地面沉降的监测技术

2025-03-21 21:06:58

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回答1：

（一）孔隙含水系统水文地质工程地质分析

孔隙含水系统水文地质工程地质分析是开展地面沉降防治及预测各项工作的基础，要求首先查清孔隙含水系统中含水层和粘性土层的空间分布规律及结构特征，在此基础上，分别进行水文地质、工程地质分析。

水文地质分析的内容有：①对含水系统的开采井的位置、开采量、开采层位进行调查并编绘出相应的图件；②地下水动态分析，包括水量动态和水位动态分析两项内容，水量动态分析主要是对开采量进行统计分析，统计时应分层或者按含水组进行，并找出开采量随时间、季节的变化规律；水位动态分析，主要分析各个开采含水层组水位变化与开采量之间的关系，并编绘出等水位线图及相关图件；③通过抽水资料分析，查清各含水层的水文地质参数（渗透系数、储水系数等）的空间分布。

工程地质分析是根据含水系统中主要粘性土层的沉积岩相、孔隙度、含水量、天然密度、压缩系数、压缩模量、前期固结压力等物理、力学指标和渗透系数，进行工程地质分层，划分出主要压缩层。在分析过程中应将重点放在主要开采层及其相邻的粘性土层上。

此项工作的目的是通过上述工作，用水文地质、工程地质参数对含水系统进行描述，使其数字化，并用时空动态数据描述含水系统与人工开采系统、地表水系统、大气降水系统之间的关系，为进行地面沉降防治及预测打下基础。这项工作中，对含水系统的分析程度和描述精度直接关系到地面沉降防治及预测的质量。

（二）基岩标的建立与观测

地面沉降观测是对沉降区沉降量的测量，该沉降量是相对于地面原标高的下沉量，由于地面沉降面积大，在沉降区内找不到稳定的基准点，地面沉降观测一般是以基岩山区的水准点作为稳定基准点。测量时往往需要从山区的基岩水准点出发，用一级导线水准测量出沉降区的沉降量，这样做，不但费工费时，而且精度受基岩水准点到沉降区距离的影响。天津在20世纪70年代末进行地面沉降观测时，每次都得从90km外的蓟县山区基岩水准点出发，进行水准测量，工作量很大。为解决这一问题，就需在沉降区内建立基岩标。基岩标是在沉降区内利用钻孔揭穿基岩以上所有的松散沉积层，将钢制标杆埋设在基岩上的水准点。在沉降区内，以基岩标作为稳定的水准基准点，进行沉降量的测量。天津在80年代中期，建立了以基岩标为基点的地面沉降观测系统，不仅节省了工作量和投资，而且提高了测量精度。基岩标结构见图11-6（a）。

1.分层标的建立与观测

通过对地面水准点进行水准测量得到的沉降量，代表该水准点地面以下各个地层沉降量的总和。在地面沉降研究中需要获得含水系统中主要地层（含水层、粘性土层）的沉降量，以了解它们单独在地面沉降总量中的贡献，这就需要建立分层标。分层标是将钢制标杆埋设在主要地层顶、底面上的水准点。两个相邻分层标的沉降量之差即为这两个分层标之间地层的沉降量。根据地层的沉降量即地层的变形量（ΔS）、地层厚度（M）、水位下降值（Δh）及孔隙比（e）便可用以下公式计算出地层的压缩系数（a_V）、压缩模量（E）、单位释水系数（S_S）等工程地质、水文地质参数。

生态水文地质学

这些参数代表性强，一方面，可直接用于地面沉降的预测；另一方面，这些参数是可变的，它反映出地层力学性质随应力（水位下降值）及土的固结程度的变化。一般来说，若采用从土工实验室获得的上述参数进行地面沉降的预测，误差较大，需用分层标资料来校核。分层标结构见图11-6（b）。

例题1：某市承压含水系统中第二含水组粘性土层厚6m，孔隙比为0.4，1980年含水组水位下降2m，分层标测得它的沉降量为20mm，试计算出粘性土层的压缩模量（E）、压缩系数（a_V）、单位释水系数（S_S）。

生态水文地质学

2.孔隙水压力观测

孔隙水压力观测是观测含水层或粘性土层中孔隙水的压力变化。通常是将专门的孔隙水压力测头埋设在已设置沉降标地层的中部、距沉降标很近的位置上，观测沉降层中孔隙水压力变化。孔隙水压力观测与沉降标观测同步进行，只是观测密度要大一些。进行孔隙水压力观测的目的是分析主要沉降层孔隙水压力消散与变形的关系，掌握在含水层水位变化条件下沉降层中孔隙水压力消散、固结特征及变形的滞后效应等。与沉降标观测一样，孔隙水压力观测是研究地面沉降的主要手段之一。孔隙水压力测头结构见图11-6（c）。

图11-6（a）基岩标结构示意图

图11-6（b）分层标结构示意图

图11-6（c）孔隙水压力测头结构示意图

3.地面沉降观测网

地面沉降观测网由基岩标、地面水准点、分层标及地下水长观系统组成，用来对地面沉降发展趋势进行有效的监测。地面水准点依据水位降落漏斗的形态布置，布置的点数以能控制沉降漏斗形态为标准，尽量利用已有的水准点，节省工作量和投资，在外围地区，点的密度小一些，漏斗中心区，点的密度则大些。分层标设在沉降中心区的主要压缩层上，对压缩层的变形特征进行监测。地下水长观系统主要监测含水系统中各个含水层的水位及开采量变化，结合沉降量的观测资料分析开采量、水位下降值与沉降量之间的相互关系。

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