地下水开采引起的地面沉降
承压水位下降引起的地面沉降机制
承压水位下降引起的地面沉降机制1.地下水抽取引起的立体崩塌：当地下水抽取引起地下水位下降时，地下水对土壤的支撑力减小，同时土壤的自身重力依然存在。
由于地下水的减少，土壤饱和度减小，土壤颗粒之间的摩擦力增大，导致土体内的应力重新重新分布。
在一定的条件下，地下水抽取会引起土体内的挤压力，从而导致土体的崩塌。
这种机制主要出现在软弱黏性土壤中，地下水抽取对其引起的影响较为显著，如泥质地层和淤泥地层等。
2.地下水抽取引起的沉降碾压：在地下水位下降的情况下，由于地下水的减少，会使得土壤的饱和度减小，土壤中的颗粒摩擦力增加。
同时，地面上的重力作用会使得土壤颗粒之间产生滑移，从而引起土体内部的挤压作用。
这样一来，原本密实的土壤会出现沉降碾压现象，进而引起地面的沉降。
这种机制主要出现在海滩、河道、湖泊等沉积层较为坚硬的土壤中。
3.地下水抽取引起的溶洞塌陷：在地下水位下降的情况下，地下水溶洞中的水位下降，使得溶洞中的地下水压力减小。
同时，地下水的减少也会使得溶洞内的溶质浓度增加，进一步导致溶控矿物的溶解作用。
这种情况下，溶洞可能会发生坍塌，引起地面沉降。
这种机制主要出现在石灰岩、石膏岩等溶蚀作用较为明显的地区。
4.地下水抽取引起的孔隙水压力释放：在地下水位下降的情况下，地下水系统中的水压力减小，土质孔隙中的水压力也随之减小。
当地下水位下降时，土壤颗粒之间的摩擦力逐渐减小，土壤中的孔隙水开始排出，并且孔隙水的排出速度将会逐渐加快。
土壤颗粒之间的空隙也会随之增大，土壤结构会发生疏松，从而引起地面沉降。
总之，承压水位下降引起的地面沉降机制涉及到地下水对土壤的支撑力减小、土壤颗粒之间摩擦力增加、溶洞坍塌以及孔隙水压力释放等多个方面。
这些机制的发生主要取决于地下水系统的减水幅度、土壤类型和结构、地下水与岩石的相互作用等因素。
因此，在进行地下水开采和水资源调度时，应该充分考虑这些机制对地面沉降的影响，以避免或者降低地面沉降带来的环境和工程问题。
地面沉降的处理标准
地面沉降的处理标准摘要：一、引言二、地面沉降的原因1.大量开采地下水、地下水溶性气体和石油2.开采地下固体矿藏，形成大面积的采空区3.重大的工程建筑物对地基施加的荷载4.在低荷载的持续作用下，土体的蠕变三、地面沉降的处理方法1.预防措施2.房屋维修与加固3.地面沉降的监测与控制四、结论正文：地面沉降是指地表或建筑物基础下的土体在自然或人为因素作用下产生的垂直位移。
地面沉降的处理标准主要取决于沉降原因、沉降程度以及影响范围等因素。
本文将从地面沉降的原因、处理方法等方面进行探讨。
一、地面沉降的原因1.大量开采地下水、地下水溶性气体和石油：这是人类活动中造成大幅度、急剧地面沉降的首要原因。
地下资源的过度开采会导致地下空洞，使得地表承受的压力分布发生变化，从而导致地面沉降。
2.开采地下固体矿藏，形成大面积的采空区：地下矿藏的开采会形成大面积的采空区，这些区域在地表荷载作用下容易发生塌陷，导致地面沉降。
3.重大的工程建筑物对地基施加的荷载：重大的工程建筑物对地基施加的荷载会使地基土体发生变形，从而导致地面沉降。
4.在低荷载的持续作用下，土体的蠕变：土体在低荷载的持续作用下，可能发生蠕变，导致地基的缓慢变形，从而引起地面沉降。
二、地面沉降的处理方法1.预防措施：针对地面沉降的原因，采取相应的预防措施，如合理开发利用地下资源、加强工程建筑物的设计与施工等。
2.房屋维修与加固：对于已有的房屋地面沉降，可采取维修与加固措施，如修复裂缝、加固地基等，以确保房屋的使用安全。
3.地面沉降的监测与控制：对地面沉降进行实时监测，采取必要的控制措施，如地下水回灌、土体压实等，以减缓地面沉降的发展。
综上所述，地面沉降的处理标准需要根据沉降原因、沉降程度以及影响范围等因素来制定。
10-地下水对工程的影响-PPT课件
渗透变形的类型
流土（流砂）
潜蚀
流土：在渗流 作用下，土 体或颗粒群同 时发生悬浮、 移动的现象。
支挡防渗结构
基坑
透水层 不透水层
基坑工程中的流土现象
流砂引起上海轨道交通4号线区间隧道事故（2019.7.1）
潜蚀 管涌
机械潜蚀 潜蚀
化学潜蚀
主要指岩溶作用
堤防
过程演示
渗流
管涌：在地下水的渗透力（动水压力）作用下， 土体中的细小颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流 失，土体孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较 粗颗粒也相继被水带走，最终形成贯穿的渗流通 道，造成土体塌陷的现象。
圣母教堂(墨西哥) 严重倾斜成为危险建筑物
上海市地面沉降
从1921年明显出现地面沉降现象以来，上海市区地面累 计沉降量已经超过2米（最严重处下沉2.63m），最大年 均沉降量达110毫米。
天津市地面沉降导致桥梁桥墩下沉，桥梁净空减小。
（天津塘沽区最大沉降量3.14m。）
1米多
大雁塔倾斜西ຫໍສະໝຸດ 市地面沉降导致大雁塔倾斜 地下水对混凝土建筑物材料的腐蚀是一项复杂的物理 化学过程，对建筑材料的耐久性影响很大．要对照<岩 土工程勘察规范>进行地下水侵蚀性评价．
地下水对混凝土腐蚀类型 结晶型腐蚀 分解型腐蚀 复合型腐蚀
基坑突涌发生的条件：
当
M wH
基坑突涌
如何防止基坑突涌发生：
对承压含水层预先降水 减小基坑开挖深度
H≤ M w M ≥ w H
练习： 1、某建筑场地的地下水为承压水，承压水水位比含水 层顶板高15m，进行基坑开挖后，基坑底部粘土层容 重是16kN/m3,基坑底面距离含水层顶板5m，请判断该 基坑工程是否安全？若不安全，应采取何种措施？
地下水开采对地质环境的影响研究
地下水开采对地质环境的影响研究地下水是地球上重要的自然资源之一，广泛应用于农业灌溉、城市供水以及工业生产等领域。
然而，随着地下水开采的不断增加，其对地质环境造成的影响也日益显现。
本文将探讨地下水开采对地质环境的影响，并尝试提出一些解决方案。
一、地下水开采引起的地质环境问题地下水开采对地质环境造成的最直接影响之一是地层的下沉。
由于地下水的抽取，地下水位下降，导致地层上方的压力减小，进而引起地面沉降。
这种沉降现象不仅会导致建筑物、道路等设施的损坏，还会增加洪涝和土地沙化的风险。
此外，地下水开采还可能导致地质灾害的发生。
当地下水位下降达到一定程度时，地层中的孔隙水会受到释放，并带走颗粒物质，导致地层的坍塌。
这种地质灾害不仅会威胁到人们的生命财产安全，还会破坏生态环境，影响生物多样性。
二、地下水开采对水系统的影响地下水开采可能导致水系统的变化，进而对地质环境产生重要影响。
首先，地下水开采会改变地下水的流向和水位，进而改变地下水对地层的维持作用。
这种变化会导致地质构造弱化，增加地震和地面沉陷的风险。
此外，地下水的抽取还会导致地下水补给不足，使地表河流和湖泊的水位下降，影响当地生态系统的稳定。
大量地下水的开采还可能引发地下水质的污染，进而影响饮用水和农田灌溉水的质量。
三、解决地下水开采对地质环境的影响为了解决地下水开采对地质环境的影响，需要综合考虑自然和人为因素。
首先，应加强对地下水资源的监测和管理，确保合理的开采量，避免过度开采导致地下水位的下降。
其次，应加强对地下水补给的保护。
通过合理的水资源管理和环境保护措施，减少地下水的污染和过度使用，确保地下水系统的持续稳定。
此外，可以通过采取工程措施来减轻地下水开采对地质环境的影响。
例如，在地下水开采区域进行地下注水或人工补给，以维持地下水位的平衡。
同时，在地下水开采区域加强地质灾害监测和预警系统，及时采取措施减小地质灾害的发生概率。
总之，地下水开采对地质环境造成的影响不容忽视。
地面沉降原因及措施
地面沉降原因及措施
一、地面沉降的原因
1. 地下水开采过度
过度开采地下水是导致地面沉降的主要原因之一。
当大量的地下水被抽取时，土层中的孔隙压力发生变化，有效应力减小，使土层在自重作用下发生压缩变形，最终导致地面沉降。
2. 土体固结
土体在自重或外荷载作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙体积减小，土体发生压缩变形。
这种由于孔隙水排出而引起的土体压缩变形是永久性的，土体在固结过程中地面标高降低，导致地面沉降。
3. 构造运动
构造运动包括地震、地壳升降等地质活动，这些活动会导致地面的升降。
地震会使地面产生裂缝和塌陷，地壳升降则会引起大面积的地面沉降。
4. 土壤侵蚀
土壤侵蚀会导致表层土壤流失，降低地表的支撑能力，从而导致地面沉降。
5. 采矿活动
采矿活动如地下采煤、矿石开采等，会破坏地层结构，降低地层的稳定性，导致地面沉降。
二、防止地面沉降的措施
1. 合理控制地下水开采
加强地下水资源的管理和监测，合理控制地下水的开采量，避免过度开采。
同时采取回灌等措施，补充地下水，保持地下水位的稳定。
2. 强化土体固结的预防措施
在建设过程中，采取有效措施防止土体固结。
例如优化排水设计，防止地表水渗入地下，减少土体中的孔隙水压力。
3. 监测与预警系统建设
建立地面沉降监测网络，实时监测地面沉降的变化情况。
同时建立预警系统，根据监测数据及时发出预警信息，为采取应对措施提供依据。
地下水开采引发的地质灾害及防治方法
地下水开采引发的地质灾害及防治方法作者：刘莹来源：《西部资源》2023年第06期［关键词］地下水；防治；开采；地质灾害；方法地下水在人类社会的生存发展中，作为最重要的一种供水来源，对保障居民的生活、生产用水需求与基本用水安全具有极其重大的影响[1]。
可是，在地下水开采过程中，难免会受到多项不确定与不稳定因素的影响，从而容易引发地下水的水位出现大幅度、不规律波动现象，而且地下水资源的水质也会受影响而下降，结果使其不符合城市供水标准，严重情况下，甚至可能导致地下水资源数量的大量减少，甚至可能会逐渐枯竭。
除此之外，地下水开采还会降低开采土体的稳定性，从而造成周边地面需要面对随时可能沉降的危险[2]。
基于此，在地下水开采期间，采取科学合理的地质灾害防治方法，对保护环境、保障社会安全、创造经济效益至关重要[3]。
本文主要针对岩溶地区矿山开采过程中，因抽排地下水而引发的一些地质灾害问题，并且根据其中突显的相关灾害提出一些行之有效的防治措施，以改善地下水开采活动的安全性与效益性。
1. 矿山地质概况该矿山位于海拔高度为40～469.8 m的地区，最低侵蚀基准面海拔高度为240 m。
山坡的坡度范围为10°～25°，局部位置存在较为陡峭的地形。
在地下水开采过程中，可能会对山体的整体稳定性造成一定程度的影响，引发滑坡、崩塌之类的地质灾害。
该地区的年平均降雨量为1706.8 mm，平均气温为17.6 ℃。
降雨较为充沛，可能导致地下水位的大幅度升高，降雨量大时，还会出现地下水涌出现象。
地下水位的升高必然会增加地下水给矿山地质体带来的压力，可能引发地面下陷、塌陷之类的灾害。
此外，矿床中水的来源比较多，包括地表水、地下水、大气降水和构造断裂水。
这些水源的同时存在，导致地下水在开采过程中，其水位可能突然出现明显变化，进而引发多种地质灾害。
断层F1、F3和F4的倾角范围为50°～80°，其中断层F4的破碎带宽度为50～70 m，长度为3～4 km。
地下水开采引起苏州地区地面沉降的机理分析及防治措施
地下水开采引起苏州地区地面沉降的机理分析及防治措施摘要：地面沉降的出现与区域地层岩性结构、水文地质条件、土的类型、厚度、压缩性的大小、固结历史等因素有关，本文以苏州地区为例，对抽汲地下水引起的地面沉降、建设工程性地面沉降等问题进行阐述与分析，并针对这些问题提出了相应的预防与治理措施。
关键词：地下水；开采；沉降；地裂缝；地面沉降作为一种缓变型地质灾害，是世界上许多国家、尤其是位于广大平原区并以开采地下水为主要供水水源的地区共同面临的问题。
苏州地区位于长江三角洲地带江苏省南部，是我国经济最发达、城市工业化程度较高的地区之一，随着工程经济活动强度和规模的不断扩大，地质灾害频繁发生，地质环境日趋恶化。
其中在该地区分布最广、影响最大的地质灾害就是地面沉降。
1、城市地面沉降产生的原因1.1抽汲地下水引起地面沉降抽汲地下水引起的地面沉降大多发生在大量开采松散沉积物孔隙承压水的地区。
其机理是:根据有效应力原理,饱和土体的自重应力由颗粒和孔隙水共同承担,由土颗粒所承担的那部分应力为有效应力。
当抽水引起承压水水位下降时,含水层本身及其上下隔水层中孔隙水压力也随之降低。
在总应力不变的条件下,饱和土体中孔隙压力减小必然会使土中有效应力等量增大。
使土体被压密并导致地面沉降。
如图1，在外荷载作用下，土中应力被土骨架和土中的水气共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，具有抗剪强度。
有效应力原理: σ =σ′+μ式中:σ为平面上法向总应力, kPa;σ′为平面上有效法向应力, kPa;μ为孔隙水压力, kPa。
图1：有效应力原理图有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系，当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。
1.2工程降水引起局部地面沉降在深基坑和地下构筑物的开挖过程中往往会遇到地下水位高于施工作业面的情况,为防止基坑边坡失稳,保证顺利开挖,避免水下作业,须进行基坑降(排) 水。
探讨地下水开采引起的地面沉降问题以及解决措施
探讨地下水开采引起的地面沉降问题以及解决措施摘要：当中国的城市正竭力向上发展，农村正拼命追求高产的时候，却没想到脚下的土地，已不堪重负，正悄无声息地下降。
华北平原在下降、长江三角洲的一些地方、汾渭盆地也在下降，地面沉降的范围还在扩大。
不能承重的土地之下，是急遽下降的地下水水位。
而如何控制地下水的过度攫取，又牵涉到多个部门，成为社会治理的一个难题。
本文结合笔者多年的工作经验,对地面沉降和地下水开采的矛盾问题进行简要的阐述。
关键词: 概述; 地面沉降;解决措施To explore the land subsidence caused by mining groundwater problems and solving measuresLiDeBiaoJiangsu province hydrology water resources suwey yancheng branch 22400Pick to: when Chinese cities are trying to up development, rural are desperately seek high yield, but didn't expect at the foot of land, is already crumbling, are quietly down. North China plain on the decline, the Yangtze river delta, some places, Fen Wei basin is also on the decline, the land subsidence in expanding the scope. Not bearing land under, is rapidly falling groundwater level. And how to control the excessive groundwater grab, and involves many departments, become social governance a difficult problem. The author discusses many years of work experience, and to the ground settlement and the problem of groundwater exploitation are discussed briefly. Keywords: introduction, The ground settlement; solutions0 概述地面沉降又称为地面下沉或地陷。
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O F A B D
表2
总应力
������O0 ������O0 + ∆ℎ������1 ������O0 + ∆ℎ������1 + (������1 − ∆ℎ)������1sat ������O0 + ∆ℎ������1 + (������1 − ∆ℎ)������1sat + ������2 ������2sat ������O0 + ∆ℎ������1 + (������1 − ∆ℎ)������1sat + ������2 ������2sat + ������3 ������3sat
图1
潜 水 含 水 层
相 对 隔 水 层
0
层 间 无 压 水
含 水 层
承 压 水 头 相 对 隔 水 层
含 水 层
相 对 隔 水 层
很显然，随着地下水位或水头的变动，土层中的孔 隙水压力会发生变化，当总应力不变时，其有效应 力也会随之改变。地下水开采引起地下水位或水头 下降，相关土层中孔隙水压力减小，当产生有效应 力增加时，就会发生土层的固结变形，从而造成地 面沉降。由于潜水水位和承压水水头变化影响的范 围和内在机理不同，产生的后果亦有很大的差异， 以下分别讨论。
������r ∙������ +1 1+������
∙ ������w 之间变动；
2） 在 F 点至 A 点之间，即潜水水位变动带以下的潜水含水层中，土 层中总自重应力减小， 减小的数值为定值∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w ； 其有效自重 应力增加，增加的数值为定值∆ℎ ∙
初 始 孔 隙 水 压 力 分 布
孔隙水压力
有效应力
相 对 隔 水 层 承 压 水 水 头 、
B
、 承 压 含 水 层
D
潜水水位由O点下降到F点后各点应力变化量
O
潜 水 初 始 水 位 、 、
O点：总应力变化量
孔隙水压力变化量
有效应力变化量 F点：总应力变化量
潜 水 含 水 层
F A
潜 水 下 降 后 水 位
H2
H1
h
F A
承 压 水 水 头
相 对 隔 水 层 r 2、E 2
初 始 孔 隙 水 压 力 分 布
B
Байду номын сангаасH3
r 3、 E 3
承 压 含 水 层
D
多含水层条件下，假定只开采潜水含水层，其它含 水层水位或水头不变，潜水水位大面积下降前后， 各土层均达到稳定渗流状态。潜水水位下降前，土 中各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有效应 力见表1：
进一步分析还可得出如下结论： 1）在 O 点至 F 点之间即潜水水位变动带，土层中总自重应力减小， 减小的数值呈线性分布且由 O 点至 F 点在 0～∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w 之间变动； 其有效自重应力增加，增加的数值呈线性分布且由 O 点至 F 点在 0～ ∆ℎ ∙
B
、 承 压 含 水 层
D
潜水水位由O点下降到F点后各点应力状态
O点：总应力
O
潜 水 初 始 水 位 、 、
孔隙水压力 有效应力为 F点：总应力
潜 水 含 水 层
F A
潜 水 下 降 后 水 位
水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力 分 布
初 始 孔 隙 水 压 力 分 布
孔隙水压力 有效应力 A点：总应力
自然条件下，地下水往往是分层存在的，多层 地下水的水头分布受地质条件及边界条件的影 响和控制。稳定渗流条件下，在含水层中，孔 隙水压力即压力水头呈静水压力分布，在两个 含水层之间的弱透水层即相对隔水层中，孔隙 水压力由其上下两个含水层的压力水头决定。 根据达西定律及水流连续原理，均质土层中孔 隙水压力分布为线性。典型的孔隙水压力分布 见图1。
总应力变化量∆������
0 −∆ℎ ∙ ������ ∙ (1 − ������r ) ∙ ������w −∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w −∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w −∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w
初始状态各点应力状态
O点：总应力
O
潜 水 初 始 水 位 、 、
；
孔隙水压力 有效应力为 F点：总应力
潜 水 含 水 层
F A
潜 水 下 降 后 水 位
水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力 分 布
初 始 孔 隙 水 压 力 分 布
孔隙水压力 有效应力 A点：总应力
相 对 隔 水 层 承 压 水 水 头 、
隙水压力降低，从而使土层的有效应力增加，进而
产生固结变形。
对于承压水容易理解，因为在承压含水层水头降低 的过程中，土层中总应力保持不变，孔隙水压力减
小，故而土层中有效应力增加。
但对于潜水或层间无压水来说，问题就复杂得多， 地下水位降低一方面引起土中孔隙水压力减小，另 一方面也造成总应力减少，土层中有效应力是增是 减则不能一概而论。
孔隙水压力
0 0 (������1 − ∆ℎ)������w ������B0w ������D0w
有效应力
������O0 ������O0 + ∆ℎ������1 ������O0 + ∆ℎ������1 + ������1 − ∆ℎ ������1sat − (������1 − ∆ℎ)������w ������O0 + ∆ℎ������1 + (������1 − ∆ℎ)������1sat + ������2 ������2sat − ������B0w ������O0 + ∆ℎ������1 + (������1 − ∆ℎ)������1sat + ������2 ������2sat + ������3 ������3sat − ������D0w
水 位 下 降 后 孔 隙 水 压 力 分 布
初 始 孔 隙 水 压 力 分 布
相 对 隔 水 层 承 压 水 水 头 、
B
式中：
、 承 压 含 水 层
为潜水含水层的孔隙率； 为潜水含水层的孔隙比； 为潜水水位下降后，水位变动带的饱和度。
D
潜水水位由O点下降到F点后各点应力变化量
F点：孔隙水压力变化量
孔隙水压力
0 ∆ℎ������w ������1 ������w ������B0w ������D0w
有效应力
������O0
′ ������O0 + ∆ℎ������1 ′ ������O0 + ������1 ������1
������O0 + ������1 ������1sat + ������2 ������2sat − ������B0w ������O0 + ������1 γ1sat + ������2 γ2sat + ������3 γ3sat − ������D0w
有效应力变化量
D
直观起见，将各点自重状态下地下水位下降前
后总应力、孔隙水压力和有效应力及其变化量
列表如下：
潜水水位下降前，各点自重状态下的总应力、孔隙水压 力和有效应力
潜水水位下降前土中各点自重状态下的总应力、孔隙水压力和有效应力 表 1
点号
O F A B D
总应力
������O0 ������O0 + ∆ℎ������1sat ������O0 + ������1 ������1sat ������O0 + ������1 ������1sat + ������2 ������2sat ������O0 + ������1 γ1sat + ������2 ������2sat + ������3 ������3sat
孔隙水压力变化量∆������w
0 −∆ℎ ∙ ������w −∆ℎ ∙ ������w 0 0
−∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w −∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w
注：表中������r 为水位下降后潜水含水层水位变动带的饱和度；������为潜水含水层的孔隙率；������为潜水含水层的孔 隙比。
现在我们进行详细的分析。先来看一下总应力的变化，由表 3 可见， 潜水水位降低后，除 O 点保持不变外，A、B、D、F 各点的总应力均减小， 且减小量相等，为∆ℎ ∙ ������ ∙ 1 − ������r ∙ ������w ，这正是潜水水位下降∆ℎ时含水层 单位面积内排出的地下水重量，������ ∙ 1 − ������r 即为潜水含水层的给水度。
注：表中������������ 为第 i 土层的天然湿重度。
潜水位由O点下降到F点后，各点自重状态下总应力、孔 隙水压力和有效应力的变化量
潜水水位下降后土中各点应力变化量
点号
O F A B D
表3
有效应力变化量∆������ ′
0 ∆ℎ ∙ ∆ℎ ∙ ������r ∙ ������ + 1 ∙ ������w 1 + ������ ������r ∙ ������ + 1 ∙ ������w 1 + ������
目
录
0.引言
1.潜水水位下降引起的地面沉降 2.承压水水头降低引起的地面沉降 3.其他情况下的地面沉降 4.结论
1 潜水水位下降引起的地面沉降
图2