高速铁路沉降评估中工程沉降和区域沉降的可区分性研究

某高速铁路北京至济南段地处华北平原,沿线经过的大部分地区都存在着不同程度的地面沉降。对穿越不同地面沉降速率区段的高速铁路工程,沉降观测得到的桥墩沉降量是工程沉降与区域沉降的综合体现。由于地面沉降速率在空间上是不均匀的,本文对区分工程沉降和区域沉降进行了研究,并提出了对沉降观测的改进措施。     

城市地面沉降监控统计模型研究

城市地面沉降监测是保护人民生命财产、减少经济损失的重要手段。详细阐述地下水位变化、孔隙水压力变化和地面荷载变化对地面沉降的影响,分析这些因素的影响机理;应用回归分析原理,建立城市地面沉降监测统计模型,并结合实测数据,分析验证该模型的精度。     

综合莫兰指数和交叉小波的不均匀沉降量化分析

由于针对地面沉降不均匀态势的量化分析较少,采用永久散射体干涉测量(persistent scatterer inteferomotry,PSI)方法获取北京平原地面沉降信息。根据浅地表空间利用差异在沉降漏斗区选取5个典型区,基于空间自相关分析和小波分析方法,量化了各区地面沉降空间和时序不均匀程度。并研究了浅地表空间利用差异和地下水位变化对空间和时序不均匀沉降的影响。研究发现:①5个区域每年累计沉降量和时序沉降量的莫兰指数大小关系相同,均为I_5 I_3 I_1 I_2 I_4,结合浅地表空间利用情况,区域3和4不均匀沉降的影响因素较复杂,区域1,2和5沉降空间不均匀程度与空间利用复杂程度呈正相关;②各区地下水流场变化的波动大小和持续时间长短直接影响区域时序沉降不均匀程度。     

利用InSAR与地质数据综合分析南京河西地面沉降的演化特征和成因

河西地区是南京市重点发展区域,近年来遭受了严重的沉降地质灾害。为保证该区域可持续发展,利用永久散射体雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar,PS-InSAR)技术监测南京河西不均匀地面沉降,并对成因进行分析。首先,根据ALOS PALSAR和COSMO-SkyMed影像,采用PS-InSAR技术获取河西2007—2016年地面沉降信息,结果与同期水准数据一致,均方根误差(root mean square error, RMSE)不超过2.6 mm/a。其次,结合地质条件、分层沉降和地下水位资料对沉降成因进行分析,结果表明浅部地层的固结压缩是导致河西地区大面积不均匀沉降的主因。在此基础上,利用熵值法综合评估不均匀地面沉降对地铁结构健康的影响,结果表明,当主要沉降土层位于隧道下方时,地面沉降可能对地铁结构稳定性产生影响。     

利用水准数据的天津市地面沉降时空特征分析

地面不均匀沉降可能对城市的发展与人民的安全造成危害，天津市的地面沉降情况尤为严重。针对该问题，本文收集天津市2005—2012年、2016—2017年水准观测数据，以固定水准点位的沉降量、沉降速率、沉降加速率为状态向量，构建卡尔曼滤波模型，对天津市历年的水准观测数据进行滤波；根据滤波后的结果，本文利用多项式加权内插的方法，以距离、沉降速率、沉降加速率信息确定权值大小，对地面沉降情况进行内插；并以中误差作为精度评定参数，比较多种内插方法的精度。通过对内插结果的试验分析发现，2005—2017年天津市地面累计平均沉降量为394.477 5 mm，最大沉降量为1 143.5 mm；主要沉降区域为北辰、大港、塘沽等地区，且随着时间的增长，这些区域呈现漏斗式下沉。试验证明本文结合卡尔曼滤波与多项式加权内插的方式能够较好地反映地面沉降的时空特征分布情况并对未来一段时间的沉降情况进行预测，对天津市的城市发展及建设有一定的参考意义。     

连云港地面沉降监测与驱动因素协同分析

针对江苏连云港地区在多因素共同作用下形成的复杂地面沉降问题，该文提出一套以合成孔径雷达干涉(InSAR)为主、有机结合地面常规测量、地下水位及分层位移监测的“星—地—内”立体综合观测与驱动因素协同分析框架，并成功应用于获取研究区2012—2020年的地面沉降时空变化特征。结果表明，研究区沉降受不良地质条件、独特沉积特征及人为活动共同作用，监测时段内最大累计沉降量达到571 mm;综合时空变化特征来看，连云区沉降主要由软土固结和工程建设活动引起，呈持续发育状态；灌南和灌云区沉降由地下水开采引起，但不同阶段采水层位和需求存在明显差异：2012—2016年以开采深层地下水满足工业和生活需求为主；2017—2020年则以水产养殖过程中的浅层地下水开采为主。     

基于GNSS的北京市地面沉降监测研究

利用GNSS技术可以得到大地高,要想得到正常高必须精确已知高程异常.对于垂直变形监测,人们关心的是高程变化量而非高程本身.本文对利用GNSS大地高的变化量取代水准高的变化量的可行性,基准点选取及精度分析,参考框架的建立,大气改正模型的确定等内容进行分析研究.并通过2012年和2015年两期北京市实测GNSS观测数据得到的沉降量与精密水准结果比较分析,验证了GNSS监测地面沉降方案的可行性.     

基于D-InSAR的大屯地区沉降监测研究

本文筒要了介绍合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术的基本原理,并以大屯地区失水沉降为例,对其雷达影像数据进行二轨差分干涉处理,获得地面沉降情况,并由地面检核点验证其结果是可靠的;最后,结合地面抽水情况,分析了沉降与抽水量、地下水位之间的关系:地表下沉的速度与抽水量成正比,与地下水位的升幅成反比.     

地面沉降时空形变场的构建方法研究

由于离散分布的精密水准测量数据只能对点状沉降信息进行监测分析,描述特定时间点的静态空间趋势,无法表达区域性地面沉降整体时空变化.该文提出一种地面沉降时空形变场的构建方法,在多项式拟合法构建形变场的基础上考虑时间项,通过探索地面沉降量与坐标、时间的关系,对区域地面形变的整体效果进行拟合,构建地面沉降时空形变场.该方法顾及...     

L ogistic 模型在地面沉降预测中的应用

随着城市大规模工程建设的开展,由此引发的地面沉降对区域生态环境、基础设施的影响不容忽视,地面沉降预测与控制是亟待深入研究的重要课题。研究表明,地面沉降基本经历发生、发展、成熟,最后到达一定极限沉降量的过程,这与Logistic模型反映事物的发展规律非常接近。文中建立地面沉降量Logistic预测模型,以某地区地面沉降实测数据为例进行定量模拟预测,结果表明,Logistic预测模型能很好的拟合沉降量—时间关系曲线,而且能够对地面沉降进行较为准确的预测。     

基于“三下”采煤技术应用下的地表下沉机理分析

主要研究“三下”采煤造成的地表变化，进而分析该矿区周边的下沉机理。主要对地表沿工作面开采方向和垂直工作面方向，布设5条观测线，利用天宝的电子水准仪获取外业观测数据，采用沉降观测分析软件和SPSS数据分析软件，分析出变化的曲线，及时对开采的情况进行分析。及时采用“三下”采煤工作面的数据，为开采沉陷、塌陷土地赔偿及综合利用等方面获得了理论科学依据。     

不同手段和尺度下地面沉降时空变化特征分析——以深圳大空港区为例

本文利用不同手段和不同尺度的地面监测方法,分析城市填海区地面沉降的时空变化特征。通过深圳市大空港区的地面沉降监测工程实例分析,结合精密水准测量和遥感监测手段,实现了不同尺度地面沉降监测,获取该区域地面沉降时空变化特征。研究结果表明,精密水准测量方法与遥感监测方法均发现了会展中心周围道路产生的沉降,具有相同的变化特征。精密水准监测方法能较精确地获取局部地面沉降量,在石围路的建筑基坑周边产生最大为-303.6mm的地面沉降。结合不同手段和不同尺度的监测方法,可以较全面获取监测对象的形变特征。     

时序InSAR监测京雄城际铁路河北段地面沉降

本文以京雄城际铁路河北段固安站至雄安站沿线作为研究区,利用2018—2020年共34景Sentinel-1B影像,基于小基线集雷达干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取京雄城际铁路河北段沿线的地面沉降时空分布信息,结合空间自相关分析方法,揭示研究区地面沉降的空间分布格局,并对沉降原因进行初步分析。研究结果表明,京雄城际铁路河北段沿线地面沉降发展由北向南存在一定的差异。北部年均沉降速率小于10 mm/a,南部沉降较为严重,最大年均沉降速率达-105.6 mm/a,且沿线西部年均沉降速率高于东部区域。通过分析影响因素得知,地面沉降量与地下水埋深值存在相关性,地下水埋深高的地区地面沉降量较高。同时结合研究区土地利用变化结果发现,城市化建设所产生的静载荷对京雄城际铁路沿线的地面沉降产生一定的影响。     

上海川沙A-1大面积真空预压沉降监测

上海地区进行大面积地基处理采用真空预压的方法尚属首次,本工程地基处理面积达70万平米,真空预压地基处理监测的主要指标为地表沉降、分层沉降以及孔隙水压力。选择合理的监测方法、布控合理的基准网尤为关键。地基处理过程中数据的变化趋势及与设计值的符合程度对其他类似项目是个很好的借鉴。     

Change in regional land subsidence in Beijing after south-to-north water diversion project observed using satellite radar interferometry

ABSTRACT

Over-exploitation of groundwater has caused severe land subsidence in Beijing during the past two decades. Since the middle route of South-to-North Water Diversion Project (SNWDP), the biggest water diversion project in China, started to deliver water to Beijing in December 2014, the groundwater shortage has been greatly alleviated. This study aims to analyze the impact of SNWDP on the spatiotemporal evolution of land subsidence in Beijing. Change in surface displacement in Beijing after SNWDP was retrieved and the spatiotemporal patterns of the change were analyzed based on long time-series Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) (2004–2010), Radarsat-2 (2011–2014), and Sentinel-1 (2015–2017) satellite datasets using Permanent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar (PS-InSAR) techniques. Land subsidence unevenness index (LSUI) was proposed to represent the spatial unevenness of surface displacement. PS-Time approach was then adapted to examine the time series evolution of LSUI. The results showed that the InSAR measurements agree well with leveling measurements with R² over 0.96. Although the maximum annual displacement rate reached ?159.7 mm/year by 2017, over 57% of the area within 25 mm/year contour line showed decreasing or unchanged displacement rate after the south-north water delivered to Beijing. The settlement rate in Chaoyang-Dongbalizhuang (CD) subsidence center has decreased for 26 mm/year from 2011–2014 to 2015–2017. Only around 15% of the area experienced continued accelerating settlement rate through the three time periods, which was mainly located in the area with the compressible layer thickness over 190 m, while the magnitude of velocity increment considerably decreased after SNWDP. Land subsidence unevenness, represented by LSUI, developed more slowly after SNWDP than that during 2011–2014. However, LSUI at the edge of settlement funnel has kept developing and reached 1.7‰ in 2017. Decreasing groundwater level decline after SNWDP and the positive relationship (R² > 0.74) between land subsidence and groundwater level clearly showed impacts of SNWDP on the alleviating land subsidence. Other reasons include geological background, increasing precipitation, and strict water management policies implemented during these years.     

利用GRACE数据进行京津冀地区地面沉降与地下水耦合分析

地下水的过量开采已导致京津冀地区出现严重的地面沉降,为了分析地下水与地面沉降之间的耦合关系,首先利用GRACE-FO数据与GLDAS数据反演出京津冀地区2016—2019年地下水变化时序;然后利用MCTSB-InSAR技术反演出该地区同时段的沉降变化时序。通过试验分别获取地下水与地面沉降的差分变化序列和变化趋势线,并引入非弹性存储系数分析地下水对地面沉降影响力的变化规律。结果表明:①当地下水迅速升高或降低时,地面沉降速率减小或增大;当地下水持续升高时,地面沉降接近停止。②沉降越严重的区域,地下水与地面沉降变化趋势的相关性越强。③由地下水变化引起沉降的能力,随沉降等级升高而变大,且该能力在不同沉降等级中随时间变化的趋势也不同。     

沿海县市级地面沉降信息管理系统的研究

杭嘉湖地区沿海县市积累了大量丰富的地面沉降观测数据，开发并建立一套地面沉降信息管理系统，有效地管理这些数据，并进一步总结沿海县市的地面沉降变化规律，分析地面沉降机理，对防震减灾、城市规划建设等都具有十分重要的意义。本文首先对系统需求进行了分析，并对系统框架、关键技术进行了研究，在此基础上开发出一套地面沉降信息管理系统，并在杭嘉湖地区多个城市得到了应用和推广。