地面沉降的工程地质研究供参习.doc

地面沉降的工程地质研究 一、概述 地面沉降：指地面高程的降低，均指地壳表面某一局部范围内的总体下降运动。 特点：以缓慢的、难于察觉的向下垂直运动为主，只有少量的或基本没有水平向的位移，可能影响的平面范围可大至几千平方公里。 诱因： 自然动力地质因素 　　(1) 地球内营力作用 它包括地壳近期下降运动、地震、火山运动等。由地壳运动所引起的地面下降是在漫长的地质历史时期中缓慢地进行的，其沉降速率较低，一般不构成灾害性后果。例如我国天津地区第四纪以来的地壳年平均沉降速率约为0.17－0.2mm，近期的年平均下降速率为1－2mm。但是在地壳沉降区内的不同地点下降速率并非完全一致，常常表现出相对不均一性。 (2) 地球外营力作用 它包括溶解、氧化、冻融等作用。地下水对土中易溶盐类的溶解，土壤中有机组分的氧化，地表松散沉积物中水分的蒸发等，均可能造成土体孔隙率或密度的变化，促进土体自重固结过程而引起地面下降。 人类活动因素 　　人类活动因素是诱发高速率地面沉降的重要因素。在诸多人类活动因素中对地面沉降的发生和发展关系最为密切的因素是抽取地下液体的活动。由于各种形式的抽取地下液体而导致地面沉降的实例，几乎占当前世界范围内地面沉降全部事例的绝大部分。由于这种情况下的地面下沉是逐渐演变的，其后果往往在已明显地表现为灾害之后才被认识，因而其危害性也最大。抽液活动包括以下几种典型情况： (1) 持续性超量抽取地下水 在松散介质含水系统中长期的、周期性的开采地下水，当开采量超过含水系统的补给资源(即动储量)限额时，将导致地下水位的区域性下降，从而引起含水砂层本身的压密以及其顶底部一定范围内饱水粘性土层中的孔隙水向含水层运移(即越流作用)。在渗流的动水压力和土层孔隙水排出所相当之附加有效应力作用下，粘土层发生压密固结，从而综合影响导致了地面沉降。 (2) 开采石油 开采石油是人工抽取地下液体的另一种重要形式，在某些埋藏较浅的半固结砂岩含油层中，抽取石油可引起砂岩孔隙液压的下降，未完全固结的砂岩在上覆岩层自重压力作用下继续固结，引起采油区地断下降。典型实例是美国长滩威明顿油田，该地区含油气层位于地下600－1500m深度内，自1926－1968年期间共钻2800口油井，采出油气5.2×109m3，其地面总沉降量达9.0m，使油田设施遭到严重破坏。经向油层注水(1.75×105m3／d)后沉降停止并有少量地面回弹。 (3) 开采水溶性气体 日本新隅因开采水溶性天然气——甲烷而持续地大量抽水，导致开采层地下水位下降及含气层的压缩，产生了大幅度的地面沉降。 由于地面沉降与人类工程活动有着直接的联系，它常常产生于具备了特定地质环境的工业化和城市化地区，给这些地区的社会经济发展、城市建设、环境保护和人类生活带来危害。 　　地面沉降是由多种动力地质因素特别是人类活动因素所引起的工程动力地质作用。这种作用的后果无论对城市环境或各种类型工程建筑物的稳定都是不利的。该问题的严重性已愈来愈引起有关学科专家的重视。因而近年来人们已把地面沉降问题列为工程地质学及环境地质学的重要课题加以研究。 主要危害 (1)沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭； (2)一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力; (3)桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通. (4)在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉陷而发生的较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害; (5)在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高摆脱空，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。 二、地面沉降的地质环境 地面沉降一般发生在未完全固结成岩的近代沉积地层中，其密实度较低，孔降度较高，孔隙中常为液体所充满。地面沉降过程实质上是这些地层的渗透固结过程的继续。 近代河流冲积环境模式 以河流中下游高弯度河流沉积相为主。 属于这种模式的河流常处于现代地壳沉降带中，河床迁移频率高，因而沉积物特征为多旋回的河床沉积土－－下粗上细的粗粒土和泛原沉积土，并以细粒粘性土为主的多层交错叠置结构。 我国东部许多河流冲积平原如长江中下游，黄淮海平原、松嫩平原等均属于此种类型。 近代三角洲平原沉积环境模式 三角洲位于河流入海地段，介于河流冲积平原与滨海大陆架的过渡地带。 其沉积结构具有由陆源碎屑——以中细砂为主夹有机粘土与海相粘性土交错叠置的特征。 我国长江三角洲主体部分属于建设性三角洲，并继续向外淤积扩展形成广阔的三角洲平原。位于其上的上海、常州、无锡等城市地面沉降的发生和发展均受这种地质环境模式的控制。 断陷盆地沉积环境模式 一般位于三面环山