工程地质学课件：7 第七章 地面沉降的工程地质研究.ppt

1、地面沉降地面沉降(Land Subsidence) (Land Subsidence) 地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象。是指地壳表面在内力地质作面水平面降低的现象。是指地壳表面在内力地质作用、外力地质作用与人类工程活动的作用下，造成用、外力地质作用与人类工程活动的作用下，造成地壳表面某一局部范围或大面积的、区域性的沉降地壳表面某一局部范围或大面积的、区域性的沉降活动，其垂直位移一般大于水平位移。活动，其垂直位移一般大于水平位移。作为自然灾害，地面沉降的发生有着一定的地质原因。但是，作为自然灾害，地面沉降的发生有着一定的地质原因

2、。但是，随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，地面沉降现象越来随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，地面沉降现象越来越频繁，沉降面积也越来越大。在人口密集的城市，地面沉越频繁，沉降面积也越来越大。在人口密集的城市，地面沉降现象尤为严重。现在我们研究地面沉降的原因时，不难发降现象尤为严重。现在我们研究地面沉降的原因时，不难发现，人为因素已大大超过了自然因素。现在的地面沉降现象现，人为因素已大大超过了自然因素。现在的地面沉降现象与其说是自然灾害，倒不如称之为人为祸患。与其说是自然灾害，倒不如称之为人为祸患。 地面沉降产生的原因地面沉降产生的原因 课后思考：各种原因产生的地面沉降的特点有何异同点？课后思

3、考：各种原因产生的地面沉降的特点有何异同点？ 地面沉降的地质原因地面沉降的地质原因 从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有下列下列3种原因。种原因。 1.地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降。会因地层厚度的变小而发生沉降。 2.因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。 3.地震导致地面沉降。地震导致地面沉降。 地面沉降的人为原因地面沉降的人为原因 地面沉降现象

4、与人类活动密切相关地面沉降现象与人类活动密切相关。尤其是近几。尤其是近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。在我下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。在我国，由于各大中城市都处于巨大的人口压力之下，地国，由于各大中城市都处于巨大的人口压力之下，地下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市出现地面下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市出现地面沉降，在沿海地区还造成了海水入侵。沉降，在沿海地区还造成了海水入侵。 地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据据统计，

5、我国每年因地面沉降导致的经济损失达统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿元亿元人民币以上。值得庆幸的是，我国已开始重视这个问人民币以上。值得庆幸的是，我国已开始重视这个问题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列政策的题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列政策的出台使我国很多地区的地面沉降现象已经或将得到控出台使我国很多地区的地面沉降现象已经或将得到控制。制。 地下资源开采 地下水超采 地面荷载增大 地面沉降的成因 我国地下水开发与地面沉降的现状我国地下水开发与地面沉降的现状n1、地下水资源现状、地下水资源现状n开采量亦呈持续增长趋势开采量亦呈持续增长趋势, 年增长率达年增长率达1.91

6、%，地表水年增长，地表水年增长率仅为率仅为0.89%; n全国地下水年超采量约全国地下水年超采量约228 亿方，亿方， 地下水超采面积地下水超采面积18 万平方万平方公里；公里； n南方水资源相对丰富的地区，南方水资源相对丰富的地区， 因地表水体的污染，转而开发因地表水体的污染，转而开发利用地下水；利用地下水；GDP 地下水降落漏斗分布 沙漠化 地面沉降 海水入侵示意图 输油管道泄漏 2 2、地面沉降的现状、地面沉降的现状 19个省份超个省份超50个城市发生地面沉降，其中约个城市发生地面沉降，其中约80%分分布在东部地区。布在东部地区。 地面变形区主要集中在长江三角洲、华北平原、关地面变形区主

7、要集中在长江三角洲、华北平原、关中平原、淮北平原，据监测分析，造成这些地区大范中平原、淮北平原，据监测分析，造成这些地区大范围持续地面变形的最重要因素是过量开采地下水。围持续地面变形的最重要因素是过量开采地下水。 地面变形的特点是变形以沉降为主、其次为裂缝，地面变形的特点是变形以沉降为主、其次为裂缝，变形大小分布与地下水开采漏斗对应、以城市为中心变形大小分布与地下水开采漏斗对应、以城市为中心区。区。 地壳运动、地震、地表荷载、工程建设、物理地质地壳运动、地震、地表荷载、工程建设、物理地质作用等其他因素造成的地面变形仅占总变形量的作用等其他因素造成的地面变形仅占总变形量的5%20%。 最典型的区

8、域性地面沉降发生在长江三角洲地区和最典型的区域性地面沉降发生在长江三角洲地区和华北平原。华北平原。 50多个城市、地区出现严重的地下水超采问题，引发了许多多个城市、地区出现严重的地下水超采问题，引发了许多严重的生态与环境问题；严重的生态与环境问题； 地下水污染状况日趋严重，近地下水污染状况日趋严重，近40%的城市地下水水质在不断的城市地下水水质在不断恶化，直接威胁到居民饮水安全；恶化，直接威胁到居民饮水安全； 19个省市的个省市的50多个城市出现地面沉降问题；多个城市出现地面沉降问题； 重视和加强地下水管理和保护，事关经济社会可持续发展，重视和加强地下水管理和保护，事关经济社会可持续发展，事关

9、社会稳定，是民生水利迫切需要加强和取得突破的重要问事关社会稳定，是民生水利迫切需要加强和取得突破的重要问题。题。 世世界界各各地地地地面面沉沉降降地貌地名地名 地面沉降面积地面沉降面积 （平方公里）（平方公里） 最大累计沉量最大累计沉量 （毫米）（毫米） 长江三角洲平原 滨海平原上海上海 8522630常州常州 200512苏州苏州 56761无锡无锡 1001000南通南通 ? 300嘉兴嘉兴 30084杭州杭州 0.51155滨海平原宁波宁波 65252台北台北 ? 1900湛江湛江 ? 413华北平原 滨海平原北京北京 45509天津天津 ? 2600塘沽塘沽 ? 2596汉沽汉沽 10

10、0002630大港大港 ? 1230沧州沧州 ? ? 山间盆地河流平原太原太原 27001381大同大同 ? 138西安西安 2001035呼和浩特呼和浩特 ? 88中中国国各各地地地地面面沉沉降降长江三角洲包括上海市、江苏省南部和浙江省北部，重要城市有：长江三角洲包括上海市、江苏省南部和浙江省北部，重要城市有：上海、苏州、无锡、常州、杭州、嘉定、湖州、宁波和绍兴等。上海、苏州、无锡、常州、杭州、嘉定、湖州、宁波和绍兴等。 陆地面积陆地面积99000平方公里，占全国的平方公里，占全国的1%； 人口约人口约7500万，占全国的万，占全国的6.25%； GDP约占全国的约占全国的1/6； 沉降超沉

11、降超200mm面积面积10000平方公里；平方公里； 最大累积沉降量为最大累积沉降量为0.822.80m。 天天津津市市地地面面沉沉降降西西安安市市地地面面沉沉降降 西安地下水超采致大雁塔严重倾斜 上个世纪上个世纪9090年代以来，由于采取限采、禁采地下年代以来，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。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。角洲地区的地面沉降

12、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，苏州市自苏锡常地区的沉降速度也在加大，苏州市自19491949年以来累计地面沉降年以来累计地面沉降600600毫米的面积已达毫米的面积已达180180平方平方公里，常州公里，常州4343平方公里，无锡平方公里，无锡59.559.5平方公里。地平方公里。地面沉降最严重的是上海，其次是苏锡常，再次是面沉降最严重的是上海，其次是苏锡常，再次是杭嘉湖。杭嘉湖。4040年来，上海市因地面沉降的直接经济年来，上海市因地面沉降的直接经济损失达损失达29002900亿元，其中潮损亿元，其中潮损17551755亿元，涝损亿元，涝损848848亿亿元，安全高

13、程损失元，安全高程损失189189亿元。亿元。上海地面沉降使桥墩错位 北京供水三分之二来自地下水。近年来，由于地北京供水三分之二来自地下水。近年来，由于地下水的超量开采，北京平原地面沉降呈快速增加下水的超量开采，北京平原地面沉降呈快速增加趋势。到目前为止，在东郊八里庄趋势。到目前为止，在东郊八里庄大郊亭、东大郊亭、东北郊来广营、昌平沙河北郊来广营、昌平沙河八仙庄、大兴榆垡八仙庄、大兴榆垡礼礼贤、顺义平各庄等地已经形成了五个较大的沉降贤、顺义平各庄等地已经形成了五个较大的沉降区，沉降中心累计沉降量分别达到区，沉降中心累计沉降量分别达到722722毫米、毫米、565565毫米、毫米、688688毫

14、米、毫米、661661毫米、毫米、250250毫米。最严重的毫米。最严重的地方，地表还在以每年地方，地表还在以每年2020至至3030毫米的速度下沉。毫米的速度下沉。由于地面沉降，北京城市基础设施受到一定程度由于地面沉降，北京城市基础设施受到一定程度的损害。在部分沉降区发现工厂、居民区楼房墙的损害。在部分沉降区发现工厂、居民区楼房墙壁开裂、地基下沉、地下管道工程损坏等壁开裂、地基下沉、地下管道工程损坏等5050余处余处险情，一些建筑物的抗震能力和使用寿命也受到险情，一些建筑物的抗震能力和使用寿命也受到影响。影响。 地面沉降的危害北京事例破坏地面建筑物破坏地面建筑物这是地面沉降最明显的作用结果上

15、世纪80年代，市棉纺三厂办公楼及厂房多处地基下沉，墙体开裂，严重影响建筑物的使用和寿命形成地裂隙形成地裂隙导致地下岩土层破裂，可能形成地裂隙顺义区发现了一条因地面沉降而出现的地裂隙，长25km严重影响抽水严重影响抽水导致机井井管上升，严重影响抽水使用机井的单位只好停止抽水，影响生产和生活供水加重地震危害导致地面建筑物稳定性受损，地震时加重1976年唐山大地震，中科院印刷厂等建筑物破坏严重，与地面沉降对建筑物的稳定性影响有关测绘失准测绘失准沉降可能造成城市测绘失准对地面水准点的测绘是城市政建设重要的依据，地面沉降区普遍水准点失准，测绘数据无法使用加剧洪涝灾害加剧洪涝灾害降低防洪排涝工程的强度，加

16、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六危害在北京地区均有体现北京每年平均超采地下水约北京每年平均超采地下水约1 1亿立方米，亿立方米，这是造成地面沉降的主要原因。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近年来，北京市每年开采地下水量达2626亿至亿至2727亿立方米亿立方米平均每年超采平均每年超采1 1亿立方米。在亿立方米。在20032003年，北京平原形成的年，北京平原形成的5 5个沉降区中，形成了近个沉降区中，形成了近11001100平方公里的降平方公里的降落漏斗，导致大面积地面沉降，根据落漏斗，导致大面积地面沉降

17、，根据19991999年的统计数据，累计地面沉降量大于年的统计数据，累计地面沉降量大于5050毫毫米的地区达到米的地区达到28152815平方公里。平方公里。地面标高损失，地面标高损失，防洪能力降低；防洪能力降低； 地面标高损失，地面标高损失，防洪能力降低；防洪能力降低； 地下水位埋深变小而引起的环境问题；地下水位埋深变小而引起的环境问题； 地下洞室浮托力增大 地基软化 土地沼泽化、盐碱化 地下水位埋深变小而引起的环境问题；地下水位埋深变小而引起的环境问题； 地表水位抬升，桥梁通航能力下降；地表水位抬升，桥梁通航能力下降； 城市管网破坏；城市管网破坏； 建筑物开裂；建筑物开裂； 海水入侵；海水

18、入侵； 威胁公路铁路运行安全。威胁公路铁路运行安全。 太沙基有效应力原理太沙基有效应力原理 0 0+p p= = 图图1 1图图2 2 由承压水头降低引起的土层固结的模拟试验结果由承压水头降低引起的土层固结的模拟试验结果太沙基一维固结解析解 上海：地下水开采集中在深部上海：地下水开采集中在深部的第的第含水层，占年度开采总含水层，占年度开采总量的量的62.69%62.69%，其它层次所占比，其它层次所占比例依次为第例依次为第含水层含水层15.35%15.35%、第第V V含水层含水层13.8%13.8%、第、第含水层含水层8.15%8.15%、基岩岩溶裂隙含水层、基岩岩溶裂隙含水层0.01%0.01%。 人工回灌则集中于浅部的第人工回灌则集中于浅部的第含水层占含水层占65.66%65.66%；其它层次所；其它层次所占比例依次为第占比例依次为第含水层含水层20.68%20.68%、第、第含水层含水层13.66%13.66%。 回灌含水层 规范基础施工程序规范基础施工程序