抽汲流体引起的地面沉降——D•海姆博士(澳)第一讲摘登

根据中国科学院和澳大利亚工业科学研究委员会(CSIRO)互换访问学者的协议,澳大利亚国家工业研究委员会岩土力学研究所海姆博士于1988年4月来华访间并在我所短期工作。在我所工作期间,海姆博士向我所科技人员作了三讲“抽汲流体引起的地面沉降”的讲座。讲课由副研究员陈守义同志担任翻译。我们根据翻译资料对其内容进行删节、整理成文,分三期连续刊登,供同志们学习参考。资料最后由陈守义同志审校。图片由佘诗刚同志翻译成中文。海姆博士在第一讲中主要根据幻灯图片介绍世界各地因开采地下水和石油而引起地面沉降的现象,说明沉降与现场发生的其它现象之间的关系,特别是沉降与砂层中水位变化的关系以及沉降与含水系统内或含水系统之间存在的粘土物质的关系。     

澳大利亚访问学者海姆博士在我所讲学

根据中国科学院与澳大利亚国家工业科学研究委员会(CSIRO)互换访问学者的有关协议,海姆博士(Dr.D.C.Helm)于今年3—6月到我所工作。在我所工作期间曾与我所朱昊同志一起,用一维固结的计算机程序在微机上计算了有关地面沉降的问题。曾去武昌陆家街地陷现象进行了考察;还到长沙矿冶研究院作了短期访问。今年4、5月间,海姆博士在我所先后三次作了题为“抽汲流体引起的地面沉降”的学术讲座。第一讲,主要介绍世界各地因开采地下水及石油而引起地面沉降的现象。阐述沉降与现     

抽汲流体引起的地面沉降——D.C.海姆博士(澳)第二讲摘登

在第一讲里,我们讨论了抽汲流体引起沉降的现象,描述了地面沉降与现场其它现象是如何相互关联的,特别是沉降与砂层中水位变动的相关性以及与受应力作用的含水层,或者含水层内粘土单元体(粘土透镜体或粘土夹层)的存在的相关性。在第二讲里,我们要讨论抽汲流体引起沉降的机理,以及介绍沉降垂直分量随时间变化的成功模拟。在这里,一维固结理论起着关键的作用。地下水文地质学的一个主要课题是如何预测地面沉降。含水体系压缩的不可恢复部分几乎全发生在其中的细粒沉积物中。在含水体系力学里,滞水体的作用是非常重要的。     

天津滨海新区地面沉降层位的精准识别与沉降过程重建

塘沽地区地面沉降是新生代松散沉积物多层位沉降叠加的结果,精准识别各层位的沉降贡献是该区地面沉降防控的关键。利用塘沽G2地面沉降分层标组2011—2014年观测数据,对新生代沉积物不同层位的地面沉降进行了精准识别;结合以前的分层标观测资料,重建了1960年以来不同层位的地面沉降过程。结果显示,在1960—1970年地下水开发初期,地面沉降主要层位是浅部粘性土自然固结和第二含水组地下水开采;1970—1980年深层地下水开采高峰期,主沉降层位由二组逐渐加深到三、四组;1985年以后实施了地面沉降控制措施后,第四系地下水开采引起的地面沉降逐渐减小;2000年之后,随着滨海新区的成立和大规模的城市建设,城市建设引起的建筑基础沉降逐渐成为主要的沉降层。通过对不同时期主要地面沉降层位的转换过程分析,提出地面沉降精准防治新思路。     

阜阳市地面沉降区水位改正分析

安徽省阜阳市因地下水超采引起地面沉降,使区域内水准点高程处于不断变化中,破坏了水位资料系列的一致性。本文根据收集的实测成果资料,建立地面沉降区内水准点考证系列和实际高程系列,分析使用的各水准点之间的关系和沉降规律,给出地面沉降后历年水位订正值,并进行综合合理性检验分析,阐述水位改正分析经验和建议,为地面沉降区水位改正提供技术参考。     

济宁市地面沉降初步分析

通过分析济宁市地面沉降的特点和区域地质背景,认为济宁地面沉降主要是由于集中超采地下水引起局部地段的沉降。本文着重分析了济宁市地面沉降与地下水开采量、地下水位、水位变幅之间的关系,对该区地面沉降的现象、机理进行了初步探讨,并提出了控制济宁市地面沉降的简要措施。     

上海地面沉降精密水准的精度

前言上海地面沉降,主要是由于过量汲取地下水加速土层固结压密而形成的一种地质现象。历年水准资料记载:市区地面从1921年至1965年间已连续沉降1.76米,沉降中心2.63米。但在地面沉降初期(1921至1956年)却未引起人们足够重视。根据当时的量测技术和水准精度,曾围绕着上海地基是否下沉问题展开过三年(1954至1957年)之久的学术讨论。1939年J.B.华特生的论文和历史水准精度评定,成了推断地面是否发生沉降的依据。以后,随着工业的发展,用水量急骤增加,地面沉降也日趣严重。1957年至1961年间,市区沉降549毫米,普陀沉降中心1,149毫米,500毫米沉降而积66.1平方公里。地面沉降量已远超出测     

西安典型段地面沉降分层标观测及数值模拟

根据西安地下水监测和详细的地层剖面资料,采用比奥固结理论和不连续面的接触分析,建立了含2条地裂缝的典型地段的二维抽水沉降计算模型,对先存断裂存在时抽水作用下的地面沉降进行了尽可能精细地模拟计算。结合该计算段的监测资料,分析了西安市抽水作用下地层压缩量垂向上的分布特点及地面沉降水平位置上存在差异的原因。研究认为,西安市的地面沉降量主要由100～300 m深度范围内土层的压缩量组成,地裂缝的出现不单是地层厚度不同产生的差异沉降引起的,先存断裂面的作用也很大。由于断裂的存在以及其正断层的特点,沉降过程中上盘（南盘）的沉降得到了放大,而下盘（北盘）沉降缩小,不同结果导致地面沉降在断裂位置出现差异放大现象,导致地裂缝越来越严重。研究成果很好地解释西安地裂缝附近地面沉降的反常差异现象,对于进一步确定地裂缝的成因、预测其发展变化规律具有一定的作用。     

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。     

基于GPS的江阴市地面沉降规律及机理研究

根据GPS监测结果及已有水准测量成果,并结合地下水开采活动和地面沉降分层标的监测资料,系统而深入地研究了江阴市地面沉降时空演化规律及成因机理,发现江阴市地面沉降主要发生在南部,向北、向东沉降量逐渐减小,在时空上与地下水开采密切相关,并具有滞后性及不可逆性;江阴市地面沉降的发生主要受内外两种因素控制,本身具备沉降特性的地质环境条件,包括基岩起伏特征、第四纪土层结构和水文地质条件等,是必备的内在因素,而长期超量开采地下水则是导致地面沉降的主要外因,地面沉降的形成主要是含水砂层的压密和顶底板粘性土层的固结。     

孔隙承压含水系统中粘性土释水及其在资源评价中的意义

在我国分布着许多由松散沉积物组成的孔隙承压含水系统,通常包含大量的粘性土层。开采这些孔隙含水系统时,往往发生粘性土释水,并由此而产生地面沉降。本文根据国内地面沉降的观测资料,探讨了开采孔隙承压含水系统过程中,粘性土的释水机制和规律及其在地下水资源评价中的意义。     

西安市地面沉降时空演化特征及机理研究

本文根据多年来的垂直形变资料,系统而深入地研究地面垂直形变的演化特征及其规律,并结合地下水活动和地面沉降分层标的监测资料,分析地面沉降成因。西安地区由于过量开采地下水,引起地面急剧沉降。     

软土地区地铁道床沉降特征及其诱发因素分析

以上海4条地铁线路道床长期沉降监测资料为基础,分析了地铁隧道的纵向沉降特征;结合该地区地质环境调查资料,深入分析地铁隧道沉降与下卧层地层结构、浅部地下水位变化以及区域地面沉降三个地质环境因素之间的相互作用关系。结果表明,地铁隧道下卧地层结构差异是地铁隧道沉降差异性的重要地质环境因素,深基坑降排水引起降水目的含水层地下水位下降,使得降水目的层以及相邻软黏性土层发生较大的压缩变形,导致以降水目的层上覆软黏性土层为承载体的地铁隧道也随之发生沉降,区域地面沉降也是地铁隧道沉降的重要影响因素。     

山东省地面沉降及其防治对策

山东省产生地面沉降的原因主要是由于集中过量开采地下水所致。由于深层地下水迳流补给缓慢,被开采后,含水层组系统在上覆地层巨大压力下,造成含水系统压密,体积收缩,从而导致了地面沉降地发生。造成了部分建筑物地基不均匀沉降,排水系统频繁淤积,井管上拔现象。地面沉降如不加以控制,必将对当地的市政建设、交通和人民的生活造成很大的影响。为了防止和预防地面沉降的进一步加深和发生,应根据当地水资源情况,合理规划并点     

湛江霞山区菉塘地面沉降量计算方法及沉降趋势预测分析

湛江市作为广东省主要由地下水供水城市,其地面沉降现象日益加剧,其为了控制地面沉降的发生和发展,在提出合理的地面沉降计算方法的基础上,对未来地面沉降进行预测分析。菉塘为湛江市地面沉降中心之一,选取菉塘沉降中心计算其最终沉降量,并对其沉降趋势及沉降主导因素进行分析预测与确定。湛江市地层和地下水分布比较复杂,地层几乎涵盖了黏性土、粉土、砂、基岩等几乎所有类型,地下水类型较多,几乎涉及到了所有地下水类型。为了合理预测抽取地下水引起的地面沉降,有必要通过对不同地层进行分析,提出简单、实用、使用便捷的沉降计算方法。     

北京平原区地面沉降分布特征及影响因素

地面沉降是北京平原区主要地质灾害之一。文中采用永久散射体差分干涉测量(PS-InSAR)技术获取平原区地面沉降空间分布特征,基于GIS空间分析平台,将多种地面沉降影响因素分别与PS-InSAR获取的地面沉降场形变信息进行耦合研究,查明地面沉降与多种影响因素之间的响应关系。研究发现:(1)北京市地面沉降发育较为严重的地区主要出现在平原区东部、北部以及南部等地,存在多个沉降中心,最大沉降速率达到152mm/a,区域不均匀沉降现象明显,并且有连成一片的趋势。(2)地面沉降分布具有明显的构造控制特性,沉降区多位于几大活动断裂交接部位的沉积凹陷地区,与第四纪沉积凹陷十分吻合。地面沉降的发展趋势与活动断裂的走向具有明显的对应关系,在有活动断裂通过的区域,地面沉降剖面线上表现出明显的转折或突变,断裂两侧区域不均匀沉降十分明显。(3)地面沉降分层沉降量与对应层位上黏性土占比呈正比例关系,其空间分布特征及变化趋势与平原区的地层结构及可压缩黏性土层厚度具有很好的一致性,沉降范围整体由北西向的单一结构区向南东方向的多层结构区扩张。沉降速率大于50 mm/a的沉降区大多分布在黏性土层厚度大于100 m的地区,几大沉降中心与黏性土层厚度较大地区吻合较好。(4)第二承压含水层(顶底板埋深100~180 m)地下水开采对地面沉降影响最大,沉降中心与该层位地下水位降落漏斗区高度吻合,是地面沉降的主要贡献层位。     

复杂因素影响下的福州市地面沉降时空演化分析

地面沉降是福州市的主要地质灾害之一,自20世纪中期以来就有监测资料显示福州市存在地面沉降问题。本文基于永久散射体雷达干涉测量技术（IPTA）,处理了福州市2008~2014年间多时相、高分辨率TerraSAR-X数据,对福州市6年时间的地面沉降进行监测分析,根据研究区地面沉降历史、建设发展现状及沉降异常区分布,着重分析了复杂因素影响下福州市地面沉降的时空变化规律。结果表明:福州市总体年均沉降率-15 mm ·a-1左右,存在多个明显的快速沉降区;与1960~1990年的监测资料对比发现,沉降中心由地热温泉区向工程密集建设区转移;较大沉降区以快速线性沉降为主;地面沉降特征的变化受到多种复杂因素叠加影响,导致地面沉降空间扩张、速率加剧。该研究成果可为福州市或其他沿海城市地面沉降风险评估、地面沉降防控等提供一定的科学依据和参考。     

基于分层标资料的天津滨海地区含水层沉降特征分析

分层标监测体系是地面沉降的主要监测手段,通过对天津滨海地区分层标监测资料以及同期不同含水层的水位资料的分析,可以得出各含水层当前沉降状态,以及水位变化与沉降量之间的关系,从而制定更有效的沉降治理措施及方案。     

对"用调整地下水开采层次方法控制地面沉降"的质疑

据不完全统计,至今我国已有90余个城市和地区相继发生不同程度的地面沉降,长江、黄河、珠江三角洲、华北平原、松辽平原及沿海许多地区,地面沉降正在发生和发展之中,尤其以上海为中心的长江三角洲及以天津为中心的华北平原,成为我国两片最大的沉降地区。地面沉降对这些地区社会和经济的可持续发展带来严重影响。几十年来,这些地区一直将“调整地下水开采层次”作为控制地面沉降措施之一。该文章认为“调整地下水开采层次”并非一种理想的控沉措施,不仅值得商榷,甚至为应该被否定的控沉措施。依据：①一般情况下,随深度增加,地层的压缩性会渐下;但是开采同量的地下水,其水位下降的速率及幅度深部含水组比浅部含水组要大的多,两者引起的沉降量不会有明显的差别;②从地下水开采资源组成与地面沉降关系分析,含水层深度越深,其中的压密释水量所占的比例也越大,造成的地面沉降也越严重;③地层的物理力学性质及固结状态,随深度的增加,也不完全是越来越好。     

澳大利亚布雷迪博士、马特尔博士等来所讲学

应冶金工业部东北工学院邀请,澳大利亚公共福利和工业研究协会布雷迪(Brady)博士和马特尔(Mattel)博士于1985年6月13日～16日须访我所,并讲学。两位博士用两天时间,共讲了四个课题: 布雷迪博士: 1、岩石力学中的数值方法(包括有限元法、边界元法和离散元法); 2、地下空间开挖的能量考虑。