地面沉降地裂缝地面塌陷地质灾害危险性评估ppt课件

地面沉降 地裂缝 地面塌陷地质灾害危险性评估 1 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 2 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 3 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 4 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 5 实例2 1砂土液化概述 摘自Pipkin B WandTrent T T 2001 GeologyandtheEnvironment 6 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 7 加州沃森维尔附近的野外涌沙 8 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 9 C2 1 3唐山地造成的喷水冒砂区分布图震 10 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 11 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 12 图3 1树根效应 SHE1965 13 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 14 4 1含水层弹性的概念 15 16 17 18 19 4 2含水层压密引起沉降的模拟 20 图4 2含水层压密过程模拟弹簧 静水压力 过剩压力 21 22 23 24 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 25 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 26 4 3上海市地面沉降 摘自上海市地质调查研究院成果 27 4 3 1地面沉降动态 28 29 F16 30 F11 31 F17 32 33 4 3 2地面沉降与地下水开采分析 34 图4 2 13第2含水层采灌量与地下水位 35 图4 2 14第3含水层采灌量与地下水位 36 图4 2 15第4含水层采灌量与地下水位 37 图4 2 16第5含水层采灌量与地下水位 38 图4 2 5第2含水层水量 水位 沉降历时变化曲线图 39 图4 2 6第3含水层水量 水位 沉降历时变化曲线图 40 图4 2 7第4含水层水量 水位 沉降历时变化曲线图 41 图4 2 8第5含水层水量 水位 沉降历时变化曲线图 42 4 3 3地面沉降体积和地下水开采水量体积大致相当 43 44 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1980 1995 1996 2001年地面沉降等值线图 上海市1980 1995年累积地面沉降图 45 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1996 2001年累积地面沉降图 46 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 47 4 4上海地面沉降选例 摘自上海市地质调查研究院成果 48 4 4 1京沪高速铁路 上海段 49 图3 4 3京沪高速铁路 上海段 工程地质分区图 50 图4 2 2京沪高速铁路 上海段 1980 1995沉降等值线 51 图4 2 3京沪高速铁路 上海段 1995 2001沉降等值线 52 53 4 4 2南浦大桥 54 南浦大桥 55 56 57 4 3 3延安东路隧道 58 59 4 4 4地铁二号线 60 61 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 62 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 63 64 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 65 5 1张裂隙发育成地裂缝 66 图5 1地裂缝发育概图 Bell1981 67 西安地裂缝分布面积约155km2 由11条地裂缝组成 其中最长的有20余公里 68 西安地裂缝造成房屋和城墙开裂 69 河北沧州地裂缝长4公里 70 2002年沧州市给水管网破裂776次 71 在亚利桑那州皮卡乔附近 因抽地下水的沉降引发地裂缝 72 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 73 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 74 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 75 图C5 1 1西安市地裂缝与地貌的关系图 76 5 2不均匀沉降引起张裂隙 77 图5 2与地裂缝有关的三种地质条件 M K LarsonandT L Pewe1986 78 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 79 亚利桑那州中南部的水位下降 地面沉降与地裂缝 80 图C5 2 2地裂缝成因模式 81 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 82 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 83 岩溶地形的地面和地下特征 84 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 85 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 86 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 87 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 88 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 89 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 90 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 91 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 92 图7 2主要地壳运动引起自然沉降基本特征 93 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 94 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 95 8 2地下采煤引起岩层的非弹性变形和时间有关 96 97 8 3地下硐室开挖的精密测量 98 图8 2洞室边壁的收敛E单点伸长计 M多点伸长计 99 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 100 图8 5温度对混凝土建筑变形的影响曲线 101 8 4和采煤巷道有关的应力再分布 102 103 8 5和采煤巷道有关的地下活动 104 105 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 106 谢谢 107