上海地区地面塌陷风险评价及其隐患防控研究

上海脆弱的地质环境条件下,地下管线的密集分布、地下空间的大规模开发等给城市地质安全带来了严峻的挑战。本文从浅部砂层分布区多发的地面塌陷灾害入手,系统进行了灾害的典型特征和影响要素调查,开展了地面塌陷灾害风险评价和隐患监测预警等防控研究。对涉及的工程地质和水文地质、地下管线和地下空间、气象水文、基础地理信息、人为工程活动和人为抵御风险能力等指标数据,从危险性和易损性两个方面构建风险评价指标体系,以ArcGIS程序为平台,形成上海市地面塌陷灾害风险等级区划。对地面塌陷影响要素如地质条件、地下设施等深入调查,建立基础数据体系和风险区划的完善和细化,在此基础上综合运用探地雷达、三维激光扫描、自动化监测等多种手段,对地下设施、地下空洞、土体位移、地下水位等不同对象的异常进行调查监测,实现地面塌陷灾害有效预警。相关研究成果在服务于城市精细化管理和城市安全运行方面有重要意义,推动了上海地面塌陷灾害防控逐步向整体性、长期性、系统性方向转变。     

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。     

城市深层地下空间地质环境韧性评估模型与应用

【研究目的 】评估城市深层地下空间地质环境韧性有助于提高城市地下空间开发利用的安全性,减少灾害事件造成的经济损失。【研究方法 】本文从城市深层地下空间的灾害事件严重度、地质体脆弱性、抵御力、恢复力和适应力等方面出发,建立了城市深层地下空间地质环境韧性多因素综合评估模型,并结合某城市一起突发事件的相关数据对评估模型进行了应用。【研究结果 】评估模型具有较高操作性和可行性,可在各种复杂地质环境的城市中开展深层地下空间韧性评估工作;所评价灾害事件的严重度为5.601,属严重水平;地质体的暴露性为5.735,灾损敏感性为6.146,脆弱性综合评价结果为35.247,属脆弱地质体;预警能力指数为1.00,防灾能力指数由原来的5.66提高至灾后的7.00,故抵御力综合评价结果由15.38提高至19.02;通过填砂、地下注浆等措施后,恢复力为2.00,且由于地质环境趋于稳定,地质环境适应力综合分析为1.00。【结论 】若受灾害影响,地质环境韧性水平的演化可分为正常、受灾、抵御、恢复、适应和新的正常水平6个阶段,韧性水平曲线呈现出先减小再增大后趋于稳定,且在受灾和抵御的节点处达到最小值。     

桂林岩溶塌陷风险评价

本文从灾害学原理 来研究桂林岩溶区一种特有的自然灾害－地面塌陷，认为塌陷是在多种因素控制下的一种概率事件（具有不确定性）。引入塌陷风险评价的方法，建立塌陷灾害经济评估方案。     

河床透-阻型岩溶塌陷形成机理

岩溶塌陷具有突发性,隐蔽性等特点,往往会造成重大灾害。为了预测岩溶塌陷的模式及可能性,以某地区河床塌陷为研究对象,对区域内河床透-阻型盖层岩溶塌陷的形成机理进行分析;并基于潜蚀—失托-重力致塌理论,建立土洞力学模型,对岩溶水位下降时土洞的抗塌系数进行初步评价;进一步采用FLAC~(3D)数值模拟对计算结果进行验证。研究结果表明该地区河床塌陷为地下水潜蚀作用下形成的土洞塌陷,土洞稳定性与土洞高度、土体物理力学性质、水动力条件变化等因素相关。也表明河床岩溶塌陷往往在附近地下抽排水初期以及土洞形成初期就会发生,一般先于两岸阶地的地面塌陷,可作为大范围岩溶塌陷发生的前兆。     

基于GIS技术的全国地面塌陷灾害危险性评价

本文运用GIS的缓冲区、叠加、空间分析等功能，从地貌类型、碳酸盐岩类型、水文地质条件、人类活动及土地利用因素方面，对以岩溶塌陷和采空塌陷为代表的中国地面塌陷灾害危险性进行评价。其中模型中各影响因素的权重值主要是通过层次分析法来确定；而影响因素中的分类值则是地面塌陷点的分布概率。评估结果表明，地面塌陷极高危险区主要分布在中国的广西、贵州、云南，其次是湖北、湖南、重庆、四川、陕西。     

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。     

郑州市地下空间开发地质环境适宜性变权评价

地下空间开发是解决用地紧缺、地面交通拥堵等问题的有效途径,进行城市地下空间开发适宜性评价则对城市的发展方向具有重要的指导意义。文章针对传统评价方法的不足,引进了"惩恶扬善"的变权思想,建立了基于变权理论的地下空间开发地质环境适宜性评价模型,即敏感因子-综合指数-变权评价模型。以郑州市为研究对象,运用所建模型进行适宜性评价,对比分析常权评价与变权评价的评价结果发现:变权评价模型能有效克服指标内部差异性带来的不良影响,使评价分区更加符合实际情况;且变权评价的评价值离散性更好,有利于进行等级划分。评价结果表明:郑州市地下空间开发利用适宜区与较适宜区占总面积的42.42%,具有较好的开发前景。     

唐山市岩溶地面塌陷稳定性评价的Logistic回归模型

针对覆盖型岩溶发育区地面稳定性评价问题,提出一种新的岩溶地面塌陷稳定性评价方法。依据唐山市岩溶勘察与地灾评估资料,以岩溶发育区地面稳定情况为因变量,选取5个主要影响因素作为自变量,建立了岩溶地面塌陷稳定性评价的二分类Logistic回归模型。模型拟合优度、预测能力和模型稳定性检验表明,该模型预测能力强,预测结果与实际情况吻合度良好。所建模型能对定性因素进行定量分析,易于获取评价因子,可简便地、快捷地对与唐山岩溶发育区相似区域的岩溶地面塌陷稳定性给出评价,值得推广和应用。     

城市地下空间全寿命风险分析与防控体系构建

城市地下空间开发利用过程中安全事故频发,危害极大,为了有效减少事故的发生并降低损失,对其全寿命周期中的规划选址、水文地质勘察、工程设计、建设施工、运营维护等各个重要环节进行主要风险因素辨识及相应事故分析,指出各因素之间存在的相互影响关系。建立了安全评价指标体系,提出多因素、多方法的综合风险评价方法,并通过具体实例进行可行性验证。在此基础上针对城市地下空间的开发利用,构建 “全周期、全体系、全系统”的风险防控技术和管理体系,为保障城市地下空间项目的顺利实施提供科学合理的思路和方法。     

基于权重反分析的岩溶地面塌陷危险性评价方法研究

为能快速、准确地对覆盖型岩溶发育区进行地面塌陷危险性评价,提出了基于权重反分析的岩溶地面塌陷危险性评价方法。该方法在确定岩溶地面塌陷主要影响因素的基础上,收集整理了唐山地区100个典型工程实例,进而采用权重反分析方法,求得了岩溶地面塌陷各主要影响因素的权重,并建立了岩溶地面塌陷危险性综合评价的评分表。权重反分析结果表明,选取的5个主要因素的权重分别为：岩溶发育程度0.338、第四系底部隔水层隔水能力0.255、覆盖层厚度0.186、基岩水水位埋深0.174、距断裂距离0.047,采用新建立的评分表对100个工程实例的评价结果显示,其评价的正确率达到99%,证明该表具有良好的可行性与有效性。此外,该评分表具有评价因子易于获取、评价过程简单易懂等特点,可准确、快捷地对与唐山岩溶发育区相似区域的岩溶地面塌陷危险性给出评价,因而值得推广和应用。     

浅埋隧道塌方地质灾害成因及风险控制

塌方是浅埋隧道施工过程中的主要地质灾害之一,利用风险动态评估模型及风险规避方法进行实时控制是确保隧道施工安全的有效途径。首先,采用洞内外相结合的地质调查方法,分析隧址区地质特征及塌方灾害风险诱因,并建立浅埋隧道塌方风险模糊层次评价模型,进行基于孕险环境的静态风险评估;其次,根据隧道施工过程中揭露的动态信息,对孕险环境进行动态修正,并汲取大气降水、开挖支护措施及监控量测等施工信息,进行隧道施工过程中的动态风险评估;最后,基于动态评估结果提出了风险规避方法,通过对施工方案的审核和优化,达到逐渐降低隧道施工风险、规避地质灾害的目的。该方法成功应用于宜巴高速公路段家屋隧道施工过程中,有效地规避了塌方地质灾害的发生,可为同类工程所借鉴。     

广州市白云区岩溶塌陷风险初探

识别出广州白云区岩溶塌陷风险因素,构建岩溶塌陷层次递阶结构模型,运用层次分析法的相关原理计算出基本风险因素对岩溶塌陷风险事件的影响权重。定义极易塌陷区Ⅰ、易塌陷区Ⅱ、次易塌陷区Ⅲ、不易塌陷区Ⅳ和稳定区Ⅴ共5个岩溶塌陷等级分区,建立各基本风险因素5个等级与岩溶塌陷等级分区的对应关系。为实现岩溶塌陷风险的定量评价,定义单因素致塌概率pi,引入伯努利试验建立岩溶塌陷概率计算模型,选取覆盖层厚度、岩溶发育程度、地下水位埋深、基岩岩性、覆盖层结构与底板岩性、地下水开采强度、地下活动强度和地表施工加载与振动等8个基本风险因素参与评价单元塌陷概率计算,并据此确定岩溶塌陷风险等级狭义标准,为区域岩溶塌陷等级分区的划分提供参考依据。岩溶塌陷风险等级分区表明：极易塌陷区集中在分析区内的江村、古楼岗、泉溪、西湖、社岗一带;易塌陷区和次易塌陷区主要分布在江高镇和原石井镇等地带。风险等级分区与白云区已有岩溶塌陷历史统计资料及塌陷危害程度评价结果较为吻合,从而验证了评价方法的有效性。     

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。     

基于T-S模糊神经网络的采空塌陷危险性判别

采空区地面塌陷的危险性判别受地质因素、采矿因素等多重因素的影响,各因素往往影响程度不同且部分因素之间又相互联系。为了能够较准确地对采空塌陷危险性进行评估,引入了T-S模糊神经网络模型。以北京西山地区采空塌陷为例,根据塌陷特点,分别选取了地质构造复杂程度、覆盖层类型、第四系覆盖层厚度、覆岩强度、煤层倾角、采深采厚比、采空区埋深、采空区空间叠置层数8项影响因素作为评价指标,并建立了分级标准。将单因素评价指标均匀线性插值作为训练样本,建立了T-S模糊神经网络判别模型。利用训练好的神经网络模型对选取的8处采空区进行评估,结果分别为:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅱ,结果与实际情况吻合。研究表明,利用T-S模糊神经网络研究采空塌陷危险性是可行的。     

基于震害统计的城市地下空间地震安全性评价

建筑物的地震安全性是城市规划和建设过程首先要回答的问题。我国城市地震安全性评价的方法理论多针对地上建筑物,而对地下空间的地震安全性研究较为薄弱,严重滞后于城市发展对地下空间的需求。活断层是诱发地震、导致建筑物破坏的的直接因素。考虑到空间关系上,地下空间与断层之间的交互关系为相交或相离。因此,本文将地下空间分为两类:与断层相交的地下空间称为跨断层地下空间,远离断层的地下空间称为远离断层地下空间。本文尝试将断裂带同震地表破裂、地震峰值加速度、地震烈度等地表地震安全性评价考量的要素与地下空间埋藏深度建立联系,并在此基础上总结基于震害统计的地下空间地震安全性评价方法。最后,本文选取地下空间利用需求较高的深圳和北京地区为实例进行介绍。     

城市地下混凝土结构耐久性评估方法及工程应用分析

及时开展城市地下混凝土结构耐久性评估是确保长期稳定和安全、降低维修成本和践行绿色建筑理念的重要环节。按照技术合理、经济可行、现场容易操作的工作原则,提出一种简化的城市地下混凝土结构耐久性评估方法,包括评估程序、耐久性等级划分、耐久性调查和典型环境耐久性评估。该方法能够快速评估城市地下混凝土结构耐久性,并划分耐久性等级,为城市地下混凝土结构维修和养护提供参考。耐久性评估简化方法案例应用分析表明,该方法得到的结果与工程实际相符,具有良好的可操作性,评价结论容易得到,预测计算结果可有效指导城市地下结构维护。     

厚黄土与煤炭采空区地质灾害易发性评价

陕西铜川市为厚黄土分布区,黄土被沟谷切割形成破碎残塬与沟壑,黄土滑坡与崩塌地质灾害极其发育;同时地处渭北煤田带,煤矿采空形成了大量地面开裂与塌陷地质灾害。二者的共同作用加剧了城市地质灾害的发生。通过铜川市幅1∶5万环境地质调查,基于信息量模型建立了影响厚黄土与煤炭采空分布区黄土滑坡、崩塌及采空区变形的评价指标体系。将复杂地区的地质灾害易发性评价指标总体分为地面指标、地下指标和环境因素指标,指标权重分别取0.3、0.3、0.4,经过GIS分析计算,尝试解决了地质灾害易发性评价中致灾因素复杂和不相容的问题。认为在厚黄土煤炭采空区,由于湿陷性黄土的存在,地表变形对开采深厚比参数指标敏感,规范变形特征取值明显偏小      

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。