降监测数据分析方法 J.1 数据处理 J.1.1 算术平均值法 当监测数据的离散度较小时，可采用算术平均值或中值来代表。X（X1X2Xn）/nXi/n 式中:X1，X2，Xn；代表各次监测值；n监测总数。J.1.2 最大、最小平均值法 当土质不均匀时，可根据指标的性质采用最大平均值或最小平均值。最大平均值（算术平均值最大监测指标值）/2；最小平均值（算术平均值最小监测指标值）/2。J.1.3 舍去 10%后的最大、最小平均值法 当监测数据离散度较大时，在总数中舍去最大值和最小值各 10%后，剩下的最大值或最小值分别与原计算所得算术平均值相加，再除以 2 即得到最大、最小平均值。J.1.4 加权平均值法 计算平均值时，因各项指标代表不同的量，此时采用加权平均值法。X(W1X1W2X2WnXn)/(W1W1W1)WiXi/Wi 式中：X1，X2，Xn，各监测值；W1，W2，Wn，为各监测值对应的权。J.1.5 相关分析法 土的某些物理、力学性质指标之间有较好的相关性；另外，某些指标随深度及平面展布上也有一定的规律性。压缩指数与液限之间、压缩系数与液限指标之间、渗透系数与孔隙比之间等都有较好的相关性；天然容重随深度的增加而增加，前期固结压力在某些地区随深度的增加而增大等。根据这些特点，进行相关分析，可建立某些指标间的相关方程式，可以是直线相关，也可以是非直线相关。据这些相关式，可由某些指标求得另一些指标。J.2 根据实测资料反算变形参数 该方法适用于已建立沉降监测系统并取得一定数据的地层变形资料、水位观测资料等城市地区。根据实测的土层变形数据反算得到的土层变形参数，具有较高的代表性，反映了沉降土层的平均变形指标，依此进行的沉降计算及预测结果有较高的精确度。J.2.1 含水层组比单位储水系数（土力学称比单位变形量 I）的反算：SS表示单位体积饱水土层中排出的水量（I表示每米土层水位下降 1m 时的变形量）。SSSKe/H 式中:SKe为土层单位变形量；H为含水层组厚度。SKeS/h$式中：S土层变形量（包括压缩或回弹）；h水位变幅。J.2.2 压缩系数 av、回弹系数 as 的反算 39 av Sc(1e)/hcrwH asSs(1e)/hsrwH 式中：hc水位变幅（下降）；hs水位变幅（上升）；Sc相应于hc的土层压缩量；Ss相应于hs的土层回弹量；rw水的密度；e土层天然孔隙比；H含水层厚度。J.2.3 体积压缩系数 mvc及体积回弹系数 mvs的反算 J.2.3.1 用比单位变形量反算 mvccI/0.01 mvssI/0.01 式中：cI/比单位压缩变形量；Is比单位回弹变形量。J.2.3.2 用实测孔隙水压力反算 mvcSc/Ac mvsSs/As 式中：Ac、As反算中选用的时间内孔隙水压力差所包含的面积。J.2.3.3 砂层弹性模量反算 EchcrwH/Sc EshsrwH/Ss 式中：Ec、Es水位下降及回升期的模量；其它符号含义同前。未开发区资料少，同时为开发区总体规划提供预测数据，一般可采用估算总沉降量及地面沉降发展趋势预测。J.3 总沉降量估算 根据水文地质条件、开发区地下水需求量及总体规划的需要，地下水位降深确定后，依分层综合法按下式进行计算：J.3.1 正常固结粘性土计算式：SncciHi/(1e0i)lg(P0P)/P0 J.3.2 超固结粘性土计算式：当P(PcP0)SnCsiHi/(1e0i)lgPc/P0CciHi/(1e0i)lg(P0P)/Pc 当P(PcP0)时，40 SnCsiHi/(1e0i)lg(P0P)/P0 J.3.3 欠固结粘性土计算式：SCciHi/(1e0i)lg(P0P)/Pc J.3.4 砂性土的计算式：SHiP/Esi 上述诸式：S最终沉降量；Ccii 层的压缩指数；Csii 层的回弹指数；e0ii 层的原始孔隙比；Hii 层的厚度，双面排水时取 1/2；P0计算层的自重压力；Pc计算层的前期固结压力；P水位变化时对土层的附加荷载；Esii 层砂土的弹性模量。J.4 地面沉降趋势预测 J.4.1 当水位升降已稳定不变的情况下，土层变形与时间的关系可用下式计算：StSU U18/2e-Ne-9N/9e-25N/25 N2Cvt/4H2 式中：St预测某时刻 t 的土层变形量；U固结度；T时间；N时间因素；Cv固结系数；H土层厚度，双面排水时取其 1/2。J.4.2 已产生地面沉降地区的沉降量预测 J.4.2.1 预测目的 指出地面沉降灾害可能继续发展的趋势，并寻求有效的防治措施。确定地下水资源的合理开采方案，在最小的地面沉降量条件下，最大可能地开发地下水资源。J.4.2.2 预测应具备的资料 松散沉积物的岩性、厚度及埋藏条件。根据这些地层单元的空间组合，在平面上划分出不同的地面沉降地质结构单元。进行含水层组的划分并进行工程地质分层及其基本特性描述。历年地下水开采量资料、地下水动态变化资料、各含水组水位变化幅度及速率、地下水位下降漏斗的形成及发展变化、回灌时反漏斗的形成及发展变化。土工试验资料，包括常规试验、前期固结压力试验、模拟水位变化的反复加卸荷试验、渗透试验等。地面沉降资料，包括各分层标点的长期观测资料、地面沉降水准点趋势测量资料及其编制的历年地面沉降等值线图。决策或规划部门的有关资料。J.4.2.3 地面沉降量预测方法 41 根据不同地区的条件和情况，可选用如下几种预测方法：J.4.2.3.1 相关分析法 过量开采地下水是引起地面沉降的主要原因。因此，地面沉降与地下水开采之间有很好的相关性。一般情况下，沉降量与地下水年开采量之间相关性差，但逐年累计沉降量与地下水逐年累计开采量间相关性很好。可建立两者之间的相关方程式：SabQ 式中：S逐年累计沉降量；Q逐年累计地下水开采量；a常数项；b回归系数。由此式便可预测允许一定开采量条件下，引起的地面沉降量；反之，也可预测允许一定沉降量条件下的地下水可开采量。J.4.2.3.2 单位变形量、比单位变形量法 a）应具备的资料：应具备预测前 45 年地面沉降分层观测标组的实际观测资料，即土层形变资料、水位变幅、土层厚度。b）单位变形量：土层在某一特定时间段（水位上升或下降）内，含水层水头每变化米时其相应的变形量，称为单位变形量，按下式计算：IsSs/hs IcSc/hc 式中：Is、Ic分别为水位升、降期的单位变形量(mm/m)；hs、hc分别为某时期内水位升、降的幅度(m)；Ss、Sc分别为相应于该水位变幅下的土层变形量(mm)。c）比单位变形量：将上述单位变形量除以土层厚度，称为该土层比单位变形量。按下式计算：IsIs/HSs/hsH IcIc/HSc/hcH 式中：Is、Ic分别为土层在水位升、降期的比单位变形量(mm/mm)。d）依据以上各式计算得到预测前四五年内每年的 Ic或 Is、Ic或 Is，再计算其平均值Is或Ic、Is或Ic。e)在已知预测年份的水位升、降幅度及土层厚度条件下，可按下式预测土层沉降量。SsIshIshH ScIchIchH 式中：Ss、Sc分别为水位上升或下降h(m)时，厚度为 H(m)的土层的预测沉降量(mm)。42 附录 K (资料性附录)地面沉降调查与监测报告的内容 k.1 地面沉降调查与监测报告一般应包括以下内容。一、序言 项目的来源，立项的依据，上级主管部门下达的任务。二、地面沉降区工作述评 前人工作研究程度，本次工作采用的勘查手段，已完成的勘查工作量及其工作质量述评。三、地面沉降区自然经济地理环境概况 地面沉降区的自然地理、社会、经济及资源开发利用状况。四、地面沉降区地质环境概况 地层、构造、水文地质、岩土体工程地质性质、有利于形成地面沉降的各种自然因素及人为工程（经济）活动。五、地面沉降调查与灾情评估 地面沉降灾害发育历史及现状，地面沉降区过去的、现在的灾情、人员伤亡及经济损失评估。六、地面沉降的成灾条件 该区地面沉降的形成机理、成灾条件（自然的及人为的）及影响因素（