第四章 区域地壳稳定性.ppt
地质灾害之四：地面变形灾害,一、地面沉降二、地裂缝三、地面塌陷,一、地面沉降,地面沉降的成因地面沉降的危害地面沉降研究与防治,（一）地面沉降特点 地壳表面在内力地质作用、外力地质作用与人类活动的作用下，造成地壳表面局部或区域性的沉降活动，其垂直位移一般大于水平位移。发展缓慢，无仪器观测难以察觉，一旦发生，难以完全恢复。不同地区由于其地质结构与影响因素不同，导致其地面沉降的范围与沉降速率不同。,地面沉降导致井口抬升,（二）地面沉降发展,（三）分布特征分布：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。,我国地面沉降区：大型河流三角洲及沿海平原区（上海、天津、沧州等）小型河流三角洲区（福州、湛江、宁波等）山前冲洪积扇及倾斜平原区（北京、保定、郑州等）山间盆地和河谷区（西安、太原、运城等）,（四）形成机制,1.形成的地质条件（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）新构造运动沉降区,地面沉降的地质环境,近代河流冲积环境模式 近代三角洲平原沉积环境模式 断陷盆地沉积环境模式：临海式断陷盆地；内陆式断陷盆地,2.地面沉降的致因,自然动力地质因素 地球内营力作用 地球外营力作用 人类活动因素 持续性超量抽取地下水 地下油气开采 人类工程,（1）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,北京市的地面沉降（最大速率）：1966年以前：缓慢形成，25mm/a。19661973年，加速，10mm/a。19731981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。,（2）地下油气开采,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。,（3）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.,11731185年，建至3层，塔发生倾斜。12741284年，建至7层，塔斜增加。1350年，塔建成，塔顶偏离中心1.5m。,（4）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3.17。火山喷发 造成地下物质亏损。,(五)地面沉降的危害,海水入侵，滨海地下水破坏。海岸侵蚀增加，海防投资增加。海面上升，港口设施失效。城市地下系统遭受破坏。如水管、下水道等断裂、变形等。地面建筑物破坏。桥墩下沉，河流通航能力下降。,地面沉降导致河水面向对上升,（六）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.地面沉降灾害调查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。c.海防设施的破坏。d.城市洪水灾害。e.城市资源破坏，如淡水资源、港口资源、土地资源等。,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。,对已经产生地面沉降的地区：压缩地下水开采量，减少水位降深幅度。在地面沉降剧烈的情况下，应暂时停止开采地下水；向含水层进行人工回罐，回罐时要严格控制回罐水源的水质标准，以防止地下水被污染。调整地下水开采层次，进行合理开采，适当开采更深层地下水或以地面水源代替地下水源;在沿海低平原地带修筑或加高挡潮堤、防洪堤，防止海水倒灌、淹没低洼地区；改造低洼地形，人工填土加高地面；改建城市给、排水系统和输油、气管线，整修因沉降而被破坏的交通线路等线性工程，使之适应地面沉降后的情况；修改城市建设规划，调整城市功能分区及总体布局。规划中的重要建筑物要避开沉降区。,可能发生地面沉降的地区：估算沉降量，并预测其发展趋势;结合水资源评价，研究确定地下水资源的合理开采方案。在最小的地面沉降量条件下抽取最大可能的地下水开采量；采取适当的建筑措施。如避免在沉降中心或严重沉降地区建设一级建筑物。在进行房屋、道路、管道、堤坝、水井等规划设计时，预先对可能发生的地面沉降量做充分考虑。,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、地下水压、地下水质、地下水回灌。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,地裂缝的成因地裂缝的危害地裂缝的调查研究,地裂缝在自然因素和人为因素作用下，地表岩土体产生开裂并在地面形成一定长度和宽度裂缝的现象。,（一）地裂缝的分布,在西北、华北、长江流域广泛分布。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。,（二）地裂缝的成因,1.构造成因 延伸稳定，分布不受地形、岩性的影响，可切过陡坎、阶地，平面：折线状、锯齿状、雁行状排列 剖面：近于直立、阶梯状、地堑状,（1）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。,（2）地震活动引起 地震地裂缝，形成的地裂缝规模比较大。（3）火山活动引起 火山喷发前、喷发过程中形成。,绵竹汉旺镇,2.非构造成因,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、地面沉降、冻融作用、干旱作用、盐丘作用、矿山采空等。,山洪暴发导致张桑公路一路段发生地裂缝,地震作用使临空面后缘出现地裂缝，四川江油,（三）地裂缝的分类,成因分类 构造地裂缝 非构造地裂缝活动强度分类 弱活动：80mm/a,活动方式分类 垂直升降 水平拉张 水平扭动活动范围分类 线状分布 片状分布,（四）地裂缝的危害,建筑物墙体开裂地面设施破坏地下设施损坏有害气体溢出垃圾场污染地下水农田漏水,西安城南地裂缝，沿线建筑物开裂破坏,西安城南地裂缝，两盘沉降差3060公分。使居民楼开裂(一九八六年),（五）地裂缝的调查研究,1.地裂缝特征的调查研究（1）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。,（2）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。（b）地裂缝活动的周期，与地震相似，活动期的速率是平静期的数倍。（c）地裂缝在剖面和剖面上的位移量。（d）地裂缝的垂直运动量最大，水平拉张量次之，扭动量最小。,2.地裂缝的地质背景调查,a.新构造运动特征调查。b.地貌特征调查。c.沉积物特征的调查。d.地下水特征调查。,3.地裂缝调查的方法,a.遥感方法：区域地质、地貌研究。b.地质方法：不同比例尺填图，平面和立体。c.地球物理法：地震勘探、低频电磁法等。d.地球化学法：氡气测量。e.钻探法：探明第四纪沉积物、水文地质等。,4.地裂缝的防治和监测,（1）防治 控制人为因素的诱发作用，建筑物避让地裂缝。地基的处理（加固、断层置换法、局部浸水法）（2）监测 预测、预报地裂缝发展方向、速度位移量及可能的危害范围。,三、地面塌陷,地面塌陷的成因地面塌陷的危害地面塌陷的调查,地面塌陷由于地下地质环境中存在着天然洞穴或人工采掘活动所留下的矿洞、巷道或采空区而引起的，其地面表现形式是局部范围内地表岩土体的开裂、不均匀下沉和突然陷落。,（一）地面塌陷的成因,1.自然因素 岩溶塌陷、地震塌陷、暴雨塌陷等。2.人为因素 矿山塌陷、工程塌陷等,地下暗河,（二）地面（岩溶）塌陷的危害,1981年5月8、9日在美国佛罗里达州：形成直径100m的塌陷坑，居民楼、商业楼、游泳池损坏，损失200万美元。,（三）地面塌陷调查,1.岩溶塌陷特征和分布规律调查 a.岩溶塌陷地区的岩性特征调查。b.岩溶地区构造方向的调查。c.地下溶洞的规模、方向、埋深调查。d.覆盖层厚度、结构、性质调查。e.地下水运动特征调查。,2.岩溶塌陷灾害的防治 a.地表水防水措施。b.地下水控水措施。c.清除填堵法。d.跨越法。e.强夯法。f.灌注法。,
