上海现阶段主要沉降层及其变形特征分析

以上海地质条件为基础，根据最近十几年分层标和含水层水位观测资料分析了上海地面沉降的主要沉降层，分析结果表明目前上海的主要沉降层是第五砂层。从第五砂层水位与时间的关系、变形与时间的关系和水位与变形的关系出发，结合室内实验的结果，指出第五砂层的变形特征是地下水位在一定范围内反复上升-下降时，变形以弹性为主、一般情况下则以塑性变形为主、应力应变关系为非线性以及存在蠕变变形。在建立地面沉降模型时必须考虑含水砂层的这些变形特点。     

上海市地下水位大幅抬升条件下土层变形特征分析

过去对地下水位持续下降条件的地面沉降研究较多,但对水位大幅持续抬升过程中的地面沉降研究较少。本文根据 上海大量地面沉降、水位观测和钻孔资料,系统分析上海市90年代末以来地下水位大幅抬升条件下各土层的变形特征。自 1998年以来,上海市通过大幅压缩开采量、回灌地下水等措施使第二、三、四和五承压含水层水位分别平均抬升2.1 m, 3.6 m, 12.4 m, 12.7 m。水位的抬升使上海市地面沉降平均速率由1998年的12.2 mm/a减小到2011年的1.83 mm/a,减少85%。 通过对27组分层标数据分析发现：现阶段主要压缩层位在第一、二软土层,年沉降速率为2~4 mm/a;而第二含水层以下土 层已经有少量回弹。在水位持续大幅抬升过程中,本文总结了两种变形特征：1） 变形和水位变化基本同步,残余变形量非 常小,变形可概化为线弹性变形,这种变形主要发生在第一、二、三和五承压含水层、第五和六弱透水层;2） 压缩速率逐 渐减小,无明显持续回弹趋势,有较大残余压缩量且存在变形滞后现象,变形可概化为弹塑性变形,这种变形主要发生在 地第二、三和四弱透水层。第四承压含水层变形较复杂,两种变形特征都有。其中较大残余变形量主要由塑性贮水率比弹 性贮水率大2个数量级引起;变形滞后主要由弱透水层中超孔隙水压力消散较慢引起。本文研究成果对于掌握水位抬升过 程中土层变形方式、发生发展机理、预测未来地面沉降及地下水科学管理和资源评价具有重要意义。     

台湾浊水溪冲积扇地下水位变化及地面沉降对高铁之影响

浊水溪冲积扇是台湾水资源最为丰富但也是地面沉降最严重地区。近年来该区域的地面沉降因有可能威胁高铁行车安全而备受关注。本文整合历年累积的地下水位及地面沉降等相关监测数据,验证了地下水位变化与含水层补给之机制,探讨了地下水周期性波降条件下土层压缩特性以及高铁路堤与桩基础工程结构的沉降行为。认为对于设置桩基础的线型高架结构而言,区域性地下水位波降不致增加桥墩间的差异沉降,但桩基础若承受邻近局部的额外载重,则可能伴随地下水位波降产生持续性的差异沉降,其长期效应将对线型交通结构物的平整度及安全性造成负面影响。     

华北平原典型地段地面沉降演化特征与机理研究

华北平原是世界上最大的地下水系统之一,地面沉降问题突出。由于沉积环境变化多样、地质条件差异性显著和人类开采活动强烈,使得该地区地面沉降成因机理复杂。本文采用卫星对地观测技术与传统手段相结合,监测地面沉降灾变过程,分析华北平原地面沉降发展历史和现状。结合应力-应变图解法及土工实验研究地面沉降差异性特征及滞后变形成因机理。取得了以下关键认识:(1)华北平原地面沉降空间分布差异性明显,沉降主要分布在平原区第四纪沉积凹陷,呈现东西分带、南北分段特点。地面沉降空间发展部分受到北东向和北西向构造控制。在沧县隆起区,地面沉降也比较发育,主要原因是沧县隆起在第四纪时期构造运动相对不活跃,沉积了较厚的第四系;存在与构造走向一致的3期古河道,该地区赋存丰富的地下水资源并被大量开采。(2)地面沉降发生发展与地下水开采历史密切相关,沉降主要压缩贡献层随地下水开采层位变化而变化。北京平原100 m以深地层对地面沉降贡献呈增加趋势。天津平原目前地面沉降的主要贡献层来自300 m以下地层。(3)气候干旱导致地下水补给量减少,同时增加了地下水的开采,因而是引起地面沉降的重要间接驱动因素。高层建筑荷载、基坑降排水、地热开采对地面沉降的影响应引起足够重视。(4)地面沉降具有很强的滞后性,最大滞后时间可达25年。除了渗透固结成因以外,土体蠕变是另外一个重要原因。更新世地层在不同荷载下,蠕变特征明显。沧县隆起晚更新世地层次固结可达到总变形28.3%。(5)土的物理性质、地下水位变化模式对土层变形特征具有重要影响。不同埋深地层在地下水位变化条件下的变形特征存在较大的差异(弹性、黏弹性、黏弹塑性)。浅部含水组呈现以弹性为主的变形特征。     

江苏常州地区地面沉降变形特征与生命过程研究

系统分析了江苏常州地区近40年的地面沉降分层标沉降与水位监测数据,掌握了地下水禁采前后的土体变形特征。1983-2005年地面沉降主要层位为第二承压隔水顶板（累计压缩327.74 mm,占比58.3%）与第二承压含水砂层（累计压缩68.34 mm,占比12.2%）;1995-2001年第二承压含水砂层与隔水顶板压缩速率呈逐年减小,表明在该水位埋深状态下（70～80 m）含水砂层固结接近完成,隔水顶板也由主固结阶段进入次固结阶段;2005年地下水全面禁采完成后,地下水位持续回升,含水砂层与隔水层均出现回弹,表现为弹性形变,其中第二承压隔水顶板是主要回弹贡献层,2006-2020年累计回弹44.82 mm（占比53.5%）。从生命周期的角度将常州地区地面沉降生命过程划分了五个阶段,识别出三个临界水位,其对地面沉降防治与地下水科学利用具有重要意义。     

北京平原区现阶段主要沉降层位与土层变形特征

超量开采地下水引发的地面沉降已成为北京平原区最主要的地质灾害之一.精准识别现阶段地面沉降主要贡献层位,查明不同水位变化模式下土层变形特征,对实现地面沉降精准防控,建立合适的地下水-地面沉降模型具有重要意义.本文根据北京市7个地面沉降监测站内分层标和水位近十几年观测资料,对不同深度土层沉降变化特征和主要沉降层位进行了精准...     

南水北调背景下北京地面沉降发展变化特征

南水进京后北京平原区地下水开采格局发生变化,使地下水位动态和地面沉降发育特征发生相应的改变。本文总结了北京平原区地面沉降发展历史特征的同时,分析了南水进京后主要沉降区、沉降中心和地下水漏斗的发展变化特征,在此基础上研究了天竺、八仙庄、平各庄和张家湾监测站不同压缩层组地下水位上升的过程中地面沉降响应特征。结果表明：北京平原区地面沉降范围已由南北部2个大区逐步收缩成多个独立沉降区,中心沉降速率呈线性下降趋势发展;地下水降落漏斗由扩张转变为收缩与地面沉降减缓范围分布高度吻合,地下水水位回升是抑制沉降速率快速发展的有效因素;地下水位回升的过程中不同层位土体形变特征表现出较大差异,第一压缩层组表现出由塑性形变转变为弹性形变特征,第二、三压缩层组表现出塑性变形包含蠕变变形特征和弹塑性变形特征。     

广州金沙洲岩溶区地下水位变化与地面塌陷及地面沉降关系探讨

金沙洲可溶性灰岩分布面积广,岩溶洞隙发育,洞隙及地下水的连通性强,上覆第四系松散土体中软土广泛分布,客观存在岩溶地面塌陷及地面沉降的地质环境条件。2007年4月起,受某高铁隧道施工抽排地下水的影响,金沙洲地下水出现异常波动,引发了地面塌陷及地面沉降。文章根据监测数据,经对比分析结果表明,区内岩溶地面塌陷及地面沉降受控于地下水位的变化,地下水位波动至基岩面附近时,是地面塌陷较活跃的时期,地面沉降与地下水位变化呈正向相关。文章进一步对地面沉降与地下水位变化关系的机理进行了探讨,认为目前地下水位尚未恢复正常的区域仍存在地面塌陷及地面沉降的隐患。     

北京地面沉降区土体变形特征

因过量开采地下水而引发的地面沉降问题已成为北京平原区最主要的地质灾害。北京地面沉降监测网络从2002年开始建设,到2008年底已经基本覆盖整个平原区。本文基于地面沉降分层标和地下水位监测资料,从土体变形与水位随时间的变化、土体变形和水位的关系出发,分析了不同岩性、不同深度土体在不同的水位变化模式下的压缩变形特征,最终将土体在水位变化下的变形特征概括为5类。结果表明:现阶段北京地面沉降区浅部土体压缩减缓,中深部土体和深部土体多以较快的速度持续压缩。砂层以弹性变形为主;不同埋深的粘性土体存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形,具有显著的粘弹塑性。     

沈阳降雪含水比变化特征及其大气影响因子

降雪含水比是新增积雪深度与融化后等量液体深度的比值, 是冬季雪深预报中的一个重要参数, 一般使用经验值10进行积雪深度换算. 利用1981-2012年沈阳站降水量、积雪深度、气温和风速等观测资料及1999-2012年NCEP再分析资料(1°×1°), 分析了沈阳站32 a降雪含水比的变化特征和大气影响因子. 结果表明: 沈阳站降雪含水比的平均值为11.4, 主要集中在6~12区间变化, 小于4和大于20的极值发生概率相对较低, 极值都出现在12月份, 11月和3月均值接近10, 而其他月份在12左右. 小雪的降雪含水比均值最大为13.3, 其它为10点多. 500 hPa上温度和550 hPa上的风速是沈阳站降水含水比的高空大气影响因子.     

上海市承压含水层系统应力-应变特征及地面沉降防治对策

1990年以来，上海市地下水开采与人工回灌格局发生了较大的变化。承压含水层地下水位变化与压缩变形均表现为新的特点与发展趋势。通过对上海中心城区含水层系统的应力一应变特点分析，总结了承压含水层随地下水位下降所表现出的弹性一弹塑性一塑性变形的演化规律。上海中心城区第Ⅱ、Ⅲ承压含水层总体上处于地下水开采与人工回灌的平衡状态，表现为弹性变形；而第Ⅳ、Ⅴ承压含水层由于地下水位目前已严重低于其“临界水位”，表现为持续压缩的塑性变形。目前，第Ⅳ承压含水层对中心城区地面沉降贡献率已达到了49．3％，西部华漕地区第Ⅴ承压含水层变形的贡献率为46．7％。针对各承压含水层不同的变形特点，提出了地下水资源管理与地面沉降防治对策。     

基于地下水渗流方程的三维地面沉降模型

针对地下水抽取引起的大面积地面沉降的问题,提出了一种计算方法。该方法基于饱和与不饱和岩土介质中地下水渗流理论,计算出三维状态下的大面积地面沉降。提出的方法被结合到地下水渗流的三维有限元法分析中,计算时考虑了地层的可压缩性,并被用来分析软土的固结,将该法与太沙基理论及固结试验的结果进行比较,结果表明其误差小于2 %。该法还被用来分析单井抽取承压地下水引起的周围地基的沉降及承压水层由于挡水板的阻断作用而引起的下游侧的地基的沉降。     

太原市地层空间异质性对地面沉降分布的影响

对比1956～2000年太原市地下水位与地面沉降资料发现,该区地面沉降漏斗与地下水位降落漏斗的空间分布基本相近,但不完全吻合,局部地区存在偏移。通过对黏性土层累计厚度分布、黏性土层与粗颗粒土层的组合特征、不同分区各深度处土的力学特征值与上述偏移的对比分析,认为太原市地层的空间异质性对地面沉降分布有如下影响：（1）与地下水位降落漏斗相比,地面沉降漏斗偏向于黏性土层较厚的一侧;（2）地层组合（黏性土的夹层数、单层厚度等）对地面沉降的空间分布影响较大,沉降多发生在黏性土夹层多、单层厚度较小的地区;（3）土的力学性质的差异是影响沉降分布的重要因素。     

哈尔滨市地面沉降预测分析

针对哈尔滨市区地面沉降特点,根据地面沉降痕迹调查,利用岩土工程勘察规范中的“分层总和”法,分别对两个漏斗中心重型机器厂和菅草岭的沉降量进行计算。结果表明,不同的释水厚度、不同的表层黏性土厚度所产生的地面沉降量亦有所不同。到2000年哈尔滨市区两漏斗中心沉降量分别达15.38cm和6.69cm。     

基坑抽水引起周围地面沉降机理及防治措施

抽水引起周围地面沉降和构筑物地基沉降已成为工程建设中的一个环境灾害问题。根据抽水引起周围地面沉降的机理分析,提出了由抽水引起地下水水头压力变化、含水层颗粒迁移、含水层压缩和水体的膨胀的更具普遍意义的地下水运动方程,该方程可以简化成Biot和Helm的地下水运动方程。在此基础上,通过实例分析和方案对比,提出了抽水引起周围地面沉降的防治措施,并分析了各种措施的适用范围及优缺点。     

基于分层监测的北京天竺地面沉降、地下水位与孔隙水压力变化规律

为揭示天竺地面沉降监测站102 m以浅地层分层沉降规律,对天竺分层监测数据进行了分析。研究发现：①地面沉降主要发生在粘性土层,地面沉降发育情况与粘性土含量成正比,粘性土层在有效应力持续增大的作用下被压缩。②季节性变化特征方面,在一个水文年内,地面沉降所表现出的季节性形变特征与地下水位动态变化趋势有较高的相关性,丰水期地面沉降速率减缓,枯水期地面沉降速率明显增大。③不同深度土层变形量及其在总沉降量中比重构成的变化与相应的含水层水位变化幅度密切相关,现阶段北京地面沉降区浅部土体压缩减缓,中深部土体多以较快的速度持续压缩。不同埋深的粘性土体存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形,具有显著的粘弹塑性; 天竺站浅部水流从第Ⅰ粉土层向第Ⅰ中砂层越流,中部水流从第Ⅱ细砂层向第Ⅱ粘土层越流,深部水流从第Ⅲ粉质粘性土层向第Ⅱ细砂层越流。     

上海地面沉降研究的过去、现在与未来

地面沉降是我国东部沿海平原地区城市化进程中,资源与环境如何由对立走向统一的焦点之一.上海地面沉降具有一定的代表性,经几代地质工作者的努力,在地面沉降监测、研究与防治方面取得了一定的经验与成绩.本文初步总结了上海地面沉降研究与防治工作的现状与存在的问题,并分析了我们在新世纪所面临的机遇和挑战.     

地面沉降对高速铁路的影响分析

北京平原区快速发展的地面沉降对高速铁路的发展构成了威胁,地面沉降与过量开采地下水造成的水位下降关系密切,为此有针对性地开展基于高速铁路的地下水动态与地面沉降相关关系研究对于高铁安全运行意义重大,特别是对于制定高铁沿线地下水开采方案、地面沉降减缓措施和工程措施至关重要。基于其对高速铁路的影响模式,本文将地面沉降分为区域沉降和局部沉降两种类型。针对区域沉降,利用Logistic方程,使用天竺、望京及王四营分层地面沉降和地下水位数据,构建了不同层位地下水水位变化与地面沉降之间的相关关系模型,通过ABAQUS计算局部地区,对于6m高路堤和15m CFG桩处理深度的地基而言,当渗透系数k=2m／d,距离线路边缘25m处浅层地下水下降10m将产生约61—85mm的沉降。