地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治.doc.doc

第四章地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治 地面沉降灾害防治一、地面沉降的定义:指地层在各种因素的作用下, 造成地层压密变形或下沉, 从而引起区域性的地面标高下降。二、地面沉降的原因: (1 )自然因素: ①新构造运动以及地震、火山活动引起的地面沉降; ②海平面上升导致地面的相对下降(沿海);③土层的天然固结(次固结土在自重压密下的固结作用)。自然因素所形成的地面沉降范围大,速率小。自然因素主要是构造升降运动以及地震、火山活动等一般情况下,把自然因素引起的地而沉降归属于地壳形变或钩造运动的范畴,作为一种自然动力现象加以研究。(2 )人为因素: ①抽汲地下气、液体引起的地面沉降。抽取地下水而引起的地面沉降,是地面沉降现象中发育最普通、危害性最严重的一类; ②大面积地面堆载引起的地面沉降;③大范围密集建筑群天然地基或桩基持力层大面积整体性沉降——工程性地面沉降。人为因素引起的地面沉降一般范围较小, 但速率和幅度比较大。人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。将人为因素引起的地面沉降归属于地质灾害现象进行研究和防治。三、地面沉降的成因机制和形成条件(一)地面沉降的成因机制由于地面沉降的影响巨大, 因此早就引起了各国政府和研究人员的密切注意。早期研究者曾提出一些不同的观点,如新构造运功说、地层收缩说和自然压缩说、地面动静荷载说、区域性海平面上升说等。大量的研究证明,过量开采地下水是地面沉降的外部原因,中等、高压缩性粘土层和承压含水层的存在则是地面沉降的内因。因而多数人认为沉降是由于过量开采地下水、石油和天然气、卤水以及高大建筑物的超量荷载等引起的。在孔隙水承压含水层中, 抽取地下水所引起的承压水位的降低, 必然要使含水层本身及其上、下相对隔水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有效应力原理可知, 土中由覆盖层荷载引起的总应力是山孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。由水承担的部分称为孔隙水压力(p w) ,它不能引起土层的压密,故义称为中性压力;而由土颗粒骨架承担的部分能够直接造成上层的压密,故称为有效应力( p s) ;二者之和等干总应力。假定抽水过程中土层内部应力不变, 那么孔隙水压力的减小必然导致十中有效应力等量增大, 结果就会引起孔隙体积减小,从而使土层压缩。由于透水性能的显著差异, 上述孔隙水压力减小、有效应力增大的过程, 在妙层和粘土层中是截然不同的。在砂层中, 随着承压水头降低和多余水分的排出, 有效应力迅速增至与承压水位降低后相平衡的程度, 所以砂法压密是“瞬时”完成的。在粘性土层中, 压密过程进行得十分缓慢, 往往需要几个月、几年甚至几十年的时间; 因而直到应力转变过程最终完成之前,粘土层中始终存在有超孔隙水压力(或称剩余孔隙水压力) 。它是衡量该土层在现存应力条件下最终固结压密程度的重要指标。相对而言, 在较低应力下砂层的压缩性小且主要是弹性、可逆的, 而粘土层的压缩性则大得多且主要是非弹性的水久变形。因此, 在较低的有效应力增长条件下, 粘性土层的压密在地面沉降中起主要作用,而在水位回升过程中,砂层的澎胀回弹则具有决定意义。此外,土层的压缩量还与丘层的预固结应力(即先期固结应力) 、土层的应力—应变性状有关。由于抽取地下水量不等而表现出来的地下水位变化类型和特点也对土层压缩产生一定的影响。(三)地面沉降的产生条件从地质条件, 尤其是水文地质条件来看, 疏松的多层含水层休系、水量丰富的承压含水层、开采层影响范围内正常固结或欠固结的可压缩险厚层粘比土层等的存在, 都有助于地面沉降的形成。从土层内的应力转变条件来看, 承压水位大幅度波动式的持续降低是造成范围不断扩大累进性应力转变的必要前提。 1. 厚层松散细粒土层的存在地面沉降主要是抽采地下流体引起土层压缩而引起的, 厚层松散细粒土层的存在则构成了地面沉降的物质基础。在广大的平原、山前倾斜干原、山间河谷盆地、滨海地区及河口三角洲等地区分布有很厚的第四系和上第三系松散或未固结的沉积物, 因此, 地面沉降多发生干这些地区。如在滨海三角洲平原, 第四纪地层中含有比较厚的淤泥质粘土, 呈软塑状态或流动状态。这此淤泥质粘性粘的含水量可高达 60 %以上,孔隙比大、强度低、压缩除强, 易于发生塑注流变。当大量抽取地下水时, 含水层中地下水压力降低, 淤泥质粘土隔水层孔隙中的弱结合水压力差加大, 使孔隙水流入含水层有效压力加大, 结果发生粘性十层的压缩变形。易于发生地面沉降的地质结构为砂层、粘土层互层的松散土层结构。随着抽取地下水, 承压水位降低, 含水层本身及其土、下相对隔水层中孔隙水压力减小, 地层压缩导致池面发生沉降。 2. 长期过量开采地下流体未抽取地下水时, 粘性土隔水层或弱隔水层中的水压力与含水层中的水压力处干平衡状态。抽水过程中,由J 含水层的水头降低,上