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1、地裂缝、地面塌陷地质灾害危险性评估,王瑞久,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,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。,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
2、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。,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21 砂土液化概述,实例21 砂土液化概述(摘自Pipkin,B.W and Trent.T.T,2001,Geology and the Environment),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。,加州沃森维尔附近的野外涌沙,图C212 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
3、,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,C213 唐山地造成的喷水冒砂区分布图震,(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)。,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31 茂名民房裂缝和膨胀土,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41 上海市地面沉降监测资料实例42 上海地面沉降和
4、开采水量关系,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51 西安地裂缝成因及治理措施实例52 苏锡常地区地裂缝成因分析实例53 亚利桑那州菲尼克斯的地裂缝,5.1 张裂隙发育成地裂缝,图5-1 地裂缝发育概图(Bell 1981),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。,西安地裂缝造成房屋和城墙开裂,河北沧州地裂缝长4公里,2002年沧州市给水管网破裂776次,在亚利桑那州皮卡乔附近,因抽地下水的沉降引发地裂缝。,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。,江阴市长泾镇双平大楼因地裂缝
5、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,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,图C5-1-1 西安市地裂缝与地貌的关系图,5.2 不均匀沉降引起张裂隙,图5-2 与地裂缝有关的三种地质条件(M.K.Larson and T.L.Pewe 1986),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,亚利桑那州中南部的水位下降,地面沉降与地裂缝,图C522 地裂缝成因模式,图C5-2-1 江阴无锡地裂缝分布图(吴士良、王瑞久,
6、2001)1、基岩残丘; 2、地面沉降等值线(m); 3、地裂缝及方向,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61 贵州瓮福磷矿供水的抽水试验实例62 武汉市陆家街地区岩溶坍陷,岩溶地形的地面和地下特征,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,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
7、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,(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,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,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 19
8、83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,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,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,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,图7-2 主要地壳运动引起自然沉降基本特征,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。,8、人
9、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,8.3 地下硐室开挖的精密测量,图8-2 洞室边壁的收敛E 单点伸长计;M多点伸长计,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,图8-5 温度对混凝土建筑变形的影响曲线,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,谢 谢!,