宁波轨道交通规划区域地面沉降特征分析及监测

通过对沿线地形地貌、工程地质、水文地质的调查,利用宁波地面沉降漏斗扩展动态结果、沉降中心各土层变形量统计和各土层累计沉降量,分析了宁波轨道规划区域地面沉降特征。针对宁波区域地面沉降监测存在的问题,提出由地面沉降基岩标、地面沉降分层标、水准点、孔隙水压力孔和地下水监测井等组成的宁波轨道交通地面沉降监测网布设方案,探讨了地面沉降监测及预警对策。轨道交通地面沉降监测网的建立将减轻地面沉降对轨道交通造成的影响。     

北京地面沉降分层监测动态变化特征

北京地面沉降目前正处于一个快速发展阶段。本文利用天竺站、望京站和王四营站2005~2012年分层标监测数据分析了年沉降量、不同深度土层变形量及其在总沉降量中百分比构成的多年变化特征,并结合分层地下水位动态变化,对三个站地面沉降多年变化所表现出来的异同点进行了阐述。结果显示:60m以浅地层年沉降量小且波动也小,100m以深地层是主要的压缩层位;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。在无法禁采的情况下,采取一定的限采控采措施使地下水位小幅回升或约束地下水位的下降幅度,将有利于地面沉降的减缓。     

常州地区地面沉降及地层压缩性研究

系统分析了常州地区地下水开采动态和地面沉降发生发展历史,概述了研究区地面沉降的框架,在此基础上,系统研究了常州市分层标从1984年至2002年的分层沉降资料。根据常州地区地下水含水层系统及土层特性,将研究区松散土层垂向划分为四个不同层次,分别研究了它们的压缩变形历时特性及其与累计地下水开采量的关系,研究了各自的应变特性。由于土层结构及物理力学性质的不同、地下水开采层次及强度的差异、土层不同应力历史的影响等诸多因素的综合效应,导致了地面沉降及分层压缩特性的显著差别。常州地区的主要压缩层为第II承压含水层的顶板弱透水层,与含水层距离近的土层变形量及应变量均较大,其次是第II承压含水层本身及其与第III承压含水层之间的弱透水层。地面沉降及地层压缩与地下水开采之间的滞后效应在常州地区表现得并不明显,这一点至少在月或年的时间尺度上是正确的。     

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...     

盾构掘进速度及非正常停机对地面沉降的影响

软土中盾构隧道施工不可避免地扰动周围地层,进而引起地面沉降,沉降过大时将危及邻近建（构）筑物的正常使用和结构安全。全面理解盾构隧道施工引起的地面沉降的影响因素及对沉降的准确预测,对于减少施工环境危害十分重要。考虑盾构压重后,引入Mindlin解计算盾构下卧土层中的附加应力,采用单向压缩分层总和法计算盾构下卧土层的总固结沉降,由盾构掘进速度及停机时间确定附加应力作用时间后,应用太沙基一维固结理论计算在该作用时间内的固结沉降,应用Peck公式建立了盾构下卧土层沉降与地面沉降的关系,并以杭州庆春路过江隧道地面沉降的实测验数据对上述理论进行了验证。分析表明,考虑盾构掘进速度及停机时间的地面沉降计算理论基本合理;盾构掘进速度及停机时间会对隧道施工引起的地面沉降产生显著影响;在其他施工条件相同的前提下,提高盾构掘进速度和减少停机时间有利于减少地面沉降。     

鲁北平原第四纪沉积特征及地面沉降模式分析

地面沉降地质灾害在鲁北平原发展日益严重,制约着重大工程建设和社会经济发展。本文通过分析区内第四纪沉积展布特征,结合二等水准测量数据和分层沉降标数据与地面沉降规律,揭示鲁北平原区地面沉降机理和沉降模式,为同类型地区进行参考借鉴。①鲁北平原地面沉降主要贡献层为中更新统地层,滨州140～320m地层沉降量约占总沉降量的62%。②依据沉积相、沉积成因、地层结构、地面沉降驱动机制等因素,鲁北平原地面沉降可分为山前冲积、洪积平原模式、黄河泛滥冲积平原模式、三角洲冲积、海积平原模式三种模式。     

北京东部地区地面沉降发育特征分析

结合区域地质背景条件,利用水准测量、分层标地层变形、地下水位动态等监测数据,对北京东部地区地面沉降的发育特征与发展变化规律进行了分析研究。该区域的地面沉降与地下水开采具有显著相关性,深部地层仍是沉降的主要贡献层位;沉降中心地下水具有明显的分层变化规律,深层承压水明显的水位降落漏斗,直接导致深部地层沉降压缩最为显著;地面沉降的区域分布、沉降速率变化与地下水降落漏斗具有一定的时空相关性;南水北调的稳定供水,有效缓解了北京地面沉降快速发展的趋势。     

北京温榆河冲洪积扇地面沉降特征及机理研究

北京区域地面沉降呈快速发展趋势,局部最大形变速率超过13cm/a,严重威胁城市安全。掌握地下水开采条件下的分层地面沉降特征,是定量揭示地面沉降机理和缓解沉降灾害的前提。以北京最大的地面沉降区温榆河冲洪积扇地区的八仙庄沉降区为研究对象,分析了该地区地下水开采、地下水位动态特征与分层压缩量的关系,基于分层沉降数据得出该地区土体释水形变以浅部地层、深部地层的弹性形变以及中深部地层的弹塑性形变为主,并从地层条件、固结历史和物理力学性质方面对压缩特性的影响因素进行了分析,得出以地面沉降为约束条件的地下水开采主要调控层分布。     

地面沉降分层监测标施工实践

分层标是通过钻探方法分别埋设在地下不同深度土层中的特殊监测点,标点直通地表,随土层的压缩、膨胀而升降变化,由此监测地面的总沉降量或总回弹量。通过温州市地面沉降监测标组的施工实践,探讨了确保分层标质量的关键工序和控制措施,并对标底装置作了技术改进。分层标的建设可为该地区今后地面沉降防治、地下水资源合理开发利用提供更有效的基础资料和决策依据。     

地下水位变化模式下含水砂层变形特征及上海地面沉降特征分析

土体变形特征与其经历的应力状态有关。由于抽灌水位置和水量的变化,同一土层中不同时期的地下水位可以呈现不同的变化模式,土层表现出不同的变形特征。论文根据上海1400多个水位孔近40a的水位观测资料和各土层的变形资料,从土层变形角度将地下水位的变化方式划分为5种模式。分析了每种地下水位变化模式下土层的变形特征,并进一步分析了上海地面沉降在时间和空间上的特征。分析结果表明:地下水位的变化模式对上海土层的变形有显著影响。同一土层在不同的水位变化模式下可表现为弹性、弹塑性或粘弹塑性的变形特征;地面沉降与地下水开采量、地下水开采层次与主要沉降层具有密切的关系,开采地下水是上海地面沉降的主要原因;与现阶段含水层的水位变化模式相联系,第四承压含水层是上海最近几年来地面沉降的主要沉降层。     

基于BOFDA的砂—黏土互层垂向变形物理模型试验研究

地面沉降作为一种常见地质灾害对城市发展造成巨大威胁，有效监测土层的垂向变形过程是地面沉降防治的一项重 要工作。文章采用布里渊光频域分析（BOFDA） 技术，利用室内地面沉降模型，对砂—黏土互层土体在排灌水循环中的垂 向变形进行分布式监测，并结合固结压缩试验对土体的垂向变形进行分析。结果表明：黏土层为地面沉降的主要变形层； 在排灌水循环中，土体也会经历压缩—回弹的循环。此外，BOFDA分布式监测技术可以有效地捕捉砂—黏土互层土体在排 灌水状态下的垂向变形情况，实现对地面沉降发育过程中土体垂向变形的实时监测。研究结果可为实现地面沉降的有效防 治措施提供一定的参考依据。     

基于BOFDA的砂—黏土互层垂向变形物理模型试验研究

地面沉降作为一种常见地质灾害对城市发展造成巨大威胁,有效监测土层的垂向变形过程是地面沉降防治的一项重 要工作。文章采用布里渊光频域分析（BOFDA） 技术,利用室内地面沉降模型,对砂-黏土互层土体在排灌水循环中的垂 向变形进行分布式监测,并结合固结压缩试验对土体的垂向变形进行分析。结果表明：黏土层为地面沉降的主要变形层; 在排灌水循环中,土体也会经历压缩-回弹的循环。此外,BOFDA分布式监测技术可以有效地捕捉砂-黏土互层土体在排 灌水状态下的垂向变形情况,实现对地面沉降发育过程中土体垂向变形的实时监测。研究结果可为实现地面沉降的有效防 治措施提供一定的参考依据。     

水位变化下可压缩土层的黏弹性耦合变形分析

地下水开采等人类工程活动会引起地下水位变化，从而导致地面沉降问题。地面沉降具有土层变形长期发展的特点，土体的蠕变性是导致这一现象的重要原因之一。为此，针对基于Biot理论的地面沉降耦合模型，利用半解析数值原理和黏弹性流变理论，推导了可压缩土层黏弹性耦合变形的求解格式，该计算方法无需数值积分，且具有很好的解耦并行性。在此基础上，编制了FORTRAN计算程序，通过与已有解答的对比验证，说明了方法及程序的合理性，计算结果可以正确反映土体黏滞性所导致的变形滞后效应。通过数值算例，进一步探讨了渗透性、孔隙流体可压缩性和土体黏滞性等因素对土层长期变形的影响规律。     

Characterization of land subsidence induced by groundwater withdrawals in Su-Xi-Chang area, China

Su-Xi-Chang area is one of the typical regions in China which suffers from severe land subsidence. Various tools of field monitoring were integrated to study the characteristics and mechanisms of land subsidence in this region. The occurrence and the development of the land subsidence in this region are strongly related to the groundwater pumping both in time and space. The main consolidation layers are the soft mud layers; however, the compressibility of the confined sandy layers should not be ignored. The second and third confined aquifers contributed more than 30% of total subsidence. Meanwhile, irrecoverable deformations were also observed in the sandy layers. Different sandy layers deform diversely under different stress conditions. Some have the elastic feature. But the soil strata, including both sandy layers and clayey layers, located in the center of the groundwater level depression cone exhibited obvious viscous mechanical behavior which caused the common lag phenomenon. The sand composition (mingled with small clay particles or interbeds) and sand rheology are the two main reasons for the lag phenomena in sandy layers. A series of laboratory tests for modeling the effective stress changes due to groundwater withdrawals, were conducted to investigate the mechanism of the lag phenomenon. Based on the test results, the relationship of stress–strain–time for saturated sands is obtained; and it could be expressed as power functions. The results also showed that the compression of the sandy layers was time dependent, and its deformation could be remarkable. When establishing land subsidence model, the deformation for the similar soil formation could be elastic, visco-elastic and even visco-elastic–plastic, because of the different groundwater level fluctuation experienced.     

冲洪积平原地面沉降特征及主控因素——以北京平原为例

北京由于长期过量开采地下水,相继引发了一系列地质环境问题,其中地面沉降问题尤为突出。回顾了北京地面沉降发展历史,从平面和垂向上分析了地面沉降特征,在此基础上对北京冲洪积平原区沉降的主控因素进行了研究。结果表明:(1)平面上,沉降分为南、北2个大区,7个沉降中心。北区已由多个单独沉降中心区扩展成一个大区域,南区北扩明显;(2)垂向上,南区第一压缩层为沉降主贡献层,沉降占比42%,浅部地层沉降速率减小,深部地层沉降速率增加。土体变形特征为塑性变形,包含蠕变变形;北区第二压缩层为沉降主贡献层,沉降占比65%,浅部沉降量值很小且波动平缓,深部沉降量相对较大。土体变形特征为浅部以弹性变形为主,深部以塑性变形为主,包含蠕变变形;(3)沉降受构造作用及基底格架控制,北东方向受冲洪积扇上部单一砂卵砾石的地层条件控制扩展范围有限,沉降整体向北西、南东方向扩张;(4)地层结构决定沉降平面和垂向分布特征,尤其北部冲洪积与南部湖相沉积的差异,是产生深浅部地层沉降贡献率不同的重要因素;(5)地下水开采仍是沉降产生的主因,地下水漏斗的扩展和沉降中心的分布高度吻合,主要沉降层地下水位下降速率与沉降速率成正比。     

Characterization of land subsidence in the Choshui River alluvial fan,Taiwan

Land subsidence in Taiwan has increased rapidly over the past four decades, owing to heavy withdrawal of groundwater. Leveling surveys, layer compressions and groundwater level in individual layers were continuously monitored in the Choshui alluvial fan, western Taiwan. It was found that ground subsidence and layer compression were consistent with the variation of groundwater level. From multi-level compression monitoring, the layers with major compression deformation were identified. Clayey and sandy layers exhibited significant compression deformation. Conceptual models of compression behavior for clays and sands were studied based on the field data. The compression behavior of clays agreed with the Terzaghi consolidation theory. Notable, irrecoverable volumetric strains were also observed in sandy layers. They exhibited obvious elasto-plastic mechanical behavior. The high compressibility of the sand layer in the alluvial fan was attributed to the flaky sand grains in this geological region.     

分布式光纤监测在阜阳地面沉降监测中的应用

分布式光纤监测是利用光纤作为传感介质,采用先进的OTDR技术,探测出沿光纤不同位置土层的应变情况,实现真正分布式测量。阜阳地面沉降是由于过量抽汲阜阳城区地下水引起水位下降,在正常固结和超固结[1]土层分布区,由土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。省地质测绘院、阜阳市测绘院、安徽省地质调查研究院在该区域进行大量的高程测量工作,仅查明了地面沉降范围及垂直沉降量,但对地面沉降的形成机理,各压缩层的变化量缺少统一认识。采用分布式光纤监测技术能准确测出各压缩层的变化关系,为阜阳地面沉降防治研究提供科学依据。     

中国地面沉降及其需要解决的几个问题

我国地面沉降主要出现在东、中部17个省市,总面积超过5×104km2,同时在17个省市出现成因上与它有关的地裂缝,危害是多方面的。沉降发生在经济高速发展的东部地区,造成的危害和损失也更大。我国地面沉降有下列特点:过量开采地下水是主要原因;各土层变形量既与其压缩性有关,也与它本身的厚度有关;砂土变形基本特征是压缩过程中总的应力与应变关系为非线性,压缩变形以塑性变形为主并包含有蠕变;水位恢复到开采前水平,沉降仍在继续,存在滞后等。从目前研究,特别是模拟研究的现状出发,指出存在8个方面的不足,进而提出需要研究解决的6个科学问题,为提高我国的研究水平献策。     

太沙基一维固结理论在软土路基沉降变形初期阶段的开拓应用探讨

结合某高速公路K98 028、K98 470两处路堤完工一年后才开始的断续的前期沉降变形监测成果,利用太沙基一维固结理论,在缺少固结参数而又无法对多层软土路基固结参数分别反演的情况下,通过对地基整体固结参数的反演及数理统计分析,来达到沉降变形和沉降时问预测的目的;并通过与不同方法最终沉降变形预测结果之对比,及沉降预测结果与监测成果之拟合对比,进一步论证了该方法的可行性。