城市地面塌陷灾害风险评估研究

随着城市化进程不断加快,城市地下空间安全问题引起广泛关注。本文以影响地下空间安全的典型灾害-地面塌陷为例,开展可能性风险评估研究,为降低地面塌陷灾害损失提供理论支撑。城市地面塌陷成因复杂,为了保证评价过程和结果的客观全面,通过调研对塌陷引发因素进行了总结,从管道因素、病害体因素、环境因素三个方面建立风险发生可能性评价指标体系,并使用AHP-熵权法-灰色关联法组合评价,建立地面塌陷风险评价模型。将该模型应用于郑州市典型地下空洞工程案例进行评估分析,结果表明:地面塌陷风险评价结果与实测结果相符,证明了评估模型的科学性,同时为城市地面塌陷预防提供了决策参考。     

城市地下空间探测与安全利用战略构想

划与“全环境”监测预警的城市地下空间探测与安全利用战略构想,构建了城市地下系统平衡和扰动再平衡、地下全空间资源评价、地下空间区划与协同规划三大理论体系和城市地下空间精细探测-资源评价、城市地下空间区划-协同规划、地下空间勘察-施工建造、地下空间监测-预警四大技术体系,为推动我国建立城市立体开发新模式提供理论和技术支撑。     

河流冲积平原饱和砂土区地下管线渗漏诱发地面塌陷机制研究

河流冲积平原区是我国城市建设的主要区域,地层以松散冲洪积物为主,该地区地下管网破损带走松散地层极易形成隐蔽性很高的地下空洞,进而诱发地面塌陷,威胁人身财产和基础设施安全。以安庆市长风路地面塌陷为例,建立渗流、应力多场可控的等比实体模型箱,开展城市地面塌陷仿真实验,分析带水管线破损后地层中孔洞发育过程及孔洞周边各个方向应力变化特征,旨在揭示地面塌陷形成机制。结果表明：（1）安庆市长风路地面塌陷从孕育倒塌陷,经历了小孔、竖直孔洞、塌陷坑三种形态,可将地下异常孔洞当作前兆进行预警;（2）河流冲积平原区城市地面塌陷的孕灾环境是地层的高渗透性地层和地下水位,诱发因子是管道的破损,尤其是污水排水管道破损;（3）城市地面塌陷危害大小主要受控于管道及地下水位相对埋深,且可以根据地层性质可对塌陷坑的大小进行计算评估。该成果可为城市地面塌陷风险评价、防治区划等提供理论基础。     

银川城市地下空间开发的地质安全风险分析

城市地下空间受地质环境的影响和制约, 评价地质环境的安全成为地下空间开发的先导问题。结合银川市地下空间资源调查和区划, 选择了地震(活动断裂和场地地震效应)、砂土液化、富水砂卵石层、地基承载力和地表载荷等因素作为评价因子, 在分别确定各要素空间分布的基础上, 进行了单因素的地质风险分析; 采用层次分析和乘积标度相结合的方法, 进行银川市地下空间开发的多因素地质安全风险综合评价。结果表明: 银川市地下空间开发的最主要制约因素是地震和砂土液化; 地质风险的强风险区面积最小, 占总面积的4.10%, 中风险区面积占19.69%, 弱风险区面积最大, 占41.07%, 低风险区占35.13%。这为银川市地下空间开发建设等提供地质参考。     

中国城市地质调查总体构想与关键理论技术

近年来,我国在城市群、大城市和中小城镇等不同层面组织开展了大量的城市地质调查,在城市地质资源、地质环境、发展空间的调查评价,以及地质信息服务城市管理制度建设等方面取得了丰富成果,在调查技术方法、成果产品服务、工作协调机制等方面积累了一些经验,但和新型城镇化的需求相比,还存在着工作理念较落后、地质信息更新慢,成果体系没标准、工作机制不完善等诸多不足。国家新型城镇化发展战略提出了全新的城市发展理念,在优化城市结构布局、拓展城市发展空间、推进绿色城市建设、提高城市安全保障水平等方面,对城市地质调查提出了迫切需求。新时期应该以全新的思路开展城市地质调查,要树立大资源、大环境、大数据理念,服务城市规划、建设、运行、管理等多个层面,开展空间、资源、环境、灾害等多要素综合调查,打造地下三维可视化的城市地质模型(透明城市),完善空天地一体化的地质资源环境监测网络,建立开放共享、动态更新的城市地质信息服务与决策支持系统,构建城市地质调查成果服务产品体系、技术标准体系和保障制度体系。为实现这个目标,需要建立城市资源环境承载能力、城市多圈层交互带、地下空间资源协同规划等理论,开展城市地质探测与监测、国土空间开发地质适宜性评价、地下空间开发利用地质安全评价、三维城市地质建模与公共服务等技术攻关。     

城市地下空间地质安全风险三维评价方法与实践

城市地下空间地质安全风险三维评价是合理进行地下空间立体化开发、降低开发地质风险的重要手段,但目前尚缺乏系统的研究,工作方法体系仍有待深入探讨。本文在前人工作基础上,对城市地下空间地质安全风险的类型、地质诱因与核心评价指标,以及传统二维评价的局限性进行归纳总结,并结合三维地质建模、三维评价指标体系以及三维空间分析等关键三维方法技术,提出了一套较为系统的城市地下空间地质安全风险三维评价技术方法体系。为验证方法的有效性,在南京市江北新区开展了城市地下空间地质安全风险三维评价实例研究,取得了较好的效果。研究显示该方法体系能够显著提升三维尺度下地下空间地质安全风险评价精度和准确性,为立体化地下空间开发提供有力支持。     

西北地区矿山地质灾害的现状及其时空分布特征

西北地区矿产资源丰富,但大部分地区生态环境脆弱。矿业开发引发和加剧的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝等地质灾害,严重威胁着矿山的正常生产和人民的生命财产安全。为了给西北地区矿山地质灾害监测和预警提供基础资料,依据2005年西北5省区矿山地质环境调查与评估的成果资料,系统分析和总结了西北地区矿山的地质灾害现状、危害程度及时空分布特征。结果表明,地面塌陷、地裂缝灾害数量最多、影响面积最大,泥石流灾害造成的人员死亡和经济损失最严重。秦岭山地是金属矿山泥石流灾害的高发区,黄土高原和其他山地则是煤矿山地面塌陷、地裂缝灾害的多发区。20世纪90年代以来,矿山5种地质灾害的数量是以前的8倍,地质灾害数量呈加剧的趋势。矿山地质灾害的监测、防治工作任重而道远。     

特殊地质城市地下空间开发利用面临的问题与挑战

我国地质环境十分复杂,地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象十分发育,是世界上地质灾害最为严重的国家之一,这给我国目前大规模城市地下空间开发利用尤其是城市轨道交通和地下综合管廊的建设带来了前所未有的地质挑战。文中论述了我国城市地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象的分布与发育状况及危害,明确指出了上述特殊地质环境下城市地下空间开发利用中面临的诸如监测缺乏系统性、缺少评价与安全利用理论方法和技术支撑、特殊地质与地下空间相互作用机制不明以及规划缺乏前瞻性等关键问题和挑战,建议尽快开展我国特殊地质城市地下空间开发利用的适宜性评价理论方法、规划设计理论、探测与监测技术方法以及城市地下空间资源评价、安全利用与防治关键技术等方面的研究,为我国地面沉降、地裂缝、活动断裂以及岩溶等特殊地质城市地下空间开发利用与安全运营提供重要科学依据与技术指导。     

北京城建工程基坑和地面塌陷灾害研究

城市人类工程活动等已经成为强大的地质营力,强烈地参与到自然地质作用之中。北京城市建设工程基坑和地面塌陷是城市引发的新的地质灾害,目前尚未进行地质勘查和研究,其危害性也处于未知状态。开展城市地面塌陷灾害勘查和风险评价,是提高城市地质安全保障能力迫在眉睫的城市地质工作之一,也是地质工作服务于城市管理的重要内容,对于北京这样的国家首都城市健康发展具有相当深远的意义。     

临沂市主要地质灾害现状及防治对策

临沂市地质灾害类型主要为岩溶地面塌陷、采空地面塌陷、矿坑突水及地下水污染等。通过对其发育现状及发生原因的调查研究,认为除部分灾害由不利地质条件诱发外,大部分灾害则是人为因素造成的。对此提出了防治对策。     

上海流砂灾害的风险评价和分区研究

本文基于上海市流砂的特征及分布,构建了流砂风险评价指标体系,进行流砂灾害的风险评价、分区及管理区划。首先,根据②3、⑤2和⑦层粉砂性土的空间分布特征进行了危险性分析及分区;其次,基于行政区划、综合考虑社会经济统计类指标完成了易损性分析及分区,在此基础上对上海流砂地质风险做了综合评价和分区;最后,结合上海市十二五规划中关于经济和城市重点项目建设内容,提出了十二五期间流砂地质风险防治管理区划方案。其成果将为上海市地下工程（含基坑工程、地铁隧道、地下商城等）的勘察、设计、施工和运行中可能的流砂灾害的监测、预报及防治等提供指导及地质依据,并为管理部门的监督和管理提供决策参考。     

深圳城市地面塌陷灾害特征及其成因分析

为了查明深圳市地面塌陷成因并提出防治措施,收集整理了深圳市2016-2020年地面塌陷灾害事故数据,通过现场调查、数据统计分析以及GIS空间分析,研究了深圳市地面塌陷灾害的时空分布、灾害危害程度以及塌陷成因等.结果表明:深圳市地面塌陷灾害正处于持续增长阶段,绝大多数属于小规模塌陷,且绝大多数发生在雨季,其中5-8月尤为...     

基于光纤传感的石膏矿地面塌陷监测预警系统

近年来,江苏省邳州市北部石膏矿区发生了20多起采空塌陷灾害。由于传统的采空区地表土体变形监测方法均难以满足采空区地面塌陷监测超前预报的要求,为解决石膏矿区采空塌陷监测预警机制缺乏的问题,邳北石膏矿区开展了基于光纤传感技术的监测预警工作。根据前期调查分析和数值模拟等成果推导石膏矿地面塌陷机理,并采用光纤传感器对采空区上覆...     

浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路

城市地下空间开发是提高城市土地利用率,扩大城市容积率,增强城市综合承载能力,缓解交通拥堵,解决环境污染及洪涝灾害等“城市病”,促进城市可持续发展的重要途径。概述了目前我国城市地下空间开发中存在的问题及危害,分析了城市地下空间开发中涉及地下建筑结构与地质结构系统的关键科学问题：地质结构要素间的多场耦合作用机理不清;地质结构系统动态平衡的动力学机制不明;地质结构与地下建筑结构的互馈机理仍需深入探索;地下建筑结构的灾变机理及其演化的动力学机制不清;地下空间工程的灾害预测与动态调控机制有待深入研究。最后提出了相应的创新思路：研究施工扰动下地质结构的多场耦合作用机制与边际效应以及地质结构与地下建筑结构在多场耦合作用下的互馈机制和综合系统的动力学过程,概化其力学模型;厘清内外动力作用对地下建筑结构的边界效应及材料性能劣化机制,破解复杂地质结构环境下地下建筑结构灾变机理及演化过程,建立地下建筑结构与地质结构综合系统的灾变理论;建立城市地下空间工程灾害超前判识、预警预报与风险控制理论及安全防护理论体系,形成地下空间工程的防灾减灾机制。     

干扰环境下城市地下空间组合探测与全要素数据集

地下空间利用已成为解决城市发展空间问题的主要途径,地下空间精准探测是地下空间资源开发利用的基础,但城市强干扰环境下地下空间探测的原理、方法组合、采集的要素及数据应用等目前尚为难题。本数据集依托中国地质调查局陕西省重要城镇地质灾害风险评估（2013-2016）、关中-天水经济区综合地质调查（2016-2018）、西安多要素城市地质调查（2018-2021）、延安革命老区综合地质调查（2018-2021）4个项目,面向岩土体质量评价和城市地下空间资源评价与开发利用的需要,在常规物探、钻探和实验测试基础上,引入了随钻监测技术,开展了13个参数的测井,形成了地下空间组合探测方法,获取了岩土体质量和城市地下空间评价所需的全要素数据。本数据集分别来自陕西省秦巴山地山阳县城区、关中盆地西安市城区和黄土高原延安市城区,数据包含工程地质钻探、实验测试、多参数测井、随钻监测和地面物探5种数据类型,其中工程地质钻孔144个,实验测试样品672个,物探测井13类参数111个孔,随钻监测36个孔,地面物探4类方法5条剖面,共计968组数据,3 664个文件,格式包含jpg,xls,doc,mpj,dwg。该数据集可用于岩土体质量评价、城市三维地质全要素建模、地下空间资源评价、岩土体质量与物性参数耦合关系研究,以及城市地质科学研究。     

基于三维地质模型的西咸新区地下空间开发 适宜性评价

地下空间开发地质适宜性评价是合理进行地下空间开发、降低开发地质风险的重要手段。传统的评价方法没有考虑地下空间复杂的垂向变化,因而无法满足越来越精确的地下空间规划要求。本文以西咸新区沣东沣西为例,结合该区地质地貌背景、工程地质特征、水文地质条件、不良地质作用以及地下空间开发现状等特点,建立地下空间开发地质适宜性评价因子体系;利用三维精细化剖分的评估单元为载体,综合使用多种三维空间分析方法从多要素地质模型中定量或定性提取各项指标,运用层次分析法模型开展研究区地下空间开发适宜性评价。评价结果表明：研究区60 m以浅地下空间开发利用条件优越,总体适宜开发建设。浅层空间易受文物保护区、地面水体、活动断裂影响,中层空间受城市建成区既有设施及地下构筑物影响较大,深部地下空间主要受断裂影响。该方法能够精细刻画地下空间在垂向上的差异,评估过程与结果能够立体透明化表达,能够定性、定量地为地下空间开发利用提供辅助决策,以达到资源保护优先、协同开发的开发利用格局。     

城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制

基于国内城市隧道施工过程中地面塌陷事故频发的现状,结合地面塌陷事故案例,对城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制技术进行了研究。通过对北京地铁隧道施工诱发的44起安全事故统计发现：地面塌陷事故共16起,占全部事故的36%,所占比例较高;通过对国内城市隧道施工引起的29起地面塌陷事故统计发现：管线渗漏和不良地质体是诱发地面塌陷的主要因素,两者诱发的事故合计比例高达69%,因此也是地面塌陷防控的关键性因素。根据案例统计分析结果,将地面塌陷的形成方式划分为3种类型,分别为：隧道施工直接导致上覆地层失稳破坏形成的地面塌陷,隧道施工导致地层中不良地质体破坏而形成的地面塌陷,以及隧道施工导致管线渗漏水恶化而引发的地面塌陷。采用理论分析和数值模拟揭示了城市隧道施工诱发地面塌陷的灾变机制及其演化规律,在此基础上提出了城市隧道施工过程中地面塌陷的控制技术。     

北京西山地区采空塌陷特征及监测方法探讨

北京地区采空塌陷灾害主要分布于北京西山地区,造成地面的沉降或者陷落,进一步造成地面建筑破坏,公路、铁路、管线等线状工程扭曲损毁,农田、林地损毁,甚至造成人员伤亡。近年来,随着国家和地方政府产业政策的逐步调整,北京市逐步关停了所有小窑及大部分乡镇煤矿,但历史遗留的地下采空仍然威胁着人民群众的生命财产安全,介绍了国内外对采空塌陷灾害进行监测的几种技术方法,尝试探讨了适合于北京市西山地区的采空塌陷监测技术方法,为首都的防灾减灾提供参考。     

基于大数据的城市地质环境智能监管思路与方法

随着城市化进程加速,城市范围迅猛扩大,人口急剧膨胀,高层建筑林立,地下空间开发规模化,面临着水资源贫化、地质环境恶化和地质灾害频发等巨大挑战。为了有效地应对挑战,迫切需要在城市多要素地质环境调查并建立完善的信息系统的基础上,开展面向"智慧城市"的精细、全息三维地质建模,即建立新型的城市"玻璃国土",实现城市地质环境时空透视,然后利用传感器、物联网和云技术,建立城市地质资源、地质环境和地质灾害动态监测数据链,最后基于地质科学大数据的同化、融合和挖掘技术,进行智能预警和管控。     

城区复杂环境岩溶地面塌陷灾害成因与致灾规律研究——以贵港市北环新村岩溶地面塌陷灾害为例

岩溶地面塌陷是岩溶发育地区常见的地质灾害类型。岩溶塌陷对基础设施和人民生命财产安全构成极大威胁。文章以贵港市北环新村岩溶地面塌陷灾害为例,采用地质分析与颗粒流离散元数值模拟相结合的方法,研究岩溶塌陷成因与致灾规律。结果表明:本次塌陷是由多类因素共同导致,主要包括地质环境、地下水位波动与管道渗漏及工程建设活动等;白云岩、灰岩差异性风化所形成的粉砂质土极易诱发土洞与岩溶塌陷灾害;塌陷灾害可分为土洞形成阶段、土洞发展阶段和土洞塌陷阶段,其土洞规模、形状及影响存在显著差别;土洞形成发展过程中,地表沉降量从塌陷中心向四周逐渐减小,存在明显的沉降敏感区,塌坑边缘的竖向临空面存在拉应力作用,极易再次诱发塌陷。研究成果可为岩溶地面塌陷灾害防控与预警提供一定的理论参考。