工程地质分析原理 第八章地面沉降间题的工程地质分析
第八章 地面沉降问题的工程地质分析
81基本概念及研究意义表8-1 沉降面积最大沉降速率最大沉降量发生沉降的 具体地 (km2) 主要时间 东京 江东及城北工业区 19.5 4.23 1892-1968 16.3 1925-1968 九州 佐贺县 1954-1965 白石平原 尼崎 加州 圣克拉拉流域 1915-1967 开发地下 圣华金流域 9000 1935-1968 洛斯贝诺斯 4.88 开脱尔曼市 邱拉里华兹科 3.96 1926-1954 长滩市威明顿油田 1926-1968开采石 华达州 拉斯维加斯 1935-1963 亚利桑那州 凤凰城 310 3 1970抽 得克萨斯州 木斯顿 10000 1943-1969 加尔维斯顿 路易斯安那州 取地下水 1934-1965 墨西哥 墨西哥城 7560 1890-1957 意大利 波河三角洲 >0.25 1953-1960 开采石 上海 10.1 2667 1921-1987 天津 1959-1983 油抽取地下水 台湾 台北盆地 1963
国 名 地 点 沉降面积 （km2） 最大沉降速率 （cm/a） 最大沉降量 （m） 发生沉降的 主要时间 备 注 州或省市 具体地点 日 本 东京 江东及城北工业区 290 19.5 4.23 1892－1968 开 发 地 下 水 大阪 16.3 2.8 1925－1968 九州 佐 贺 县 白石平原 88 20 1954－1965 尼崎 3.1 美 国 加州 圣克拉拉流域 600 21 3.90 1915－1967 圣华金流域 9000 46.0 8.55 1935－1968 洛斯贝诺斯 －开脱尔曼市 2330 40 4.88 －1955 邱拉里华兹科 ＞30 3.96 1926－1954 长滩市威明顿油田 32 71 9 1926－1968 开采石 油 内华达州 拉斯维加斯 500 1 1935－1963 抽 取 地 下 水 亚利桑那州 凤凰城 310 3 1952－1970 得克萨斯州 休斯顿－ 加尔维斯顿 10000 1－2 1943－1969 路易斯安那州 巴吞鲁日 500 0.3 1934－1965 墨西哥 墨西哥城 7560 42 7.5 1890－1957 意大利 波河三角洲 800 30 ＞0.25 1953－1960 开采石 油 中 国 上海 天津 台湾 市区及郊区 台北盆地 7300 10.1 21.6 2 2.667 1.76 1.70 1921－1987 1959－1983 1963－ 抽 取 地 下 水 8.l 基本概念及研究意义 表8－1
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
◼ 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
天津市区地面沉降图 Ground subsidence map of Tianjin City 宜兴埠o 面柳青农场 思洁 5001000m
天津市地面沉降 因地面沉降报废的海河老桥和重建的新桥 The old Haihe Bridge abandoned because of ground subsidence and the new bridge rebuilt
天津市地面沉降
西安市地面沉降图(1960-1983年) Ground subsidence map of Xi an City 十里铺 等驾坡 1.地面沉降等值线(mm);2.实测和推测地裂缝:3.临潼一长安断裂带 (张家明)
西安市地面沉降 西安市南郊小寨地面沉降中心,暴雨后马路积水成灾(张波 摄) Xiaozhai ground subsidence center in the southern suburb of Xi'an City where the street was flooded after a torrential rain
西安市地面沉降
82地面沉降的形成机制 821承压水位降低所引起的应力转变及土层的压 密 位于未固结或半固结疏松沉积层地区内的大城 市,因为潜水易于污染往往开发深层的 承压水作为工业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中,抽汲地下水所引起的承 压水位的降低,必然要使含水层本身和其上、下 相对含水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有 效应力原理可知,土中由复盖层荷载引起的总应 力是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的
◼ 8.2 地面沉降的形成机制 ◼ 8.2.1 承压水位降低所引起的应力转变及土层的压 密 ◼ 位于末固结或半固结疏松沉积层地区内的大城 市，因为潜水易于污染往往开发深层的 ◼ 承压水作为工业及生活用水的水源。 ’ ◼ 在孔隙承压含水层中，抽汲地下水所引起的承 压水位的降低，必然要使含水层本身和其上、下 相对含水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有 效应力原理可知，土中由复盖层荷载引起的总应 力是由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,它不能引起土 层的压密,故又称为中性压力,而由土骨架承担 的部分则能直接造成土层的压密,故称为有效应 力;二者之和等于总应力。假定抽水过程中土层 内的总应力不变,那么孔隙水压力的减小必然导 致土中有效应力的等量增大,结果就会引起土层 成比例的固结。由于区域性地面沉降范围较广阔, 压缩层厚度与沉降范围相比较,又相对较小,因 此无论从理论或实际应用上,即可以把这类由于 抽水引起的地面沉降问题按一维固结问题处理。 以三层结构条件下单层抽水的情况为例,对抽 水过程中土层中应力的转变及土层的固结问题进 具体分析
◼ 由水承担的部分称为孔隙水压力，它不能引起土 层的压密，故又称为中性压力，而由土骨架承担 的部分则能直接造成土层的压密，故称为有效应 力；二者之和等于总应力。假定抽水过程中土层 内的总应力不变，那么孔隙水压力的减小必然导 致土中有效应力的等量增大，结果就会引起土层 成比例的固结。由于区域性地面沉降范围较广阔， 压缩层厚度与沉降范围相比较，又相对较小，因 此无论从理论或实际应用上，即可以把这类由于 抽水引起的地面沉降问题按一维固结问题处理。 ◼ 以三层结构条件下单层抽水的情况为例，对抽 水过程中土层中应力的转变及土层的固结问题进 行具体分析
由于透水性能的显著差异,上述孔隙水压力 减小,有效应力相应增大的过程,在砂层和粘土 层中的表现是截然不同的。在砂层中这一过程基 本上可志着固结进展程度的应力转换线逐渐地向 最终边界线坝推进如图8-5(),而达到AB线与 降低后的承压水位相平按的孔隙水压力线所需的 时间,正如模型试验图86所表明的,拄往需要 几个月、几年甚至几十年(取决于土层厚度和透水 性)。这样,在承压水位降低后,直到应力转变过 程也就是固结过程)最终完成之前的相当长的一段 时间里,粘土层中始终不同程度地存在有高于和 新的承压水位
◼ 由于透水性能的显著差异，上述孔隙水压力 减小，有效应力相应增大的过程，在砂层和粘土 层中的表现是截然不同的。在砂层中这一过程基 本上可志着固结进展程度的应力转换线逐渐地向 最终边界线坝推进[如图8—5(b)]，而达到AB线(与 降低后的承压水位相平按的孔隙水压力线)所需的 时间，正如模型试验(图8—6)所表明的，拄往需要 几个月、几年甚至几十年(取决于土层厚度和透水 性)。这样，在承压水位降低后，直到应力转变过 程(也就是固结过程)最终完成之前的相当长的一段 时间里，粘土层中始终不同程度地存在有高于和 新的承压水位