第5讲 地面沉降、地裂缝及其研究
地面沉降工程地质研究.ppt
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。
地面下沉开裂处理方案
地面下沉开裂处理方案地面下沉开裂是一种常见的地质问题，通常是由于地面下的土壤不稳定所致。
这种问题不仅会影响到建筑物和基础设施的稳定性，还可能对周围环境和人们的生活带来一系列的不便。
因此，采取有效的处理方案来解决地面下沉开裂问题至关重要。
本文将介绍一些常见的地面下沉开裂处理方案，以帮助您更好地理解和解决这一问题。
一、地面下沉开裂原因分析在制定解决方案之前，我们首先需要了解地面下沉开裂的原因。
一般来说，这种问题主要与以下因素有关：1. 土壤类型：不同类型的土壤在承载能力和稳定性方面存在差异。
例如，黏土含水量过高时容易发生沉降和开裂。
2. 地下水位变化：当地下水位发生变化时，土壤的稳定性也会受到影响。
如果地下水位下降，土壤可能会干燥收缩，导致地面下沉开裂。
3. 地震或振动：地震或其他振动性负荷可能会引起土壤位移和结构破坏，导致地面出现开裂现象。
二、针对地面下沉开裂问题，我们可以采取以下一些常见的处理方案：1. 土壤增强土壤增强是一种常用的处理方法。
通过在地下注入增强材料，如水泥浆或聚合物，以加固土壤的承载能力和稳定性。
这可以防止土壤继续下沉和开裂，并提高地面的稳定性。
2. 沉降补偿沉降补偿是一种通过在地基下方加入支撑材料，以抵消地面下沉的方法。
常用的支撑材料包括钢筋混凝土桩和岩石填充。
这种方法可以提高地面的承载能力，减少地面开裂的风险。
3. 地下水管理对于地下水位变化引起的地面下沉开裂问题，科学的地下水管理至关重要。
通过合理地控制地下水位，保持一定水平的湿度，可以减少土壤的干燥收缩，降低地面开裂的可能性。
4. 灰浆注射灰浆注射是一种常见的地面下沉开裂修复方法。
通过在开裂处注入灰浆材料，填补裂缝并加固地面的稳定性。
这种方法简便有效，适用于一些小面积的地面沉降和开裂问题。
5. 结构加固对于有建筑物或基础设施的地方，结构加固是必要的。
通过加固建筑物的基础，使用钢筋混凝土或其他加固材料，可以增强建筑物受力能力，预防地面下沉和开裂问题。
地面沉降工程地质研究
较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害; (5)在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、
井台破坏，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的 危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响； (6)水资源枯竭，水质恶化。
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。由于区域性地面沉降范围较广阔，压 缩层厚度与沉降范围相比较，又相对较小，因此 无论从理论或实际应用上，即可以把这类由于抽 水引起的地面沉降问题按一维固结问题处理。
加剧洪涝灾害
降低防洪排涝工程的强度，加剧洪涝灾害
北京平原地势西北高东南低，有利防洪排涝。 但地面沉降造成积水，洪涝灾害加剧
地面沉降工程地质研究
北京每年平均超采地下水约1亿立方米， 这是造成地面沉降的主要原因。
近年来，北京市每年开采地下水量达 26亿至27亿立方米———平均每年超采1 亿立方米。在2003年，北京平原形成的5 个沉降区中，形成了近1100平方公里的 降落漏斗，导致大面积地面沉降，根据 1999年的统计数据，累计地面沉降量大 于50毫米的地区达到2815平方公里。
地面沉降工程地质研究
地面沉降工程地质研究
地面沉降工程地质研究
地面沉降工程地质研究
地面沉降工程地质研究
地面沉降工程地质研究
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地质灾害地面塌陷地面沉降地裂缝演示文稿
3)水的整治
对水的处理应贯彻宜疏勿堵的原则，对地表水做好有组织的排水，对地 下水以疏导为主，即使堵也应留有出路，设置反滤层以减少淘蚀。
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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。
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五. 地面沉降与地裂缝
地面沉降与地裂缝作为地质灾害的一种灾种，区别于崩塌滑坡， 它是地面岩土体在自重应力场（或构造应力场的参与）条件下垂向变 形破坏及向深部架空或潜在空间方向的运动。 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）；
①选择在地势较高的地段及地下水静动水位均低于基岩面的地段进行建筑。 ②场地应与取(排)水点中心有一定距离。塌陷范围小于抽水井的降落漏斗， 据已有资料，大面积降水时，塌陷范围约在降落漏斗中心的0.3～0.7直径范围之 内 ③合理控制取(排)水工程的水位降深值，据某工程资料，塌陷区边缘地下水降深 值大于2.0m，塌陷范围l与水位降深S和渗透系数K之乘积有较好的相关关系。
云南乌东德岩溶洼地
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北京地区地面沉降与地裂缝关系研究
北京地区地面沉降与地裂缝关系研究姜媛;王荣;田芳;刘明坤【摘要】地面沉降与地裂缝是北京平原区的主要地质灾害。
本文在大量的实际资料的基础上，分析了地面沉降、地裂缝在时间、空间和活动方式上的关联，认为二者在加剧活动时间上具有同步性，在活动特征上具有相似性；但发育起点不同，分布上也存在某些不一致性。
并以高丽营地裂缝为例，分析了地面沉降与地裂缝之间的相互作用，通过八仙庄地面沉降监测站分层监测结果、地下水监测孔的年水位变幅和勘察孔揭露的地层情况，计算出地裂缝两侧土层不均匀沉降差占地裂缝垂向位错量的30%。
研究结果可为二者的联合防治提供理论依据。
%Land subsidence and ground ifssures are the main geological disasters in Beijing plain. Based on the actual data, this paper studies the relationships of time-space, activity of the land subsidence and ground ifssures. As a result, their intensity and active time show synchronization, and the activity characteristics are similar each other. However, they have different developmental stages and distributions. It takes the Gaoliying groud ifssure as an example to analyze the interaction between the land subsidence and ground fissure. Uneven land subsidence difference accounts for 30%in the vertical displacement of the ground ifssure. The results provide the theory basis for comprehensive prevention and control for land subsidence and ground ifssures.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】地面沉降;地裂缝;关联;相互作用【作者】姜媛;王荣;田芳;刘明坤【作者单位】北京市水文地质工程地质大队，北京 100195;北京市水文地质工程地质大队，北京 100195;北京市水文地质工程地质大队，北京 100195;北京市水文地质工程地质大队，北京 100195【正文语种】中文【中图分类】P642.260 引言北京是世界上发生地质灾害较多、较严重的大城市之一，地质灾害高易发区和中易发区面积分别达到1870km2和3665km2。
地面沉降和地裂缝的评估与防治 (王兰生)
Is Is
式中
DS s Dhs DS s Dhc
（6.5.3.3）
（6.5.3.4）
I s、 I c
——分别为水位升、降期的单位变形量(mm／m)； ——分别为某一时期内的水位升降幅度(m)； ——分别为相应于该水位变化幅度下的土层变形量(mm)。
D h s 、 D hc DS s、 DS c
1．预测地面沉降的前提条件 (1) 查明场地的工程地质，水文地质条件，划分压 缩层和含水层。 (2)进行室内外测试，取得抽水压密试验，渗透试 验、前期固结试验、流变试验、反复载荷试验等成果和 沉降观测资料。 2，预测地面沉降量的估算方法 (1)分层总和法计算地面沉降量粘性土及粉土层按下 式计算
S av Dp H 1 e0
uw
图中p为土层的总压力，б 为抽水前的有效应力， 为抽水 前的孔隙水压力，抽水前上述诸力处于平衡状态，即
p s uw
（8.2.2.1)
抽水后随着水压下降了 u f,土层中孔隙水压力随之下降， 颗粒间浮托力减小，但由于抽水过程中土层的总压力基本保 uf 持不变，故此下降了 的值即转化为有效应力增量。
在已知预测期的水位升、降幅度和土层厚度的情况下，土层预测沉降量按下式计算：
S s I s Dh I s' Dh H
（6.5.3.7） （6.5.3.7）
S c I c Dh I c' Dh H
DS s、 DS c
式中
——水位上升或下降 Ah(m)时，厚度为 H(mm)的土层预测沉降量(mm)
(5) 既有河、海堤坝或防汛墙，其防洪潮能力降低，致使城 市抵御自然灾害的能力下降。
(6)港口码头失效，其作用功能降低。
地质灾害与防治chap5讲解学习
地质灾地害与下防水治开采的负环境效应及防治
地面沉降
一、概述
西安地面沉降与地裂缝自20世纪60年代初发现至今已有 近40a历史。 截止1996年,西安地面沉降累计沉降量超过100mm的面积 已达150平方公里,波及范围达200平方公里,最大沉降速率 300mm/a;并形成了7个沉降中心,累计沉降量均超过 2000mm,最大累计沉降量达2600mm。
地质灾地害与下防水治开采的负环境效应及防治
地面沉降
一、概述 90年代末,苏锡常、杭嘉湖平原及上海市累积沉降超过 200mm的面积近10000平方公里,为总面积的1/3,并在区 域上有连成一片的趋势。 以上海市中心、苏锡常、嘉兴为代表的沉降中心区的最大 累积沉降量分别达2·63、2·80、0·82m。
地质灾地害与下防水治开采的负环境效应及防治
地面沉降
一、概述
山西太原市沉降范围SN长约40km,EW宽约15km，形 成多个沉降中心。 目前,该沉降区正在向东部的高新技术开发区发展。 1980年太原市盆地内沉降量大于100mm的面积为108 平方公里,沉降中心吴家堡一带,累积沉降量达819mm。 1990年吴家堡累积沉降量2600mm。
地质灾地害与下防水治开采的负环境效应及防治
地面沉降
一、概述
山西大同市地面沉降出现于20世纪70年代末, 沉降中心累计地面沉降量一般为40~50mm,最大累 计沉降量124mm,平均沉降速度8~10mm/a。大同地 面沉降与地下水降落漏斗在时空分布上有较好的对 应关系
20世纪70年代，长江三角洲主要城市及平原区、天津市平原区、 华北平原东部地区相继产生地面沉降；
80年代以来，中小城市和农村地区地下水开采利用量大幅度增加， 地面沉降范围也由此从城市向农村扩展，在城市上连片发展。同时， 地面沉降地区伴生的地裂缝，加剧了地面沉降灾害。 粗略统计,1949年以来,我国地面沉降造成的损失累计高达 4500~5000亿元,其中,年均总损失为90~100亿元,年均直接损失 8~10亿元。
地面沉降地裂缝及其研究
地面沉降地裂缝及其研究地面沉降和地裂缝是地球地壳运动中的常见现象之一，对于地质灾害的研究具有重要的意义。
本文将对地面沉降和地裂缝的形成原因、分类、影响以及研究方法进行探讨，并介绍一些常见的地面沉降和地裂缝案例。
地面沉降是地表相对于基岩向下移动的过程，它可以是自然地壳运动或人类活动引起。
自然地壳运动引起的地面沉降主要有构造沉降和火山活动引起的沉降；人类活动引起的地面沉降主要有地下水过度开采、煤矿开采和油田开采等。
地裂缝是地质构造活动或地表沉降过程中，地壳岩石因撕裂而形成的裂缝。
根据地面沉降产生的原因和程度，可以将地面沉降分为自然沉降和人为沉降，其中自然沉降主要分布在地质构造活跃区，而人为沉降主要分布在人类活动频繁的地区。
地裂缝也可以根据地质构造活动的性质和程度进行分类，如构造性地裂缝、扩大性地裂缝和收缩性地裂缝等。
地面沉降和地裂缝对人类社会和环境都会产生重要的影响。
地面沉降会导致地表下降，给城市的基础设施、建筑物和交通运输系统造成破坏，给地下管网带来压力；地裂缝会造成土地的破裂和破坏，给农田和建筑物带来损失，甚至引发地质灾害如滑坡和塌陷。
为了研究地面沉降和地裂缝，地质学家和地震学家采用了多种研究方法。
其中包括地质勘探、地面测量、遥感技术、地震监测和地质模拟等。
通过这些方法，可以了解地壳运动的发展趋势、预测地质灾害的可能性，并采取相应的防灾措施。
在世界范围内，地面沉降和地裂缝的研究非常重要。
比如，美国加利福尼亚州位于太平洋板块和北美板块交界处，地震活动频繁，地裂缝众多，研究加州地面沉降和地裂缝对于减少地震风险具有重要意义。
同样，在中国，地下水过度开采导致的地面沉降已成为一个严重的问题，研究地面沉降对于保护地下水资源和减少地质灾害具有重要作用。
总之，地面沉降和地裂缝是地壳运动中常见的现象，对地质灾害的研究非常重要。
通过了解地面沉降和地裂缝的形成原因、分类、影响以及研究方法，可以更好地预测和减少地质灾害的发生。
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• （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
• 地面沉降分布特征：
• （1）大型河流三角洲及沿海平原 区，如上海、天津、沧州等。
• （2）小型河流三角洲区，如福州、 湛江、宁波等
• （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
水压
• d.地下水开采量，地下水位变化， 地下水位等值线。
• e.油气开采分析。 • f.地下和地面工程分析。
• （2）地面沉降灾害的调查研究 • a.地面建筑物的损坏，倾斜、下沉、
墙壁破裂、桥梁破坏。
• b.地下工程破坏，通讯管道、自来水 管、下水管线等变形、损坏等。
• c.海防设施的破坏和加固。 • d.城市洪水灾害。 • e
• c.建筑物和其它设施因地面沉降破坏 监测。
• d.预测地面沉降速度、幅度、范围和 可能的危害。
• GIS、GPS、InSAR等技术的应用。
二、地裂缝及其研究
1、地裂缝的成因 2、地裂缝的危害 3、地裂缝的调查研究
1、地裂缝的成因
• （1）中国地裂缝的分布 • 分布广泛，在西北、华北、长江流域
下水道等断裂、变形等。 • （5）地面建筑物破坏。 • （6）桥墩下沉，河流通航能力下降。
3、地面沉降的研究与防治
• （1）地面沉降原因的研究 • a.活动断层研究（遥感、物探手段）。 • b.沉积物特点研究（沉积物成因、岩性、
岩相，从立体研究，钻探、物探）。 • c.地面沉降的速率、面积，沉降量等值线。 • 沉降速度：-dH/dt=k(Po-P) • K－系数；Po－标准地下水压；P－现地下
• （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
• 开采油气造成地下压力亏损，引 起地面沉降。
• 如加州的长滩市的地面沉降量达 9米。我国的大庆、胜利油田都 出现地面沉降。
（c）人类工程
• 地面建筑物增多，负荷过重。 • 地下隧道。 • 如意大利的比萨斜塔： • 1173～1185年，建至3层，塔发生倾斜。 • 1274～1284年，建至7层，塔斜增加。 • 1350年，塔建成，塔顶偏离中心1.5m。
• （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
都有较广泛的分布。
• 主要受构造背景的影响，我国大多数 的地裂缝都与构造有关。产生在第四 纪沉积物中。
（2）地裂缝的成因
• a.构造成因 • 特征： • 延伸稳定，分布不受地形、岩性的影
响，可切过陡坎、阶地， • 平面上：折现状、锯齿状、雁行状排
列。 • 剖面上：近于直立、阶梯状、地堑状。
第五讲 地面沉降、地裂缝及 其研究
一、地面沉降及其研究 二、地裂缝及其研究 三、地面塌陷及其研究
一、地面沉降及其研究
1、地面沉降的成因 2、地面沉降的危害 3、地面沉降的研究与防治
1、地面沉降的成因
• （1）地面沉降的状况 • 分布：地面沉降主要分布在平原、
盆地的大城市和油气开发区。 • 沉降速度：几～几十厘米/年。 • 沉降量：几米～近十米。
• （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
• （a）过量开采地下水 • 水压力降低，地层压缩，孔隙体积减
小。 • 地面沉降中心与地下水开采漏斗一致。 • 地面沉降等值线与地下水开采漏斗等
值线一致。
日本
上海市地面沉降
（d）新构造运动、火山喷发
• 新构造运动的沉降区。 • 如西安地面沉降区位于西安断陷区，
由构造下降占地面沉降量的3.1~7％。
• 火山喷发 • 造成地下物质亏损。
2、地面沉降的危害
• （1）海水入侵，滨海地下水破坏。 • （2）海岸侵蚀增加，海防投资增加。 • （3）海面上升，港口设施失效。 • （4）城市地下系统遭受破坏。如水管、
• 北京市的地面沉降（最大速率）： • 1966年以前：缓慢形成，2～5mm/a。 • 1966～1973年，加速，10mm/a。 • 1973～1981年，快速发展，50mm/a。 • 1981年以后，下沉减缓，29mm/a。 • 1966年地下水开采量增加，70年代中
期猛增。
（b）地下油气开采
沉降、冻融作用、干旱作用、盐丘 作用、矿山采空等。
河北邢台地下水 超采导致地裂缝
c.地裂缝的分类
• （a）成因分类 • 构造地裂缝 • 非构造地裂缝 • （b）活动强度分类 • 弱活动：<2mm/a。 • 中等活动： 2～20mm/a。 • 强活动： 20～80mm/a。 • 超强活动：>80mm/a。
3、地裂缝的调查研究
• （1）地裂缝特征的调查研究
• a.几何特征
• （a）地裂缝的延伸方向。
• （b）地裂缝呈带状，段与段的关系。
• （c）地裂缝的组合特征，如雁行排 列、侧列、Y字组合、树枝组合、 环行组合等。
• （d）地裂缝的产状。
• b.运动学特征
• （a）地裂缝发展的阶段，萌芽期、 发展期、强活动期和超活动期。