北京地面沉降区土体变形特征

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1、第39卷第1期中国地质Vo1．39．No．12012年2月GEoLoGYINCHINAFeb．．2012北京地面沉降区土体变形特征田芳1郭萌2罗勇1周毅1贾三满1(1．北京市水文地质工程地质大队，北京100195；2．北京市地质矿产勘查开发局，北京100195)提要：因过量开采地下水而引发的地面沉降问题已成为北京平原区最主要的地质灾害。北京地面沉降监测网络从2002年开始建设．到2008年底已经基本覆盖整个平原区。本文基于地面沉降分层标和地下水位监测资料，从土体变形与水位随时间的变化、土体变形和水位的关系出发．分析了不同岩性、不同深度土体在不同的水位变化模式

2、下的压缩变形特征．最终将土体在水位变化下的变形特征概括为5类。结果表明：现阶段北京地面沉降区浅部土体压缩减缓，中深部土体和深部土体多以较快的速度持续压缩。砂层以弹性变形为主：不同埋深的粘性土体存在弹性变形、塑性变形和蠕变变形．具有显著的粘弹塑性。关键词：地面沉降；压缩层；变形特征；北京中图分类号：P642．26文献标志码：A文章编号：1000-3657(2011)01-0236-07沉降监测网站预警预报系统(一期)工程建设，首批1引言建成了3个地面沉降监测站．于2004年开始监测。地面沉降是一种全球性的灾害．全世界有150二期工程也于2008年竣工。至此．北

3、京已经初步形多个城市出现了因地下水过量开采而引发的严重的成了以高精度水准测量、GPS测量、InSAI~测量和地面沉降问题n北京也是国际上为数不多的以地地面沉降监测站构成的地面沉降立体监测【4，监测下水作为主要供水水源的大城市之一，十多年来，地范围覆盖整个平原区。下水一直占城市总供水量的2／3左右翻。与此同时。国内上海、天津和苏锡常地区都有比较长序列因地下水过量开采使北京平原区出现了地面沉降和的地面沉降监测数据．多位学者已经基于此．进行了地裂缝等环境地质问题。大量土层变形特征的研究工作[6-11]本文即从北京地北京地面沉降最早发现于1935年西单到东单面沉降监

4、测数据的综合分析入手．探讨地面沉降快一带20世纪50—60年代因工业发展大量开采地速发展阶段下的压缩层变形特征．为进一步建立合下水．形成了东郊地面沉降区。此后，北京地面沉降理的地面沉降模型奠定基础。经历了发展(1973-1983年)、扩展(1983-1999年)2水文地质工程地质条件和快速发展(1999一至今)几个阶段嘲。截至2010年底．地面沉降量超过50rnnl的区域面积已达4200北京平原区第四系是在永定河、潮白河、温榆多km2．约占整个平原区面积的66％。最大累计沉降河、大石河、洵河等几大河流的冲、洪(湖)积作用下量达1233mln。形成的，沉积环境

5、复杂。顺着这几大河流的流向，从北京市在1990年建成了第一个地面沉降监测西北向东南，从山前向平原，第四系厚度逐渐增大，站——八王坟地面沉降监测站．2002年开始了地面层次增多，沉积物颗粒变细。在西、北部的山前地带收稿日期：2011—05一O6；改回日期：2011—12-05基金项目：中国地质调查局“华北平原(北京)地面沉降监测与防治综合研究”项目(121201084044)、北京市政府财政项目“北京市地面沉降监测运行”(国土京环f2004】75号)、北京市地质矿产勘查开发局地面沉降专项研究项目(京地[2009]65号)联合资助。作者简介：田芳，女，1981年

6、生，硕士，工程师，主要从事地面沉降监测与研究；E-mail：TFh-001@163．corn。中国地质沙河一八仙庄一东小口、顺义李遂一平各庄、朝阳金据与相应的水位变化做土体的应力一应变曲线．分盏一楼梓庄一管庄、通县张家湾一永乐店、大兴礼析不同深度压缩层组土体的变形特征贤一安定一带厚度最大，一般大于150m，这些地区3．1含水砂层的累计地面沉降量一般在400mm以上．都是北京分层标F3—8监测层段48．5～64．5m是以细砂平原区地面沉降发育比较严重的地方。和中粗砂为主的承压含水层。水位呈季节性波动，年均水位随时间呈小幅下降趋势．随着水位的周期性3不同深度土体

7、变形特征升降。该段含水层表现出基本同步的回弹压缩(图F1、F2、F3是北京市地面沉降监测网站预警预2-a)。砂层在缓慢的循环荷载作用下．加载曲线和报系统工程首批建设的3个地面沉降监测站．站内卸载曲线非常接近．主要表现出弹性变形特征(图均建有基岩标、分层标、地下水动态监测孔和孑L隙水2-b)．年残余变形量小于0．5mm。压力监测孔这3个站都建在北京早期形成的东郊3．2第一压缩层组——浅部土体地面沉降区内监测站内与每个分层标监测相对应分层标F3—10监测层段2．4—35．4m以粉土为的有该层位连续的水位观测资料用分层标监测数主．约占该段地层总厚度的90％。如图3

8、一a所示．潜(a)水位与变形随时间的变化(b)水位与