地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治

4.1地面沉降灾害防治地面沉降（Landsubsidence）是地壳表面在内力地质作用、外力地质作用与人类活动的作用下，造成地壳表面某一局部范围内或大面积的、区域性的沉降活动，其垂直位移一般大于水平位移。特点(characteristic)其发展比较缓慢，无仪器观测难以察觉，一旦发生，即使除去地面沉降的原因也难以完全恢复。不同地区由于其地质结构与影响因素不同，导致其地面沉降的范围与沉降速率不同。一般而言，地面沉降的面积较大，沉降速率多在80mm/a以上。第四章地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治（1）自然因素引起的地面沉降：新构造运动以及地震、火山活动引起的地面沉降；海平面上升导致地面的相对下降（沿海）；土层的天然固结（次固结土在自重压密下的固结作用）。自然因素所形成的地面沉降范围大，速率小。自然因素主要是构造升降运动以及地震、火山活动等一般情况下，把自然因素引起的地而沉降归属于地壳形变或钩造运动的范畴，作为一种自然动力现象加以研究。地面沉降的原因：地面沉降的原因：（2）人为因素引起的地面沉降：抽汲地下气、液体引起的地面沉降。抽取地下水而引起的地面沉降，是地面沉降现象中发育最普通、危害性最严重的一类；大面积地面堆载引起的地面沉降；大范围密集建筑群天然地基或桩基持力层大面积整体性沉降——工程性地面沉降。人为因素引起的地面沉降一般范围较小，但速率和幅度比较大。人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。将人为因素引起的地面沉降归属于地质灾害现象进行研究和防治。工程实例(1)地面沉降的地质原因:地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生沉降;因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降;地震导致地面沉降;地面沉降的自然原因地面沉降的人为原因（2）地面沉降的人为原因:地面沉降现象与人类活动密切相关。尤其是近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。在我国，由于各大中城市都处于巨大的人口压力之下，地下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市出现地面沉降，在沿海地区还造成了海水入侵;地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿元人民币以上。值得庆幸的是，我国已开始重视这个问题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列政策的出台使我国很多地区的地面沉降现象已经或将得到控制;工程实例地坪降低后，民房建设需要加大填土工程量地坪降低，需重新加高，形成“加空层”加高前桥面位置地面沉降的地质环境近代河流冲积环境模式近代三角洲平原沉积环境模式断陷盆地沉积环境模式：临海式断陷盆地；内陆式断陷盆地地面沉降的产生条件厚层松散细粒土层的存在主要是抽采地下流体引起土层压缩而引起的，厚层松散细粒土层的存在则构成了地面沉降的物质基础。易于发生地面沉降的地质结构为砂层、粘土层互层的松散土层结构。随着抽取地下水，承压水位降低，含水层本身及其土、下相对隔水层中孔隙水压力减小，地层压缩导致池面发生沉降。长期过量开采地下流体由于抽取地下水，在井孔周围形成水位下降漏斗，承压含水层的水压力下降，即支撑上覆岩层的孔隙水压力减小，这部分压力转移到含水层的颗粒上。因此，含水层因有效应力加大而受压缩，孔隙体积减小，排出部分孔隙水。这就是含水层压缩的机理。地面沉降与地下水开采量和动态变化有着密切联系：地面沉降中心与地下水开采漏斗中心区呈明显一致性。地面沉降区与地下水集中开采区域大体相吻合。地面沉降量等佰线展布方向与地下水开采漏斗等值线展布方向基本一致，地面沉降的速率与地下液体的开采量和开采速率有良好的对应关系。地面沉降量及各单层的压密量与承压水位的变化密切相关。许多地区已经通过人工回灌或限制地下水的开采来灰复和抬高地下水位的办法，控制了地面沉降的发展，有些地区还使地面有所回升。这就更进一步证实了地面沉降与开采地下液体引起水位或液体沉降之间的成因联系。地面沉降的产生条件新构造运动的影响平原、河谷盆地等低洼地貌单儿多是新构造运动的下降区，因此，由新构造运动引起的区域性下沉对地面沉降的持续发展也具有一定的影响。城市建设对地面沉降的影响城建施工造成的沉降与工程施工进度密切相关，沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中，与开采地下水引起的沉降主要发生在深部含水砂层有根本区别。地面沉降的产生条件地面沉降的特征地面沉降的特点是波及范围广，下沉速率缓慢，往往不易察觉，但已对于建筑物、城市建设和农田水利危害极大。地面沉降灾害在全球各地均有发生。由于工农业生产的发展、人口的剧增以及城市规模的扩大，大量抽取地下水引起了强烈的地面沉降，特别是在大型沉积盆地和沿海平原地区，地面沉降灾害更加严重。石油，天然气的开采也可造成大规模的地面沉降灾害。地面沉降的特征分布地面沉降的分布规律1.世界地面沉降分布概况地画沉降主要发生于平系和内陆盆地工业发达的城市以及油气田开采区。2.中国地面沉降分布规律从成因上看，我国地面沉降绝大多数是因地下水超量开采所致。从沉降面积和沉降中心最大累积降深来看，以天津、上海、苏锡常、沧州、西安、阜阳、太原等城市较为严重，最大累积沉降量均在lm以上；我国地面沉降的地域分布具有明显的地带性，主要位于厚层松散堆积物分布地区。地面沉降的特征分布（l）大型河流三角洲及沿海平原区这些地区的地面沉降首先从城市地下水开采中心开始形成沉降漏斗，进而向外围扩展，形成以城镇为中合的大面积沉降区。（2）小型河流不角洲区地面沉降范围一般比较小主要集中于地下水降落漏斗中心附近。（3）山前冲洪积扇及倾斜平原区地面沉降主要发生在地下水集中开采区沉降范田由开采范围决定（4）山问盆地和河流谷地区地面沉降范围主要发生在地下水降落漏斗区。抽水作用下引起地面沉降机理因抽水而引起地面沉降的地区，地层主要由各含水层及其相对隔水的粘性土层相叠组成，各层间在一定的水压下有着水力联系，抽水使含水层的水头（或水位）下降，并牵动相关的水头下降，导致孔隙水压力减小，有效应力增加。有效应力的增加，等同于给土层施加一附加压应力，使土层产生压缩变形，各土层的变形迭加，导致地面的整体下沉。开采地下水引起地面沉降的防治措施减少地下水开采量和水位降深；调整开采层次，合理开发地下水资源；当地面沉降发展剧烈时，应禁采；对地下水进行人工补给，回灌时应控制水源的水质标准，以防止地下水被污染。地面沉降的危害地面沉降是一种累进性地质灾害，会给滨海平原防洪排涝、土地利用、城市规划建设、航运交通等造成严重危害，其破坏和影响是多方面的。其中主要危害表现为：地面标高损失，继而造成雨季地表积水，防泄洪能力下降；沿海城市低地面积扩大、海堤高度下降而引起海水倒灌；海港建筑物破坏，装卸能力降低；地面运输线和地下管线扭曲断裂；城市建筑物基础下沉脱空开裂；桥梁净空减小影响通航；深井井管上升，井台破坏，城市供水及排水系统失效；农村低洼地区洪涝积水使农作物减产等。滨海城市海水侵袭世界上有许多沿海城市，如日本的东京市、大阪市和新玛市，美国的长滩市，中国的上海市、天津市、台北市等，由于地面沉降致使部分地区地面标高降低，甚至低于海平面。港口设施失效地面下沉使码头大去效用，港口货物装卸能力下降。桥墩下沉，影响航运桥墩随地面沉降而下沉，使桥下净空减小，导致水上交通受阻。地基不均匀下沉，建筑物开裂倒塌地面沉降往往使地而和地下建筑遭受巨大的破坏，如建筑物墙壁开裂或倒塌、高楼脱空，深井井管上升、井台破坏、桥墩不均匀下沉，自来水管夸裂漏水等。地面沉降的危害由于地面沉降，矗立于古都西安的唐代建筑大雁塔倾斜已达上千毫米。由于地面沉降，大片房屋下沉地面沉降1米多露出旧时防空洞地面沉降的监测与预测地面沉降的监测地面沉降的监测项月主要有大地水准测量、地下水动态监测、地表及地下建筑物设施破坏现象的监测等。根据地面沉降的活动条件和发展趋势，预测地面沉降速度、幅度、范围及可能产生的危害。监测的基本方法是设置分层标、基岩标、孔隙水压力标、水准点、水动态监测网、水文观测点、海平面预测点等，定期进行水准测贷和地下水开采量、地下水位、地下水压力、地下水水质监测及地下水回灌监测，同时开展建筑物和其他设施因地面沉降而破坏的定期监测等。地面沉降的监测与预测地面沉降趋势的预测虽然地面沉降可导致房屋墙壁开裂、楼房因地基下沉而脱空和地表积水等灾害，但其发生、发展过程比较缓慢，属于种渐进险地质灾害，因此，对地面沉降灾害只能预测其发展趋势。目前地面沉降预测计算模型主要有两种：（i）基于释水压密理论的土水模型，（ⅱ）生命旋回模型。地面沉降防治措施地面沉降与地下水过量开采紧密相关，只要地下水位以下存在可压缩地层就会过量开采地下水而出现地面沉降，而地面沉降一旦出现就很难处理。因此地面沉降主要在于预防。其主要措施包括：建立全面地面沉降监测网络，加强地下水动态和地面沉降监测工作；开辟新的替代水源，推广节水技术可以地表水代替地下水资源；以人工制冷设备代替地下水资源；实行一水多用，充分综合利用地下；调整地下水开采布局，控制地下水开采量；对地下水开采层位进行人工回灌。上海市自1966年采用了“冬灌夏用”为辅，大量人工补给地下水，水位大幅度回升，常年沉降转为“冬升夏沉；实行地下水开采总量控制，计划开采和目标管理。地面沉降的主要原因是地下水的集中开采（开采时间集中、地区集中、层次集中），因此适当调整地下水的开采层和合理支配开采时间，可以有效的控制地面沉降。加强宣传，增强防灾意识：不断提高全民的防灾减灾意识，依法严格管理地下水资源，要合理开发利用地下水资源。除上述措施外，还应查清地下地质构造，对高层建筑物的地基进行防沉降处理。在已发生区域性地面沉降的地区，为减轻海水倒罐和烘劳等灾害损失，还应采取加高固防红堤，防潮提以及疏导河道，兴建排涝工程等措施。地面沉降防治措施4.2滑坡灾害防治基本定义：滑坡:是斜坡上的岩体或土体，在重力作用下，沿一定的滑动面整体下滑的现象。泥石流:是山区爆发的特殊洪流，它饱含泥砂、石块以至巨大的砾石，破坏力极强。滑坡的要素：滑坡体、滑坡周界、滑坡壁、滑坡台阶、滑动面（带）、滑坡床、滑坡舌、主滑线、拉张裂缝、羽状裂缝、鼓张裂缝、扇形张裂缝、封闭洼地（滑坡湖）等。滑坡的要素：11093154211121413315104113576(a)平面(b)剖面滑坡要素平剖面示意图1.滑坡体；2.滑坡周界；3.滑坡壁；4.滑坡台阶；5.滑动面（带）；6.滑坡床；7.滑坡舌；8.主滑线；9.拉张裂缝；10.主裂缝；11.剪切裂缝；12.羽毛状裂缝；13.鼓张裂缝；14.扇形张裂缝；15.封闭洼地（滑坡湖）滑面滑床剪出口滑体滑舌滑坡后壁滑前地形面滑前临空面滑坡的基本结构泥石流定义：指山区沟谷中，由暴雨、冰雪融水或库塘溃坝等水源激发，形成的一种挟带大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流。泥石流示意图。往往突然爆发，浑浊的流体在很短时间内将大量泥沙石块冲出沟外，在宽阔的堆积区横冲直撞、漫流堆积。按流域的沟谷地貌形态可分为坡面型泥石流和沟谷型泥石流坡面型泥石流示意图坡面型泥石流沟谷型泥石流沟谷型泥石流示意图滑坡的形成条件地形地貌斜坡的高度、坡度、形态和成因与斜坡的稳定性有着密切的关系。高陡斜坡通常比低缓斜坡更容易失稳而发生滑坡。斜坡的成因、形态反映了斜坡的形成历史、稳定程度和发展趋势，对斜坡的稳定性也会产生重要的影响。地层岩性地层岩性是滑坡产生的物质基础。虽然入同地质时代、不同岩性的地层中都可能形成滑坡，但滑坡产生的数量和规模与岩性有密切关系。地质构造主要表现在两个方面：（l）滑坡沿断裂破碎带往往成群成带分布。（2）各种软弱结构面（如断层面、岩层面、节理面、片理面及不整合面等）控制了滑动面的空间展布及滑坡的范围。水文地质条件（1）地下水进入滑坡体增加了滑体的重量，滑带土在地下水的浸润下坑剪强度降低。（2）地下水位上升产生的静水压力对上覆不透水岩层产生浮托力，降低了