地面沉降、地裂缝、地面塌陷地质灾害危险性评估.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地面沉降、地裂缝、地面塌陷地质灾害危险性评估,王瑞久,坍陷（沉降）的分析调查,前 言,1,、坍陷（沉降）的定义,2,、土体压密,3,、土体收缩,4,、地面沉降,5,、地裂缝,6,、岩溶坍陷,7,、构造与火山活动引起的沉降,8,、人工开挖引起的坍陷,结 语,补充材料,亚利桑那州地面沉降和地裂缝成因,前 言地质事件本身具有二大特点：,1,）事件都不完全相同；,2,）事件都不是单因素造成。所以地质事件不存在有模式可套，只能从最基本的原理去分析和掌握。,本讲义要着重介绍一些基本原理和实际例子。,1,、坍陷（沉降）的定义 坍陷、沉降（,Subsidence,），该专有名词用于地壳表面，通常定义为地面的点下沉到更低的水平位置。换句话说，亦可定义为点的垂向位移，同时意味着临近点借助于向下运动而产生横向位移。,2,、土体压密,2.1,影响土体压密的重要因素,2.2,土体压密过程概要实例,2,1,砂土液化概述,实例,2,1,砂土液化概述,（摘自,Pipkin,，,B.W and Trent.T.T,，,2001,，,Geology and the Environment,）,日本新泻,1964,年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。,加州沃森维尔附近的野外涌沙,图,C2,1,2,砂土液化（横向移动）系因地震时球粒（理想砂粒）的重新堆集。地震振动造成这种固体颗粒堆集更加有效，这会占据少量体积。一部分覆盖层荷载由水来支撑，这就无法阻止水体横向运移。,震前，水，不稳定（立体）堆集，震后，液化土中剩余孔隙水负担覆盖层荷载 稳定（六边形）堆集,C2,1,3,唐山地造成的喷水冒砂区分布图震,（,a,）圣华金河谷位置。湿陷土几乎完全沿河谷西界分布，因抽地下水引起的沉降在整个河谷随处可见。（,b,）在河谷的湿陷土中，做注水试验的小块地。这小块地的总沉降达到,3m,（,10,英尺）。,3,、土体收缩,3.1,季节性收缩试验,3.2,树根效应,3.3,粘土收缩效应,3.4,土体收缩过程概要实例,3,1,茂名民房裂缝和膨胀土,图,3-1,树根效应（,SHE 1965,）,4,、地面沉降,4.1,含水层弹性的概念,4.2,含水层压密引起沉降的模拟,4.3,水位下降引起沉降过程概要实例,4,1,上海市地面沉降监测资料实例,4,2,上海地面沉降和开采水量关系,4.1,含水层弹性的概念,4.2,含水层压密引起沉降的模拟,图,4-2,含水层压密过程模拟弹簧，静水压力，过剩压力,图,10.7,降落漏斗的形成与效应,（,A,）在潜水含水层中，一个抽水井周围降落漏斗的水位下降。,（,B,）重迭的降落漏斗造成水位的净下降，浅井干枯,。,图,10.9,过度开采地下水引起的地面沉降使威尼斯下沉，慢慢淹掉具有建筑艺术的宝库。,4.3,上海市地面沉降,(,摘自上海市地质调查研究院成果,),4.3.1,地面沉降动态,F16,F11,F17,4.3.2,地面沉降与地下水开采分析,图,4-2-13,第,2,含水层采灌量与地下水位,图,4-2-14,第,3,含水层采灌量与地下水位,图,4-2-15,第,4,含水层采灌量与地下水位,图,4-2-16,第,5,含水层采灌量与地下水位,图,4-2-5,第,2,含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,图,4-2-6,第,3,含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,图,4-2-7,第,4,含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,图,4-2-8,第,5,含水层水量、水位、沉降历时变化曲线图,4.3.3,地面沉降体积和地下水开采水量体积大致相当,通过基本以,5,年为间隔的全市水准复测，可以全面地了解地面沉降的现状与发展趋势。,在,1980,、,1996,、,2001,年一、二等水准测量数据基础上，编制了全市,19801995,、,19962001,年地面沉降等值线图。,上海市,19801995,年累积地面沉降图,反映出地面沉降主要发育在中心城区、闵行华漕地区，影响范围不断扩大；,受邻近省区地下水开采影响，在金山枫泾、嘉定华亭附近沉降量较大。,上海市,19962001,年累积地面沉降图,上海外滩百年巨变，外滩防汛墙不断加高的过程从侧面反映了市区地面沉降的演化历史！,4.4,上海地面沉降选例,(,摘自上海市地质调查研究院成果,),4.4.1,京沪高速铁路,(,上海段,),图,3-4-3,京沪高速铁路,(,上海段,),工程地质分区图,图,4-2-2,京沪高速铁路,(,上海段,)1980-1995,沉降等值线,图,4-2-3,京沪高速铁路,(,上海段,)1995-2001,沉降等值线,4.4.2,南浦大桥,南浦大桥,4.3.3,延安东路隧道,4.4.4,地铁二号线,由于地铁等线型市政设施穿越不同沉降速率的空间，不可避免地受到不均匀沉降的影响！,区域地面沉降是地铁一、二号线隧道变形的主要影响因素。,盾构掘进中扰动土体产生的固结变形随时间逐渐趋于稳定后，隧道变形则表现出区域地面沉降动态的规律。,地铁二号线隧道平均累计沉降量为,40.3,毫米，东方路,人民广场区间隧道累计沉降量为,59.7,毫米。,隧道穿越黄浦江段沉降量明显小于相邻区间。隧道差异性变形明显，陆家嘴,黄浦江段、黄浦江段,人民广场、人民广场,石门路段累计差异性变形分别为,74.3,、,131.2,、,91.9,毫米,/,公里,。,5,、地裂缝,5.1,张裂隙发育成地裂缝,5.2,不均匀沉降引起张裂隙实例,5,1,西安地裂缝成因及治理措施实例,5,2,苏锡常地区地裂缝成因分析实例,5,3,亚利桑那州菲尼克斯的地裂缝,5.1,张裂隙发育成地裂缝,图,5-1,地裂缝发育概图（,Bell 1981,）,西安地裂缝分布面积约,155km,2,，由,11,条地裂缝组成，其中最长的有,20,余公里。,西安地裂缝造成房屋和城墙开裂,河北沧州地裂缝长,4,公里,2002,年沧州市给水管网破裂,776,次,在亚利桑那州皮卡乔附近，因抽地下水的沉降引发地裂缝。,无锡市东亭镇，地裂缝错断无锡,-,上海公路，两侧高差达,15-20cm,，威胁行驶安全。,江阴市长泾镇双平大楼因地裂缝影响现已被迫拆除,苏锡常地区地裂缝对房屋造成严重破坏,图,C5-3-2,亚利桑那州卡萨格兰德西南约,32km,泰布尔山附近显示地裂缝的航空照片,A.,小比例尺航片，箭头指向地裂缝,图,C5-1-1,西安市地裂缝与地貌的关系图,5.2,不均匀沉降引起张裂隙,图,5-2,与地裂缝有关的三种地质条件（,M.K.Larson and T.L.Pewe 1986,）,图,C5-3-3,显示亚利桑那州南部地裂缝与地下水下降和地貌关系的示意图,A,和,B,盆地和山脉的理想化演化。,C,由于地下水下降形成的地裂缝,亚利桑那州中南部的水位下降，地面沉降与地裂缝,图,C5,2,2,地裂缝成因模式,图,C5-2-1,江阴,无锡地裂缝分布图（吴士良、王瑞久，,2001,）,1,、基岩残丘；,2,、地面沉降等值线（,m,）；,3,、地裂缝及方向,6,、岩溶坍陷,6.1,碳酸盐岩地区的地基问题,6.2,灰岩岩层中自然坍陷发育的基本特征,6.3,岩溶坍陷的概要,6.4,充泥洞穴内压密作用引起坍陷,6.5,洞穴充填物的地下侵蚀过程实例,6,1,贵州瓮福磷矿供水的抽水试验实例,6,2,武汉市陆家街地区岩溶坍陷,岩溶地形的地面和地下特征,图,6-2,充泥洞穴压密作用引起坍陷,A.,原水面,B.,水平下降引起钙质红土和充填物压密,图,6-3,由于抽水引起灰岩充填物的地下侵蚀,A.,水位下降前的平衡状态；,B.,水位下降，随着向上侵蚀过程使通道被排空，出现活跃的地下侵蚀（潜蚀进入开阔的洞穴）；,C.,洞穴的顶部逐渐坍陷，可能短期内受铁化中砾标志层的抑制；,D.,最后的拱顶坍陷，形成了被同心球状张力裂缝包围的落水洞,（,a,）开始沉下去不久，注意昂贵的赛车掉入坑内。,（,b,）从空中看，这个坑几乎完全对称。,（,c,）堵塞后的景观，落水洞地区现在成了一个城市公园。,佛罗里达州温特帕克的落水洞,表示岩溶地区有断开的河流，上百个湖泊和几千个落水洞。佛罗里达州中部下伏第三纪欧卡拉灰岩，沿海地带由年轻的碎屑砂质沉积组成。这张图解释了沿着该州南北轴向的岩溶地区位置。,佛罗里达州中部的卫星照片,实例 武汉市陆家街地区岩溶坍陷,自,1977,年以来，陆家街地区及周围已发生多次地面塌陷，计有：,1977,年汉阳中南轧钢厂堆料场塌陷,1983,年阮家巷塌陷,1988,年武昌陆家街塌陷,1999,年茅坦村小学塌陷,2000,年,2,月武昌司法学校塌陷,2000,年,4,月青菱乡烽火村塌陷,陆家街降水潜蚀,-,重力致塌形成过程模式略图,h1,孔隙水位；,h2,岩溶水位；,h3,混合水位,陆家街地区岩溶地面塌陷预测分区图,1.,相对稳定区；,2.,潜在塌陷区；,3.,塌陷危险区；,4.,区；,5.,亚区；,6.,塌陷坑,7,、构造与火山活动引起的沉降,7.1,构造和火山活动引起沉降的过程概述,7.2,地震活动引起沉降图解,7.3,地壳运动引起自然沉降,图,7-2,主要地壳运动引起自然沉降基本特征,在,1964,年耶稣受难节，阿拉斯加地震导致沉降和上升（倾斜）的地区，发生的沉降达到,1m,。,8,、人工开挖引起的坍陷,8.1,地下采煤沉陷机理的发现,8.2,地下采煤引起岩层的非弹性变形 和时间有关,8.3,地下硐室开挖的精密测量,8.4,和采煤巷道有关的应力再分布,8.5,和采煤巷道有关的地下活动,8.6,岩石扩容的基础理论,8.2,地下采煤引起岩层的非弹性变形和时间有关,8.3,地下硐室开挖的精密测量,图,8-2,洞室边壁的收敛,E,单点伸长计；,M,多点伸长计,图,8-3,一些典型伸长计的时间,-,变形曲线,图,8-4,多点典型伸长计在洞室边壁不同深度上测到的变形量,图,8-5,温度对混凝土建筑变形的影响曲线,8.4,和采煤巷道有关的应力再分布,8.5,和采煤巷道有关的地下活动,结 语补充材料：亚利桑那州地面沉降和地裂缝成因 菲尼克斯市地裂缝 亚利桑那州中南部地裂缝 地裂缝成因的研究历史 地裂缝研究的小结,谢 谢！,