專利名稱：一種表征地面沉降的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)工程、城市工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域，具體涉及一種表征地面沉降的方法。
背景技術(shù)：
據(jù)不完全統(tǒng)計，我國目前已有96個城市和地區(qū)發(fā)生了不同程度的地面沉降，因此對于地面沉降的研究非常必要。目前，地面沉降表征指標(biāo)包括沉降量、最大沉降量；沉降速率、最大沉降速率；累計沉降量和平均沉降量；沉降差和傾斜；沉降面積。此外，王國良定義了不均勻沉降系數(shù)。以上指標(biāo)可分為三類點指標(biāo)、線指標(biāo)和面指標(biāo)。點指標(biāo)包括沉降量、最大沉降量、沉降速率、最大沉降速率、累計沉降量和平均沉降量；線指標(biāo)包括沉降差、傾斜不均勻沉降系數(shù)；面指標(biāo)包括沉降面積。點、線、面指標(biāo)均存在局限性，如點指標(biāo)僅能表征一個點的沉降量或沉降速率或者平均沉降，但不能表征兩個點的相對位移；線指標(biāo)僅能表示兩點之間的相對位移但不能表征沉降量和沉降面積；面指標(biāo)體系僅能表征沉降區(qū)域的面積不能表征沉降漏斗的數(shù)目、分布情況以及沉降量。點、線、面指標(biāo)均不能體現(xiàn)出地面沉降漏斗的三維分布情況。我國每年的《地質(zhì)環(huán)境公報》中對地面情況的描述主要采用沉降量和沉降面積這兩個指標(biāo)，顯然不能全面反映地面沉降信息。2005年第七屆國際地面沉降學(xué)術(shù)研討會上，上海市制訂了防治地面沉降的五年計劃——到2007年要把沉降控制在7毫米內(nèi)，到2010年要把沉降控制在5毫米內(nèi)，但7毫米和5毫米是局部最大沉降量還是總平均沉降量并不明確。基于以上情況，必須提出一種新的指標(biāo)來表征地面沉降的三維模式，取代原有的以沉降量為指標(biāo)的地面沉降控制體系，形成一種地面沉降評價指標(biāo)體系。 傳統(tǒng)的地面沉降危險性分級大致有以下兩類按地面沉降速率分級、按累計地面沉降量分級。對于工程地面沉降危險性評價，由于存在不均勻的沉降，單一按照地面沉降速率或者累計沉降量分級存在取何處的沉降速率或累計沉降量的問題，如果按照就高不就低的原則， 則人為擴大了地面沉降的危險性，因此必須提出一個指標(biāo)來可以全面、客觀的反映地面沉降的危險性等級。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有地面沉降指標(biāo)不能反映沉降漏斗三維情況的不足和以沉降量為指標(biāo)的地面沉降控制的缺陷以及使用單一指標(biāo)進行地面沉降危險性評價的弊端，本發(fā)明目的在于提供一種表征地面沉降的方法。本發(fā)明提出的表征地面沉降的方法，具體步驟為
1、首先提出地面沉降表征體系，并對點、線、面指標(biāo)進行完善，進而形成地面沉降表征指標(biāo)體系。地面沉降表征體系包括點、線、面、體指標(biāo)體系。2、提出綜合沉降指數(shù)，用來表示地面沉降的危險性。具體的描述如下 (1)、建立地面沉降表征體系地面沉降表征體系包括四個指標(biāo)體系點指標(biāo)體系、線指標(biāo)體系、面指標(biāo)體系和體指標(biāo)體系。(A)點指標(biāo)體系
點指標(biāo)體系除了包括現(xiàn)有的指標(biāo)沉降量、最大沉降量、沉降速率、最大沉降速率、累計沉降量和平均沉降量。還包括矢量方向，所述矢量方向用來表示一點地面沉降，定義如下 矢量方向指以該點的初始位置為向量的起點，沉降之后的新位置為向量的終點作一個向量，稱為該點沉降的矢量方向，反映該點運動的方向。(B)線指標(biāo)體系
線指標(biāo)體系除了包括現(xiàn)有的指標(biāo)沉降差、傾斜和不均勻沉降系數(shù)。(C)面指標(biāo)體系
面指標(biāo)體系除了包括現(xiàn)有的指標(biāo)沉降面積。還包括沉降面積變化率和漏斗密度，定義如下
沉降面積變化率(f):表示
dt
單位時間內(nèi)(一般為1年)沉降面積的變化量，反映沉降區(qū)擴展速度，單位m2/a。漏斗密度()指每一百平方千米區(qū)域漏斗的數(shù)目，單位個/102km2。漏斗密度
不是固定不變的，隨著區(qū)域內(nèi)漏斗數(shù)目的增多，漏斗密度增大。(4)體指標(biāo)體系
體指標(biāo)體系包括沉降漏斗體積、沉降漏斗體積變化率、極限沉降時間、單位沉降體積損失和漏斗類型五個指標(biāo)，定義如下
沉降漏斗體積(K):指地面由于沉降而導(dǎo)致地層損失的體積，是沉降面積與沉降量的綜合反映，單位m3。假設(shè)地面沉降漏斗的函數(shù)表達式為/O，.y)，漏斗的底簡化為平面上的區(qū)域從漏斗體積的數(shù)學(xué)表達式
二 Wjf (A·.y)\da = -JJj/(Λ.yp σ二(1)
dV
沉降漏斗體積變化率(Y):表示單位時間內(nèi)(一般為1年)沉降漏斗體積的增長量，單
di
位m7a，在空間上反應(yīng)沉降漏斗的發(fā)展速度。極限沉降時間對于濱海城市，地面沉降造成海平面上升、海水倒灌。定義該區(qū)域海平面以上地層體積與沉降漏斗體積變化率的比值為極限沉降時間。極限沉降時間用來描述地表全部沉沒在海平面以下理想的極限狀態(tài)所需要的時間，單位a。其計算公式如下
t —i
ui} _ dV(2)
式中/——極限沉降時間 ——海平面以上地層的體積；--沉降漏斗體積
hitadt
變化率。 單位沉降體積損失O ‘).該參數(shù)反映地層的強度，其定義為沉降漏斗體積與漏斗最大沉降量的比值，單位m7mm。計算公式如下 F
權(quán)利要求
1. 一種表征地面沉降的方法，其特征在于具體步驟為 (1)、搜集沉降觀測數(shù)據(jù)城市一般設(shè)有多個地面沉降監(jiān)測點，需要測量各監(jiān)測點的高程(ζ)和平面坐標(biāo)(x，y); 搜集各觀測點的高程進行初步分析得到沉降量、最大沉降量、累計沉降量、平均沉降量、沉降速率、最大沉降速率；分析各點的沉降量和平面坐標(biāo)的變化，即可得其矢量方向；沉降量為各監(jiān)測點相對上一周期的沉降量；最大沉降量為各監(jiān)測點沉降量中的最大值；累計沉降量為各測點第一次沉降監(jiān)測到本期沉降監(jiān)測的沉降量的總和；平均沉降量為各監(jiān)測點沉降量的平均值；沉降速率為各監(jiān)測點的沉降量與沉降時間的比值；最大沉降速率為監(jiān)測點沉降速率中的最大值；矢量方向則以該監(jiān)測點該監(jiān)測周期的初始位置為起點， 監(jiān)測周期結(jié)束時的位置為終點作一個向量，該向量為該觀測點運動的矢量方向；O)、根據(jù)點指標(biāo)結(jié)合沉降等值線圖得到線指標(biāo)沉降差Δ// 兩個觀測點1、2之間的沉降差的計算公式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表征地面沉降的方法，所述指標(biāo)體系包含地面沉降表征指標(biāo)體系和綜合沉降指數(shù)。地面沉降表征體系包括點指標(biāo)體系、線指標(biāo)體系、面指標(biāo)體系和體指標(biāo)體系。點指標(biāo)體系包括沉降量、最大沉降量、沉降速率、最大沉降速率、累計沉降量、平均沉降量和矢量方向，用來表征地面沉降的量值和速率。線指標(biāo)體系包括沉降差、傾斜和不均勻沉降系數(shù)，用來表征不同點之間的差異沉降。面指標(biāo)體系包括沉降面積、沉降面積變化率和漏斗密度，用來表征地面沉降在平面上的展布規(guī)律和漏斗發(fā)育的密度。體指標(biāo)體系包括沉降漏斗體積、沉降漏斗體積變化率、極限沉降時間、單位沉降體積損失和漏斗類型，用來表征地面沉降的三維特征。綜合沉降指數(shù)用來評價地面沉降的危險性。本發(fā)明可用于地面沉降信息發(fā)布、地面沉降控制、地面沉降危險性分析以及風(fēng)險區(qū)劃。
文檔編號G01C5/00GK102494667SQ20111038838
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者司鵬飛, 吳治厚, 吳遠斌, 王建秀, 蔣玉坤, 谷雪影 申請人:同濟大學(xué)