长江三角洲南部地面沉降与地裂缝

过量开采地下水导致长江三角洲南部产生严重的地面沉降和地裂缝,造成巨大的经济损失.地面沉降和地裂缝的发生和发展在时空上与地下水开采具有密切联系,在地下水开采高峰期,地面沉降速率明显增加,在地下水位稳定期和回升期,地面沉降速率显著减小,甚至出现少量回弹.平面上,地面沉降分布形态与主采层地下水位分布形态具有很强的关联性;垂向上,地面沉降分布形态与沉降层、主采层及土层的厚度、压缩性等有关,弱透水层和含水层都可能成为主要沉降层.开采地下水条件下土层的变形与其经历的地下水位变化过程有关,不仅弱透水层存在塑性和粘塑性变形,在一定水位变化条件下含水砂层也存在塑性和粘塑性变形.地面沉降是地表下所有受影响土层的变形之和,为了控制地面沉降和地裂缝的发展,应限制地下水的开采量,尤其是避免出现地下水位低于土层历史上曾经达到的最低水位.     

大同市地面沉降特征及地下水开采的环境地质效应

大同市是一个以地下水为主要供水水源的城市。地面沉降始于８０年代初,大约在此后的１０年中,随着地下水开采逐年增加,地面沉降不断加剧。１９８８￣１９９３年通过建立控制面积４００ｋｍ＾２、网点８０个的Ｉ等形变水准网,监测到平均沉降速率为１７￣２３ｍｍ／ａ,５年累计最大沉降量达１２４ｍｍ,地面沉降面积达１６０ｋｍ＾２。从其成因看,它包括了人工抽水土层压密、区域地壳构造下降和相邻区新层活动的牵引作用三者叠加     

江阴南部地面沉降及地裂缝研究

江阴南部地区在构造上呈现"两隆一凹"的格局,南、北边缘为基岩隆起带,中心为第四系松散沉积平原,受基底起伏及古河道的控制,土层厚度、岩性、结构及水文地质特征差异较大。由于长期超量开采第Ⅱ承压水,不仅形成了区域水位降落漏斗,也形成了地面沉降漏斗,最大水位漏斗中心水位埋深约75m,沉降漏斗中心最大沉降量达1 300mm以上。并在长泾、河塘、祝塘等地由于差异沉降形成三处地裂缝,这些裂缝具有相似的发育特征,即在主裂缝处形成陡坎,陡坎高约10~30cm,主裂缝的NW侧则相对下错并形成宽约20~60m的凹陷带,带中发育有规模较小的次级裂缝。基底隆起及其所控制的第四系松散层厚度及结构差异是地裂缝发育的空间乃至时间特征的基础,是控制因素;深层地下水的长期超量开采所导致的地层压缩或固结是地裂缝形成的主导因素,地裂缝正是基岩隆起带地层差异压缩所形成的差异地面沉降的结果。据估算,其发育深度可达基岩隆起的最浅处,并实际上已发展成为小断层。     

关于地下水开采引发地面沉降灾害的思考

对地面沉降对策的目标是“多开采,少沉降”,提出目标函数Ｓ＝ｒｗ∫ｚｌ＾ａｇｓｏｄｚ。用抽水试验获得的单位涌水量一般不反映含水层的富水性,不宜依它来选择地下水的开采层位。被误解了的“裘布依稳定井流模型”（“影响半径模型”）是不合理选择地下水开采层位的主要“理论”依据。地面沉降的一个积极措施是将开采层位上移至浅层,使其接近地下水的补给区和排泄区。为增大井孔的进水能力,建议采用水平井、辐射工提出可能啬出     

渗透变形引起的西安地面沉降地裂缝研究初探

西安地区地裂缝成因有构造说、地下水过量开采说和综合说。通过关中城市群地质环境监测网建设,对西安鱼化寨地面沉降和地裂缝的最新调查发现,自备井附近管涌流砂现象普遍,是引起地面沉降地裂缝主要原因。认为超大的水力坡度产生的渗透力引起渗透变形,渗透变形造成潜蚀涌砂,进一步使部分含水层骨架压密变形,部分疏干形成复合层,弱透水层释水变薄压密,成为引起地面沉降和地裂缝的主要因素,并系统总结渗透变形引起的地面沉降地裂缝发展模式。研究成果为西安地区地面沉降地裂缝的发育机理提供了新思路,进一步明确了地面沉降地裂缝的防控方向。     

西安地面沉降与地裂缝关系的量化分析

本文采用灰色动态关联时序分析模型,定量地分辨出由地裂缝活动引起的垂直位错及过量开采地下水引起的下沉量在西安地面沉降量值中各自所占比例,从而为制订合理的管理控制对策提供了地质依据,具有明显的社会效益和经济效益。     

江阴南部地区建筑荷载和地下水开采与 地面沉降耦合研究

针对江阴南部地面沉降问题,结合地下水开发利用现状和城市建设规划,根据比奥固结理论,引入黏性土流变理论,将土体本构关系拓展至黏弹塑性,并考虑土体的土力学参数和水力学参数随应力场的动态变化,建立江阴南部地区建筑荷载、地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型,分别模拟预测了江阴南部地区2015年12月31日至2030年12月31日建筑荷载、地下水开采单独作用及二者叠加作用三种情况下地面沉降发展趋势。模拟结果显示,建筑荷载为引起江阴南部地区地面沉降的主因,其次是地下水开采,二者的主压缩层分别为第Ⅰ黏性土弱含水层和第Ⅱ黏性土弱含水层,分别占总压缩量的42.94%和62.60%;建筑荷载和地下水开采叠加作用下引发的地面沉降具有耦合效应,二者叠加量小于单独作用引发量的线性叠加。     

北京新航城地区基于地面沉降防治目标的地下水开采方案

以大兴新航城地区为主要研究对象,利用建立的地下水—地面沉降模型,得出了以《北京市地面沉降防治规划(2013-2020年)》为目标,新航城地区2020年实现规划目标的地下水开采方案。计算表明,将礼贤、榆垡、庞各庄的第一、第二含水层开采量减少30%,其余地区均减少开采量的10%,第三含水层停止开采条件下,将满足《北京市地面沉降防治规划(2013-2020年)》中2020年的规划目标。     

大同市区地下水开采与地裂缝形成的关系

大同市地下水开采的有关资料表明,自1981年以来大同市地下水开始超采,致使大同市地下水各降落漏斗已逐渐靠拢或合并,已经形成了一占据大同大半市区的降落漏斗。通过对大同市各地下水取水点超采量的变化、地面沉降的发生时间与相应位置、地裂缝产生的规律、地质构造的区域背景资料的详细对比与分析,说明了地下水严重超采是导致大同市地面沉降与地裂缝产生的直接诱因。     

吴江盛泽地区建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响

为了准确分析建筑荷载和地下水开采对地面沉降的影响,为吴江盛泽地区科学防控地面沉降提供决策依据,基于比奥固结和地下水渗流理论,建立了建筑荷载和地下水开采与地面沉降三维全耦合有限元数值模型,分别模拟预测了在建筑荷载单独作用、地下水开采单独作用及建筑荷载和地下水开采叠加作用三种情况下,2015-09-01—2030-08-31盛泽地区逐年地面沉降变化趋势。结果表明,建筑荷载对盛泽地区地面沉降的影响大于地下水开采。第Ⅰ黏性土弱含水层和第I承压含水层分别为建筑荷载和地下水开采单独作用下的主压缩层,单层压缩量占比分别为43.04%和54.06%;第Ⅰ承压含水层及其上覆第Ⅰ黏性土弱含水层是二者叠加作用引发土体变形的主压缩层,其压缩量之和占总压缩量的71.30%。建筑荷载和地下水开采单独作用下引发的地面沉降量的线性叠加之和大于二者叠加作用下引发的地面沉降量,建筑荷载和地下水开采叠加作用引发的地面沉降具有耦合效应。     

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。     

上海市城市化进程引起的地面沉降因素分析

20世纪90年代上海中心城区的地面沉降在地下水开采量没有增加的情况下出现了新一轮的增长。与此同时,上海进行了大规模的城市化建设。通过对中心城区地面沉降量与工程建设进行相关性分析发现,近年来中心城区的地面沉降量与工程建设具有相关性。目前城市化建设引起地面沉降的现象已受到关注,但尚缺乏对城市化进程引起地面沉降机制的系统研究。针对上海市城市化进程引起地面沉降的因素进行分析探讨,城市化进程引起的沉降包括建筑物荷载及交通荷载等外荷载引起的沉降,基坑开挖、降水及隧道施工等工程施工引起的土体压缩,以及隧道渗漏,周边地区对地下水补给量的减小,地下构筑物挡水效应等引起的地下水位持续下降而诱发的沉降     

高层建筑物荷载与地下水开采叠加作用下的地面沉降特征

在地下水开采和高层建筑荷载叠加作用下,城市地面沉降分布愈加复杂.以天津塘沽地区为例,考虑到土体在固结沉降中的平衡条件、弹性本构条件、变形协调条件和水流连续条件,以比奥固结理论为基础,建立了高层建筑荷载和地下水开采叠加作用下三维地面沉降模型,采用有限元方法进行了数值计算.结果表明,高层建筑物的附加荷载作用在其建成后的3～...     

天津市地下水开采对地面沉降影响的多元回归分析

地下水的过量开采是天津市引起地面沉降的主要原因。因此天津市提出了“压缩地下水开采量”、“地下水人工回灌”、“调整地下水开采层次”等控制地面沉降的3大技术措施。经过多年的努力,控制地面沉降效果明显。如何解决地下水开发与控制地面沉降的关系,更好的贯彻这3大技术措施,是该文编写的初衷。即在开采同样地下水量的情况下,如何使地面沉降量最小;或在地面沉降量容许的情况下,如何开采最大量的地下水。压缩地下水开采量是治理地面沉降的根本措施,亦即如何压缩采水量或调整开采层次会达到最好效果。论文对天津市某区各个地下水开采层的多年累计开采量、累计沉降量进行数据统计分析,建立了该地区累计沉降量及各个地下水开采层的多元相关方程。在此基础上,分析了各个地下水开采层对地面沉降影响的相关程度。以此为该区控制地面沉降的提供依据。     

基于ANN的苏锡常地裂缝预测研究

伴随着地面沉降灾害的发生,地裂缝作为一种新的地质灾害出现在苏锡常平原上,已有十多年历史,给地区发展造成严重危害。作者在较详细地阐述区域地质背景基础上,着重分析了地下水位和地面沉降在地裂缝形成中的作用。确定了“起伏的基底外加地下水位和地面沉降作用”这一地裂缝成灾模式。研究认为地裂缝的发生与地下水及地面沉降之间不存在简单的线性关系。而是二者共同作用的结果,同时需要有量的配合。初步确定了水位埋深50m,地面沉降量达500mm这样一个苏锡常地区地裂缝的易发环境。通过文章的研究,使得苏锡常地区地裂缝的产生机制更加清晰。文中一些定性和半定量的分析结论将对该地区地裂缝防治区划产生指导作用。     

基于GA-ANN的苏锡常地裂缝危险性评价

文章以苏锡常地区地裂缝危险性评价为例,利用遗传算法(GA)对人工神经网络(ANN)进行改进,先用GA优化BP网络初始权重,再用BP算法修改网络权重,实现不同尺度的同步调整。选择30点的不同地质条件组成样本对所建模型进行训练,评价指标包括:基岩埋深、基岩起伏度、地下水位、地面沉降梯度、含水层导水系数和粘性土层厚度。经过500次GA迭代,得到苏锡常地区地裂缝ANN模型的最佳权重组合,该耦合模型能对全区地裂缝地质条件进行正确分类,精度接近1‰。     

地下水超采引起的地裂缝灾害的研究进展

近几十年来,国内外学者对地下水开采引起的地裂缝问题进行了大量的研究,取得了许多丰硕的科研成果。总体来说,在地裂缝的成因机制方面学界尚未形成一个统一的观点;在地裂缝数值模拟方面,由仅考虑土体一维垂向变形发展到同时考虑土体垂向和水平向变形、地下水流模型和土体变形模型由不耦合发展到流固耦合,对开采地下水条件下土体变形的本构关系由弹性发展到弹塑性、粘弹塑性,特别是在地裂缝形成的判别准则方面由过去的定性判别发展到半定量判别。由于地裂缝问题本身的复杂性,目前的研究还远不够成熟,仍有许多问题需要解决。     

基于InSAR的西安地面沉降与地裂缝发育特征研究

西安地区长期遭受地面沉降和地裂缝灾害。采用合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术对该区域1992年至今的地面沉降和地裂缝的时空特征进行了监测。主要分3个阶段进行,在每一阶段尤其对InSAR处理过程中的干涉图滤波进行了迭代自适应处理和相位解缠进行了顾及粗差的改正,通过与同期水准和GPS监测结果比较可得InSAR精度达1cm。从3个时间段的InSAR成果可以看出在空间分布上,西安市的东郊和南郊是沉降严重的区域;从时间发育来看,最大沉降阶段发生在1996年,最大沉降量达21cm,而2006年的最大沉降量减少到8cm,且沉降中心转移到西南郊;3个阶段均探测到活动地裂缝两侧的不均匀沉降,地裂缝的南侧沉降均大于北侧。该研究将为西安地区地面沉降和地裂缝的解释和减灾提供数据支持。     

基于SBAS-InSAR的西安市鱼化寨地区地面沉降与地裂缝时空演变特征研究

自20世纪50年代末以来,西安市遭受了严重的地面沉降和地裂缝灾害,严重制约了西安市城市建设发展规划.本文以西安市典型地面沉降区之一的鱼化寨为研究区,基于短基线集合成孔径雷达干涉测量技术,采用覆盖研究区的ERS(1992～1993年)、Envisat(2003～2010年)、Sentinel-1A(2015～2020年)...     

开采地下水引起的地面沉降

开采地下水引起的地面沉降 由于地下发生变化引起地表高程降低形成了地面沉降。人类活动引起的地面沉降主要是：开采地下水，从地下储集层开采石油和天燃气。石灰岩含水层的溶解（灰岩坑），地下矿井的塌陷；有机土壤排水，干土壤的起初变湿（渗水压实作用）。美国每个州都有地面沉降发生（图1）。