上海市外滩防汛墙结构沉降的预测研究

以上海市外滩防汛墙改建工程为背景,依据外滩防汛墙多年的沉降观察资料,使用黏弹性有限元反分析,对未来防汛墙结构沉降进行预测。整理和分析了从1993年建成之时到2002年的结构沉降观测资料,选取了用于结构沉降反演计算和预测的典型断面和测点,并分别绘制了防汛墙结构沉降随时间发展的曲线。通过二维平面应变有限元正分析,确定了影响结构沉降的主要地层。基于外滩防汛墙二期结构沉降量测数据,采用黏弹性有限元反分析方法对防汛墙结构沉降进行反算,得到主要压缩土层的等效弹性模量,进而预测未来防汛墙结构沉降的发展趋势。其研究成果可为上海市防汛墙建设和技术管理工作提供依据。     

上海外滩防汛墙的高度

本文提出上海外滩防汛墙的建立及以后几次加高主要是上海城市地面沉降引起的。防汛墙安全递增率随时间、地点而不同,其决定性因素为地面沉降率和海面上升率。祗有在地面基本稳定的条件下,上海市区防汛墙的高度才主要取决于气象、风暴潮引起的高潮位。     

黄浦江防汛墙沉降特征及其对防洪能力影响的分析

在黄浦江防汛墙沉降监测基础上,总结了防汛墙沉降特征与影响因素,部析各类沉降对黄浦江防汛墙防御能力的影响。同时,以外滩黄浦江防汛墙为例,分析了区域地面沉降、工程结构沉降和近墙施工等因素对防汛墙影响的权重,综合评价了防汛墙沉降对其防洪能力的影响,提出了相关的对策措施和建议。     

确定大江大河防洪堤高度应考虑地面沉降因素——对1998中国大洪水的反思

世界上抽汲地下水或石油引起地面沉降正越来越普遍。大江大河防洪能力降低是地面沉降灾害现象之一。上海因地面沉降产生严重的洪涝灾害,上海外滩防汛墙高度的主要决定因素是地面沉降。沙市、武汉、哈尔滨和大庆等城市和地区是我国1998年夏特大洪水的重灾地区,这些城市和地区实际上已存在地面沉降问题。几十年来产生的地面沉降很可能已降低了这些地区江河大堤的防洪能力,从而加重了这次洪涝灾害。建议在确定大江大河防洪堤高度应考虑地面沉降因素,并尽快对重点城市和地区进行地面沉降调查与预测研究。     

上海地面沉降与城市防汛安全

文章根据上海黄浦江最高潮位与地面沉降的历年变化发展情况,结合城市防汛工程的沉降现状,分析了地面沉降对上海城市防汛安全的影响。指出地面沉降的长期危害是影响上海城市防汛安全的重要因素,地面沉降的监测与防治是城市安全设防的重要内容。     

盾构隧道穿越苏州河对防汛墙的影响分析

轨道交通11号线盾构隧道穿越苏州河将会对防汛墙的安全造成影响。为保证盾构顺利实施,拔高影响盾构穿越的桩基,采用双跨门洞式的结构型式对防汛墙结构加固改造。在保证防汛墙安全的前提下,为隧道穿越预留了足够空间。运用有限元数值模拟方法建立计算模型,对隧道穿越前后防汛墙结构的受力和变形形态进行分析。研究结果表明,隧道穿越前底板呈连续梁变形规律,长桩桩身中部和短桩桩端呈向外侧扩张的趋势,整个结构受力性状符合门洞式刚架结构的特性。隧道穿越后,底板的变形趋势与隧道穿越前变形规律相似,最大变形位于隧道上部跨中部位,而桩基变形形态则完全不同,隧道开挖引起长桩桩身中部和短桩桩端向隧道侧的变形,长桩呈挠曲变形,桩身最大变形位于隧道拱轴线附近,短桩呈刚体变形,最大变形位于桩端。经与实测沉降数据对比,盾构的穿越对防汛墙变形的影响处于可控状态,整体防汛墙计算沉降值与实测值较为接近。     

地面沉降研究的新进展与面临的新问题

通过国内外地面沉降研究历史概述 ,介绍了多方面的地面沉降原因。由于地下支撑物的移动导致地面标高损失是目前对地面沉降概念或原理的最新概括和总结。文章从监测技术、信息系统、图件编制、预测计算、损失评估和防治措施等方面概括了中国近年来地面沉降研究取得的新进展。同时提出淤泥质软土沉降问题、深部土层沉降问题、工程性沉降问题、长江三角洲地面沉降的严重性和系统性问题、地面沉降引起的全国性防汛能力降低问题和干涉合成孔径雷达 (InSAR)探测技术是中国当前地面沉降研究面临的新问题。最后指出 ,在中国城市化和工业化高速发展的 2 1世纪上半叶 ,中国东部的地面沉降问题将更大、更多、更复杂 ,需要认真规划和控制。     

浙江温州市永强平原地面沉降分析与趋势预测

温州市永强平原经济发达,工业化的发展和地下水无计划的开采,使永强平原地面沉降较为严重,永中累计沉降量超过300mm。为了更好地对永强平原地面沉降做出分析预测,本文通过研究区域地质环境、地下水开采量、地下水位的动态变化特征及2005～2010年的地面沉降监测资料,分析地面沉降速率、范围、沉降量,从而进一步探讨地面沉降与地层结构、地下水动态的关系,同时采用年开采量和年平均沉降速率预测2015年的地面沉降量。分析结果对深化永强平原地面沉降研究具有一定意义。     

国际地面沉降研究综述

文章在介绍国际地面沉降会议历史及２０００年第六届国际地面沉隆会议简况的基础上,并根据２０００年第六届国际地面沉降会议论文,对国际地面沉降研究进展情况分成如下六个方面进行了综述。地面沉降地质因素介绍了古代地面沉降、泥炭层沉降、地震砂土液化地面沉降和海平面上升研究状况。地下流体运移地面沉降方面介绍了以地下水开采为主的地面沉降问题及地面塌陷、天然气开采引起的地面沉降、均匀沉降对建筑结构的破坏和欠固结石英     

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。     

广西大学地铁车站深基坑变形监测数据分析

本文以南宁市地铁1号线试验车站广西大学站基坑工程为背景,通过对基坑工程施工动态监测数据进行分析,总结了广西大学站地铁车站深基坑的连续墙变形及周围地表沉降变形特征。监测数据的分析结果表明:广西大学站基坑开挖引起的地表沉降量值比较小,影响范围主要集中于0～2H(H为基坑开挖深度),产生最大沉降值的位置约为墙后0.5～0.7H,沉降变形影响最远延伸至距基坑边缘约为4H处; 并可依此变形特征规律给出圆砾层地区基坑地表沉降预估曲线与环境保护等级的划分。     

考虑隧道降水和开挖施工过程的三维地面沉降模拟

明挖法是隧道施工中常用的一种方法,但其降水和开挖施工不可避免地会引起周围地面沉降。为了防止隧道施工对周围环境及建筑物产生严重的不良影响,地面沉降控制是检验施工支护设计合理性的关键。隧道施工造成地面沉降的主要原因有降水、开挖和支护作业,以往研究大多集中于单一因素的影响分析,为使分析结果更接近于工程实际,需将三者综合考虑,从全过程的角度进行三维模拟计算。为此,结合无锡市某湖底隧道建设,利用ABAQUS 有限元分析软件建立了三维模型,选取具有不同开挖围护结构方案的两个代表性区段,对隧道降水和开挖施工引起周围土体的位移和地面沉降进行模拟研究,模拟中考虑了止水帷幕、挡土墙和桩基础的施工,降水施工,以及开挖和支撑施工等,模拟结果与现场实测数据进行了对比验证,模拟结果表明：（1）随着与基坑距离的增加,土体从隆起逐渐转变为沉降继而再逐渐减小,开挖施工和降水施工对最终地面沉降量的占比分别为30%~40% 和60%~70%;（2）采用钻孔灌注桩围护的直立开挖段产生的地面沉降要大于同样深度的放坡开挖段;（3）桩基础有助于控制地面沉降。     

基于短基线子集(SBAS)干涉技术的地表时序沉降估计

目前我国很多城市正在遭受地面沉降的地质灾害,长三角地区尤为严重,其持续时间长,规模大,带来的经济损失 巨大,无锡是长三角地区大规模地面沉降的典型代表城市之一。为此,本文利用 10 景 ALOS PALSAR 影像,基于短基线子 集(SBAS)干涉技术,评估了无锡市从 2007 年 1 月 12 日到 2011 年 3 月 10 日的地表时序形变。研究结果表明:惠山区沉降速率 较快;2007 年到 2009 年沉降空间格局发生了改变,2009 年到 2010 年监测结果出现异常陡降。实验证明利用短基线子集 (SBAS)干涉技术对大范围的长时间序列沉降监测可行且有效,其监测结果可以让决策者全面掌握地面沉降灾害的整体状 况,从而为地理国情监测以及防灾减灾提供重要的科学依据,同时也可以根据沉降规律追溯历史工程活动时间 。     

基于双曲线模型的采空区路基变形监测预警系统的建立

通过采空区域高速公路路基地表沉降变形的现场监测,建立了路基沉降变化观测值数据库,基于实测数据,建立了地表沉降变形预测模型,研发了路基沉降变形监测预警系统,并进行了公路路基工后沉降变形的预测分析,最终生成沉降预警报告。     

地面沉降对高速铁路的影响分析

北京平原区快速发展的地面沉降对高速铁路的发展构成了威胁,地面沉降与过量开采地下水造成的水位下降关系密切,为此有针对性地开展基于高速铁路的地下水动态与地面沉降相关关系研究对于高铁安全运行意义重大,特别是对于制定高铁沿线地下水开采方案、地面沉降减缓措施和工程措施至关重要。基于其对高速铁路的影响模式,本文将地面沉降分为区域沉降和局部沉降两种类型。针对区域沉降,利用Logistic方程,使用天竺、望京及王四营分层地面沉降和地下水位数据,构建了不同层位地下水水位变化与地面沉降之间的相关关系模型,通过ABAQUS计算局部地区,对于6m高路堤和15m CFG桩处理深度的地基而言,当渗透系数k=2m／d,距离线路边缘25m处浅层地下水下降10m将产生约61—85mm的沉降。     

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。     

不同方法求解疏排水引起的地面沉降对比研究

地下水开发利用和疏排水过程引起的地面沉降是一个渗流场与应力场耦合的过程。基于算例模型,分别采用目前常用的基于渗流-沉降分步计算的土力学经验公式、渗流-沉降部分耦合的GMS软件中SUB模型以及目前少用的基于渗流-沉降全耦合的COMSOL Multiphysics模型对疏排水引起的地面沉降量进行了计算。对比不同方法计算结果表明,COMSOL Multiphysics计算疏排水引起的地面沉降可行且计算结果较经验公式法、GMS中SUB模型的结果更为合理、更符合实际沉降特征。在此基础上,采用COMSOL Multiphysics和GMS中SUB模型对比研究了不同渗透系数对地面沉降计算的影响,结果进一步验证了COMSOL Multiphysics求解疏排水引起地面沉降的可靠性。     

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。     

基于SBAS-InSAR技术的豫北平原地面沉降监测

豫北平原是河南省平原地区地面沉降灾害较严重地区之一,快速全面掌握豫北平原地面沉降信息、有效防控地面沉降的持续快速发展对中原城市群建设至关重要。本文借助中高分辨率RADARSAT-2雷达数据,基于SBAS-InSAR技术获取了豫北平原2014-2016年的地面沉降监测数据。监测结果表明：两年内豫北平原地面整体下沉,区内共圈定8个较明显的沉降区,总面积约3 006 km²,各沉降区沉降速率在25.00~114.85 mm/a之间;其中,除安阳县白壁镇-内黄县沉降区和辉县沉降区最大沉降速率分别达到95.36和114.85 mm/a之外,其余6个沉降区最大沉降速率均小于73.58 mm/a。根据沉降区现场实地调查和综合分析发现,豫北平原地面沉降主要是活动断裂、松软岩土、地下水超采、城市建设活动、石油和地热资源开采等共同作用的结果。建议将豫北平原地面沉降的防控重点放在人类活动引起的地下水超采和城市建设引发的松软岩土层超量堆载等方面。