地面塌陷调查评价

第七章 地面塌陷调查评 价
制作：水工0801班 制作：水工0801班 李国倩 周莉丽 李洁
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本章节主要阐述地面塌陷的形成机制和 塌陷条件、地面塌陷调查要点、地面塌陷 危险区划分、地面塌陷调查资料整理、报 告编写和防治地面塌陷的控水措施、工程 加固措施及非工程性防治措施。目的是掌 握地面塌陷调查技术，了解地面塌陷防治 措施。
⑧查明地面塌陷历史，计算平均密度，划分危险区 查明地面塌陷历史，计算平均密度，
塌陷危险区
重度危险区
平均密度
＞１处／ｋ㎡·１０ａ
影响
塌陷活动强烈，可能造成 人员伤忙，房屋、道路、 环境破坏较重 塌陷活动较强烈，可能造 成人员伤忙，工程设施和 环境受到破坏 塌陷活动微弱，主要表现 为地面沉降和开裂，工程 设施和环境受到轻微破坏
真空吸蚀机制
• 根据气体体积与压力关系的玻意而-马略特定律， 在密封条件下，当温度恒定时，随着气体的体积 增大，气体压力不断减小。在相对密封的承压岩 溶网络系统中，由于采矿排水、矿井突水或大流 量开采地下水，地下水水位大幅度下降。当水位 降至较大洞穴覆盖层的底面以下时，空洞内的地 下水面与上覆洞穴顶板脱开，出现无水充填的洞 穴空腔。随着水位持续下降，空洞体积不断增大， 空洞中 的气体压力不断降低，从而导致空洞内形 成负压。洞穴顶板覆盖层在自身重力及溶洞内真 空负压的影响下向下剥削或塌落，在地表形成塌 陷坑或陷沟。
地质条件
喀斯特溶洞塌陷
新构造运动条件 新构造运动
– 气候条件 • 久旱无雨会造成地下水 下降，从而引起地面塌 陷。长时间暴雨，会造 成伏流与暗河的下游产 生冲爆致塌岩溶塌陷以 及土洞和窑洞地面塌陷。
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– 人为条件
矿坑突水，造成地下水下降， 引起地面塌陷 开采地下水引发岩溶塌陷；大 量开采地下水而形成降落漏斗 的地区，地下水运动强烈，促 进了岩溶作用，加强了岩溶洞 隙的发展，降低了地下水的浮 托力，从而引发岩溶塌陷；愈 接近降落漏斗中心，地下水运 动愈强烈，岩溶塌陷愈发育
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<三>勘探与测试要点
• ①勘探的目的任务 • 主要查明地下洞室的位置，规模，断裂带规模，可溶性岩层厚度 及岩溶率，松散覆盖岩层的岩性、厚度、采集岩土样以备试用 • ②勘探线布置原则 • 采用主—辅剖面法 • 纵向勘探线沿可溶岩层走向布置，不同地下室均有主勘探线控制。 • 横向勘探线沿岩层倾向布置，物探线与钻探线重叠 • ③勘探原则 • 应先进行横向勘测，后进行纵向勘探 • ④钻孔深度 • 以穿透断裂带，可溶性岩层为原则，其下５ｍ终孔 • ⑤试验 • 水文地质试验――注，抽水实验 • 工程地质试验――测试岩土物理力学参数
• 2、开展岩溶地面塌陷试验研究 • 开展室内模拟试验，确定在不同条件下地面塌 陷发育的机理、主要影响因素以及塌陷发育的临界 条件，进一步揭示岩溶地面塌陷发育的内在规律， 为地面塌陷防治提供理论依据。 • 3、增强防灾意识，建立防灾体系 • 广泛宣传地面塌陷灾害给人民生命财产带来的 危害和损失，加强地面塌陷成因和发展趋势的科普 宣传。在国土规划、城市建设和资源开发之前，要 充分论证工程环境效应，预防人为地质灾害的发生。 • 建立防治地面塌陷灾害的信息系统和决策系统。 在此基础上，按轻重缓急对地面塌陷灾害开展分级、 分期的整治计划。同时，充分运用现代科学技术手 段，积极推广地面塌陷灾害综合勘查、评价、预测 预报和防治的新技术与新方法，逐步建立地面塌陷 灾害的评估体系及监测预报网络。
潜蚀机制
• 在地下水流作用下，岩溶洞穴和含盐土洞 中的物质和上覆层沉积物产生潜蚀、冲刷 和掏空作用，岩溶洞穴或溶蚀裂隙中的充 填物被水流搬运带走，在上覆盖层底部的 洞穴或裂隙开口处产生空洞。若地下水下 降，则渗透水压力在覆盖层中产生垂向的 渗透潜蚀作用，土洞不断向上扩展最终导 致地面塌陷。
岩溶洞穴或溶蚀裂隙的存在、上覆盖层的不稳 定是塌陷产生的物质基础，地下水对土层的侵蚀 搬运作用是引起塌陷的动力条件。 • 自然条件下，地下水对岩溶洞穴或裂隙充填物质 和上覆盖土层的潜蚀作用很缓慢，规模一般不大； • 人为抽取地下水，使地下水的侵蚀搬运作用大大 加强，促进了地面塌陷的发生和发展。此类塌陷 的形成过程大体可分为四个阶段： •
地下洞室 • 1、天然地下洞穴：岩溶洞穴、土洞（黄土 洞穴、红土洞穴、冻胀丘冰核融化形成的 土洞等）和熔岩（主要为新生代玄武岩） 洞穴。 • 2、人为地下洞穴：人防工程、地铁、地下 商场、地下车库、停车场、隧洞、下水道、 涵洞及窑洞等。
第一节 地面塌陷形成的机制
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潜蚀机制 真空吸蚀机制 其他地面塌陷形成机制
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• ④基岩地质情况
查明地层时代、岩性组合、接触关系、厚度、分布范围。要特别注意可 溶岩层与围岩的关系。 查明地质构造与区域地质构造的关系。要特别注意断裂构造与节理裂隙 的发育程度。
• ⑤水文地质情况
查明地下水的储量、开采量、补给量、地下水补径排的方式和途径，有 无降落漏斗，降落漏斗是孤立分散还是统一等
重庆遭遇115年以来最大的暴雨， 造成主城区大面积积水路面塌陷
人为条件
第二节 地面塌陷调查评价要点与技 术方法
• • • • 地面塌陷阶段包括 ①地面塌陷调查要点 ②工程地质测绘要点 ③勘探与测试要点 ④地面塌陷监测要点
<一>地面塌陷调查要点
• 1广泛收集资料 广泛收集资料 广泛收集摇杆资料、地形地貌资料、地质资料、气象水文资料及人类经济活 动资料等 2地形地貌 地形地貌 查明调查区所属的地貌单元，划分地貌类型，掌握新构造的地貌表现； 对岩溶地貌，要划分岩溶发育阶段，在岩溶水补给区要注重调查干谷、盲谷、 漏斗、落水洞、陷落柱分布位置和排列方式等溶洞或地下河的存在标志； 在径流区岩溶水呈脉管状流，注重查明名流暗流交替、层状溶洞与河流阶地的 对比、高角度大断裂与非可溶性岩石的的位置，分析深溶洞存在的可能性； 在排泄区，、岩溶水呈网流状态，具有统一水位，注重明岩溶泉、出水洞的位 置和分布，追索入水洞。 3第四系地质情况 第四系地质情况 查明第四纪地层、岩性、厚度、分布情况，分析土洞存在的可能性、规模和 分布情况。
• 2、控水措施
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二、工程加固措施
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三、非工程性的防护措施 • 1、开展地面塌陷风险评价 • 目前，地面塌陷评价只局限于根据其主要影响因 素和由模型试验获得的临界条件进行潜在塌陷危 险性分区，这对地面塌陷防治决策而言是远远不 够的。因此，在地面塌陷评价中，需开展环境地 质学、土木工程学、地理学、城市规划与社会经 济学等多领域、多学科的协作，对潜在塌陷的危 险性、生态系统的敏感性、经济与社会结构的脆 弱性进行综合分析，才能达到对地面塌陷进行风 险评价的目的。
地面塌陷的形成条件
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地质条件 新构造运动条件 气候条件 人为条件
– 地质条件
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– 新构造运动条件
地面塌陷主要发生在新构造运 动上升区，由于地壳上升，地 下水相对下降，包气带加厚， 地下洞穴空洞扩大或处于潜水 面以上，有利于地面塌陷发生。 我国云贵高原、黄土高原多发 生地面塌陷地址灾害。
塌陷的形成过程大体的四个阶段
• ⑴、在抽水、排水过程中，地下水位降低，对上覆盖土层的浮托力减 小，水力坡度增大，水流速度加快，潜蚀作用加强。溶洞充填物爱地 下水的潜蚀、搬运作用下被带走，松散层部土体下落、流失而实现拱 形崩落，形成隐伏土洞。 • ⑵、隐伏土洞在地下水持续的动水压力及上覆土体的自重作用下，崩 落、迁移、洞体不断向上扩展，引起地面沉降。 • ⑶、地下水不断侵蚀、搬运崩落体，隐伏土洞继续向上扩展。当上覆 土体的自重压力逐渐接近洞体的极限抗剪强度时，地面沉降加剧，在 张性压力作用下，地面开裂。 • ⑷、当上覆土体自重压力超过洞体的极限强度时，地面产生塌陷。同 时，在其周围伴生有开裂现象。这是因为土体在塌陷过程中，不但在 垂直方向产生剪切应力，还在水平方向产生张力所致。
溶岩轻度危险区
＜2﹪
溶岩基本无塌陷区
浅层无可溶性岩石
<四>地面塌陷监测要点
• ①地质雷达监测 • 岩溶地面塌陷的产生时间上具有突发性， 在空间具有稳定性。 • ②地理信息系统技术应用 • 利用GIS的空间数据、分析处理和建筑技 术，对潜在塌陷危险性进行预测评价，已 经取得良好的效果。
第三节 地面塌陷调查评价成果资料 整理
地面塌陷
• 地面塌陷是指在外动力或认为因素作用下产生的 突发性地下洞室拱顶失稳导致地面垂向上的变形 破坏，其结果多形成圆锥形塌陷坑和陷沟。 • 地面塌陷一方面使塌陷区的工程设施（工业与民 用建筑、城镇设施、道路路基、矿山及水利水电 设施等）遭到破坏；另一方面造成严重的水土流 失，使自然环境恶化，影响资源的开发利用。
其他地面塌陷形成机制
其他地面塌陷形成 机制 重力致塌模式
主要发生 地方
在地下水位埋藏深、溶洞及土洞发育的地区。
冲爆致塌模式
地下暗河的下游。
振动致塌模式
荷载致塌模式
在岩溶发育地区，地震、爆破或机械振动等经常引发地 面塌陷。
地面塌陷实际上常常是在几种因素的共同作用下发生的。 例如，洞顶的土层在受到潜蚀作用的同时，往往还受到 自身的重力作用。
• • • • • • 地面塌陷调查评价成果资料： 地面调查资料整理 工程地质测绘资料 勘探与测绘资料 监测资料整理内容 地面塌陷勘察报告的主要内容
第四节
ห้องสมุดไป่ตู้
地面塌陷
面塌陷的防治措施主要包括控水措施、工 程加固措施和非工程性的防治措施。
路面塌陷
一、控水措施
• 1、水防渗措施
• • 在潜在的塌陷区周围修建排水沟，防止地表水进入塌陷区，减少向地下的渗 入量。在地势低洼、洪水严重的地区围堤筑坝，防止洪水灌入岩溶孔洞和裂 隙。 对塌陷区内严重淤塞的河道进行清理疏通，加速泄流，减少对岩溶水的 渗透补给。对严重漏水的河溪、库塘进行铺底防漏或者人工改道，以减少地 表水的渗入。对严重漏水的塌陷洞隙采用粘土或水泥灌注填实，采用混泥土、 石灰石、水泥土、氯丁橡胶、玻璃纤维涂料等封闭地面，增强地表土层抗蚀 强度，均可有效防止地表水冲刷入渗。 根据水资源条件规划地下水开采层位、开采强度和开采时间，合理开采地下 水。在浅部岩溶发育并有洞口或裂隙与覆盖层相连通的地区开采地下水时， 应主要开采深层地下水，将浅层水封住，这样可以避免地面塌陷的产生。在 矿山疏干排水时，在预测可能出现塌陷的地段，对地下岩溶通道进行局部注 浆或帷幕灌浆处理，减小矿井外围地段地下水位下降幅度，这样既可避免塌 陷的产生，也可减小矿坑涌水量。 开采地下水时，要加强动态观测工作，以此来指导合理开采地下水，避免产 生岩溶地面塌陷。必要时进行人工回灌，控制地下水水位的频繁升降，保持 岩溶水的承压状态。在地下水主要径流带修建堵水帷幕，减少区域地下水补 给。在矿区修建井下防水闸门，建立有效的排水系统，对水量较大的突水点 进行注浆封闭，控制矿井突水、溃泥。