新闻动态
近日要闻
通知公告
工作动态
行业要闻
媒体之声
更多>>
江苏地调院简报第218期
江苏地调院简报第217期
江苏地调院简报第216期
江苏地调院简报第215期
江苏地调院简报第214期
江苏地调院简报第213期
    您当前位置:江苏省地质调查研究院 >> 新闻动态 >> 通知公告 >> 浏览文章
院公示--采水型地裂缝发育扩展机制与预测预警研究
发布时间:2019年11月04日 浏览:

 

    一、采水型地裂缝发育扩展机制与预测预警研究

    (一)项目基本情况

主要完成单位:江苏省地质调查研究院、南京大学

主要完成人:朱锦旗、吴吉春、于军、叶淑君、龚绪龙、张云、张岩、王光亚、武健强、卢毅、刘明遥、闵望、顾春生、张其琪、吕菲菲

技术评价时间:2012115

成果登记时间及登记号:登记时间:2013125日,登记号:20140037

    (二)项目简介

地裂缝灾害是长江三角洲平原区差异性地面沉降的极端表现,分布广,数量众多。自上世纪八十年代末期发现地裂缝至今,共调查发现20多条地裂缝,长度累计23km,造成巨大经济损失,严重制约城市规划、土地有效利用、重大交通线路安全和社会经济可持续发展对城市规划布局及重大线性工程建设形成巨大影响。开展地裂缝灾害成因机理及预测预警技术研究,指导地方政府防灾减灾规划,已成为保障地区社会经济可持续健康发展的迫切需要。

该项目在苏锡常地区地面沉降、地裂缝研究基础上,以采水型地裂缝为研究重点,利用土体物理力学试验、室内大型物理模型试验、数值模拟等相结合的方法,系统研究了中国采水型地裂缝的成因,提出先期断层模式基岩起伏模式两种采水型地裂缝成因模式;对于苏锡常地区典型基岩起伏型地裂缝,深入研究了地下水开采/禁采条件下,地层结构性变形(压缩/回弹)的时空发展规律,识别了地裂缝发生演化的过程(形变、破裂、扩展、稳定),揭示了基岩起伏型地裂缝拉张-剪切耦合的力学破裂机制和动力学过程,提出了苏锡常地区基岩潜山型地裂缝的触发机理和临界条件;以此为基础,进一步定量化了土层断裂破坏机制,建立了地裂缝三维形变数值模拟模型,实现了区域尺度和场地尺度两个层面的地裂缝发育扩展模拟预测和预警,为地裂缝灾害风险管控提供了科学指导。主要形成了以下四方面的原创性成果。

1、掌握了苏锡常地区采水型地裂缝演化动力学过程,首次全面阐述了地裂缝生命周期的压、拉、剪、弹力学机制,揭示了该地区地裂缝发展的时空演化规律。

2、建立了世界上首个大型采水型地裂缝物理模型,通过利用分布式光纤监测系统,开展了水位与沉降的关系、应力分布、裂缝的发生发展动态变化过程研究,揭示水位下降过程中差异性沉降导致的应力传导、土层破坏、裂缝发生发展之间的关系,还原了地裂缝发育演化过程。

3、在国际上首次引入界面元法建立了典型地裂缝三维形变数值模拟模型,开展了地裂缝定量预测预警研究,并成功应用于无锡杨墅里地裂缝的三维数值模拟。

4、创新性提出了区域-场地双尺度有限元耦合界面元模拟方法,模拟实际三维地质结构中过量开采地下水导致地裂缝的发生和发展,首次实现了区域地裂缝发育扩展模拟预测预警及其工程应用,可推广应用于其它类似地面沉降区地裂缝灾害风险管控。

应用推广及效益情况:

本项目研究过程中共发表论文37篇,sci论文11篇,专著1部,发明专利2项,实用新型专利2项。

成果很好指导了全区地裂缝地面沉降灾害调查与评价、监测预警与风险控制工作,形成了地裂缝防灾减灾示范,开创了地裂缝定量化预测、精细化管理新阶段,并将苏锡常地裂缝研究推进到国际领先进水平。

    (三)客观评价

1、中国地质调查局组织的专家组验收意见

1)进一步优化完善了地面沉降监测网络。调整了GPS监测网布局,加强了对重要沉降区的控制,建立了本地区的观测参考基准,升级了监测点技术标准;新增260公里水准测量路线并实施一等水准测量,提升了区域地面沉降的监测能力,推动了地面沉降点线面集成监测的方法体系建设。达到了项目预期目的;(2)实施了多尺度、多方法的地面沉降监测。以GPS进行区域控制,基岩标分层标进行关键点控制,长距离水准测量进行线控制,以InSAR测量来补充对面上的精细刻画。总结了多年地面沉降GPS测量经验,制定适合本地区的GPS监测地面沉降技术方案,明确了对观测设备、观测方法、数据解算的技术要求,提高了地面沉降观测精度;(3)全面总结了苏锡常地区地面沉降控制成效。通过对2000年至2005年间各市地下水开采量、开采井数据的分析,评价了“禁采”深层地下水对苏锡常地区地面沉降的控制效果,揭示了苏锡常地区地质环境改善过程中表现出的地区差异特征,为下一步政府部门制定地面沉降防控措施提供了科学依据;(4)研究了不同概率条件下的地面沉降和不同发展水平的社会经济共同作用下的灾害危害性,开展了地面沉降风险评价,及时对潜在的灾害风险进行预警,为各地政府采取规避措施提供决策依据;(5)开展了锡西澄南地区地面沉降风险管理示范性研究。通过把本地区地面沉降、地裂缝灾害与京沪高速铁路的地质安全性结合起来进行分析,完整展示了地面沉降的风险“识别—评价—处置”全过程提出了“水—土”一体化管理、动态规划的建议,为苏锡常地区地面沉降分析控制提供了范例。评审专家认为“苏锡常地区地面沉降监测与风险管理”项目报告内容丰富、文图并茂,资料翔实、成果突出、结论可信,成果可为政府实施区域地面沉降防控、防灾减灾提供技术支撑。

2、来自项目成果应用单位的评价

1)中国地质环境监测院评价:我院应用该成果,进行了地面沉降inSAR数据的较准,全面分析了中国东部沿海一带的地面沉降地裂缝发展形势,为本院每年编制《全国地面沉降趋势分析》报告提供详实的数据支撑。同时改成果对采水型地裂缝的形成机理与预测预警技术进行了系统深入的研究,实现了典型地裂缝的定量化预测,形成了一套系统性的采水型地裂缝研究方法体系,为长三角地区乃至全国地面沉降、地裂缝调查与研究项目起到了示范与带头作用,为制定地面沉降、地裂缝调查相关标准提供重要技术支撑。

2)陕西省地质调查研究院评价:该成果对地下水开采/禁采条件下,地裂缝动力学演化过程进行深入的研究,并实现了地裂缝发展趋势定量化预测,对区域地面沉降、地裂缝地质灾害防治具有重要的指导作用。该成果采用的技术手段和方法对我院开展汾渭盆地地裂缝地面沉降灾害调查与评价、监测预警与风险控制工作具有很好的示范与借鉴作用。同时该成果建立的地裂缝数值模型为区域重大工程地面沉降、地裂缝防减灾提供定量化评价工具,可推广应用于陕西地裂缝发育的风险管控中。

3)陕西省地质环境监测总站评价:该成果对采水型地裂缝的形成机理、扩展机制、动力学过程进行了系统深入的研究,形成了一套系统性的采水型地裂缝研究方法体系;并实现了区域尺度和场地尺度两个层面的地裂缝发生和发展趋势的模拟和预警。我站从2015年开始借鉴苏锡常地区地裂缝、地面沉降研究相关方法,应用于陕西地区地裂缝调查监测、灾害预警和防治研究实践中,起到积极作用。

4)无锡市自然资源与规划局评价:我局应用该成果成果实现了无锡光明村地裂缝定量化的预测,准确圈定了区域地面沉降、地裂缝易发区,成果为我市地面沉降、地裂缝地质灾害防控与防灾减灾提供了技术支撑;同时禁采后地面沉降、地裂缝变化规律的研究结果,也对我市城市建设中土地规划具有一定的指导作用。目前我市地面沉降、地裂缝地质灾害已得到有效控制,避免了每年超过50亿元的经济损失,取得了巨大的社会经济和环境效益。

5)常州市自然资源局评价:我局应用该成果系统的掌握了常州市地裂缝的空间分布以及地裂缝的孕灾机制与临界条件,并对区域地面沉降、地裂缝发展趋势进行了预测,为国土空间规划和地质灾害防治措施制定提供了科学依据,充分发挥了地面沉降、地裂缝防治工作在城市规划、建设和管理中服务和保障作用。目前我市地面沉降和地裂缝地质灾害已得到有效控制,避免了每年超过50亿元的经济损失,取得了巨大的社会经济和环境效益。

6)苏州南智传感科技有限公司评价:该成果深入的研究了苏锡常地区采水型地裂缝发育演变理论与动力学过程,自2016年以来不断为我公司研发地裂缝新型光纤传感器提供可靠的理论数据。同时江苏地调院建立的大型物理模型系统利用我公司的分布式光纤监测设备,实现了水位、土体应力应变等监测,为我公司产品应用提供了很好的实践机会,也为产品进一步优化和性能调整提供了很好的数据支撑。

    (四)主要知识产权目录

1、发明专利(含软件著作权)

1) 一种大型地裂缝物理模型的实验系统[P], 江苏:CN106018755B,2018-10-23,发明人:王光亚,朱锦旗,于军,龚绪龙,卢毅,吕菲菲,陈明珠

2)一种地裂缝地质体的三维建模可视化方法及装置[P], 北京:CN105719342A,2016-06-29,发明人:朱琳,宫辉力,于军,李小娟,刘一冬,朱锦旗,郭高轩

3) 一种大型地裂缝物理模型的实验系统[P], 江苏:CN205879940U,2017-01-11,发明人:王光亚,朱锦旗,于军,龚绪龙,卢毅,吕菲菲,陈明珠

4)全自动卧式土的单轴抗拉强度测定装置[P], 江苏:CN206095789U,2017-04-12,发明人:赵秀峰,于军,陆志锋,龚绪龙,罗惠芬,曹景洋,陈帮建,高孝礼,王光亚,范建

2、专著

朱锦旗,张卫强,于军,龚绪龙,孙强等著,土体裂缝危害及试验研究,中国矿业大学出版社,2016

3、发表论文

外文论文:

1) Guang-ya Wang, Jin-qi Zhu, G。 You, Jun Yu, Wei Li, Fu-gang Gou, Land rebound after banning deep groundwater extraction in Changzhou,ChinaEngineering Geology, 2017, 229: 13-22。

2) Guang-ya Wang, Greg You, Jin-qi Zhu, Jun, Yu, Xu-long Gong, Wei LiEarth Fissures in Su-Xi-Chang Region, Jiangsu, China,Surveys in Geophysics, 2016, 37:1095-1116.

3) Guang-ya Wang, G. You, Jin-qi Zhu, Jun Yu, Xu-long Gong, Jian-qiang Wu, Investigations of Changjing Earth Fissures, Jiangyin, Jiangsu, China,Environmental Earth sciences, 2016, 75(6): 502:1-10.

4) Shujun Ye, Andrea Franceschini, Yan Zhang, Carlo Janna, Xulong Gong, Jun Yu, PietroTeatini, A Novel Approach to Model Earth Fissure Caused byExtensive Aquifer Exploitation and its Application to theWuxi Case, China. Water Resources Research,2018, 54: 1-21.

5) Yun Zhang, Jun Yu, Xulong Gong, Jichun Wu, et al. Pumping-induced stress and strain in aquifer systems in Wuxi, ChinaHydrogeology Journal2018, 26(3):771-787

6)    Y. Zhang, Z. Wang, Y. Xue, J. Wu, J. Yu, Mechanisms for earth fissure formation due to groundwater extraction in the Su-Xi-Chang area, China, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, DOI 10.1007/s10064-015-0775-0, 2015

7) S。 Ye, Y。 Wang, J。 Wu, P。 Teatini, J。 Yu, X。 Gong, and G。 WangCharacterization of earth fissures in South Jiangsu, China,Proc. IAHS, 372, 249–253, 2015.

8) Z. Wang, Y. Zhang, J. Wu, J. Yu, and X. Gong Numerical simulation of earth fissures due to groundwater withdrawal,Proc。 IAHS, 372, 395–398, 2015.

9)Yun ZhangZhecheng WangYuqunXue,Jichun WuJun Yu。Mechanisms for earth fissure formation due to groundwaterextraction in the Su-Xi-Chang area, China,Bulletin of Engineering Geology &  the  Environment(2016) 75:745–760

10) G.Y. Wang,G. You,B. Shi,etc. Long-term Land Subsidence and Strata Compression in Changzhou, China, Engineering Geology, 2009, 104(1-2):109-118

11)G.Y. Wang, G. You, J. Q. Zhu, J. Yu, Y.X. Yu,Earth Fissuring Due to Groundwater Extraction in Henglin, Changzhou, China, Proceedings of International Conference on Geomechanics, Geo-energy and Geo-resources, 2016, Theme 714-21。

中文论文:

1) 龚绪龙,杨蕴,朱锦旗,于军,王光亚,武健强,张岩.苏南平原区地裂缝现状及其需要解决的几个问题[J].中国地质灾害与防治学报,2015,26(02):103-109。

2) 龚绪龙,孙强,张卫强,薛雷.基底潜山对土体失水收缩开裂动态过程影响的试验研究[J].地震工程学报,2015,37(01):11-15。

3) 龚绪龙,顾春生,卢毅,吕菲菲。采水型地裂缝发育演化模型试验研究[J].工程地质学报,2018,26(04):951-958。

4) 龚绪龙,邓舒,张卫强,万龙。粘土龟裂动态发育过程试验研究[J].中外公路,2015,35(03):27-30.

5) 龚绪龙,张岩,顾春生,。基于概率积分法的潜山型地裂缝空间预测方法研究[J]。第四纪研究,2019,39(6)1524-1531。

6) 顾春生,龚绪龙,孙强,卢毅,吕菲菲.基于光纤传感技术的地裂缝物理模型试验[J]。水文地质工程地质,2018,45(03):118-123。

7) 李泽华,张云,马维俊,于军,龚绪龙.重塑压实黏土Ⅰ型断裂试验研究[J].水文地质工程地质,2018,45(02):44-50.

8) 王艺伟,叶淑君,于军,龚绪龙.中国“采水型”地裂缝特征和成因分析[J].高校地质学报,2016,22(04):741-752。

9) 王光亚,徐明轩,龚绪龙.苏锡常地区地裂缝成因及预警[J].江苏科技信息,2019,36(06):74-77.

10) 刘一冬,朱琳,于军,王彦兵。一种地裂缝地质体三维模型建模方法[J].地理与地理信息科学,2016,32(02):51-54+66.

11) 贺小桐,叶淑君,于军,吴吉春,龚绪龙.基于固体颗粒速度场的三维地面沉降模拟[J].南京大学学报(自然科学),2015,51(06):1268-1278.

12) 龚绪龙,孙强,张卫强,姚亚辉.考虑基底起伏的土体失水开裂动态过程试验研究[J].金属矿山,2015(06):154-157。

13) 方冬,张云,于军,龚绪龙,卢毅.基于灰色关联度理论的苏锡常地裂缝危险性评价[J].煤田地质与勘探,2018,46(02):137-142.

14) 孙强,龚绪龙,张玉良,徐天宇.黏土失水干缩裂缝发育动态试验研究[J].水文地质工程地质,2014,41(05):144-147。

15) 武健强,吴曙亮,闵望,李伟.苏锡常地区地面沉降防控最新进展评述[J].地质学刊,2014,38(02):319-323.

16) 张玉良,龚绪龙,孙强,邵桂枝。粘土失水干缩裂缝长度与分形规律研究[J]。中外公路,2013,33(06):264-267.

17) 马通,龚绪龙,孙强,徐岗.粘土失水收缩裂隙的动态演化规律[J].中国地质灾害与防治学报,2013,24(03):127-131.

18) 武健强,周钢军,吴曙亮,李伟,闵望.无锡光明村地裂缝研究[J]。地质学刊,2013,37(02):203-207。

19)王哲成,张云,于军,龚绪龙。基于扩展有限元的应力强度因子计算精度研究[J].南京大学学报(自然科学),2019,55(03):361-369.

20)李莎,张云,于军,龚绪龙,卢毅.基于多因素叠加计算权重法的苏锡常地裂缝危险性预测[J]。工程地质学报,2018,26(04):978-988。

21)季婷媛,张丹,王光亚,施斌。抽水诱发的基岩潜山型地裂缝高风险区模拟预测[J]。工程勘察,2017,45(12):24-29.

22)胡磊,张云,史卜涛,于军,龚绪龙.重塑黏土抗拉特性试验研究[J].水文地质工程地质,2017,44(04):98-104+110.

23)史卜涛,张云,胡磊,吴吉春,于军,龚绪龙.剪切速率对重塑饱和黏土强度影响试验[J].煤田地质与勘探,2017,45(02):90-95.

24)邓舒,龚绪龙,唐斌,张卫强.注水引发土体不均匀沉降影响下地裂缝试验研究[J]。地质学刊,2017,41(01):160-164.

25)史卜涛,张云,王哲成,吴吉春,于军,龚绪龙.不同固结状态下黏土抗剪强度与剪切速率的关系[J].水文地质工程地质,2015,42(06):59-64.

26谢建宝,姚亚辉,龚绪龙,张卫强.黏土失水开裂演化过程的影响试验[J].地质学刊,2016,40(02):346-351。

 

 


 

版权所有:江苏省地质调查研究院 (建议使用IE6。0以 上版本浏览器,分辨率1024*768)

江苏省南京市珠江路700号 邮编:210018 电话:025- 51816500