专利名称：一种表征地面沉降的方法
技术领域：
本发明属于地质工程、城市工程地质与环境地质领域，具体涉及一种表征地面沉降的方法。
背景技术：
据不完全统计，我国目前已有96个城市和地区发生了不同程度的地面沉降，因此对于地面沉降的研究非常必要。目前，地面沉降表征指标包括沉降量、最大沉降量；沉降速率、最大沉降速率；累计沉降量和平均沉降量；沉降差和倾斜；沉降面积。此外，王国良定义了不均勻沉降系数。以上指标可分为三类点指标、线指标和面指标。点指标包括沉降量、最大沉降量、沉降速率、最大沉降速率、累计沉降量和平均沉降量；线指标包括沉降差、倾斜不均勻沉降系数；面指标包括沉降面积。点、线、面指标均存在局限性，如点指标仅能表征一个点的沉降量或沉降速率或者平均沉降，但不能表征两个点的相对位移；线指标仅能表示两点之间的相对位移但不能表征沉降量和沉降面积；面指标体系仅能表征沉降区域的面积不能表征沉降漏斗的数目、分布情况以及沉降量。点、线、面指标均不能体现出地面沉降漏斗的三维分布情况。我国每年的《地质环境公报》中对地面情况的描述主要采用沉降量和沉降面积这两个指标，显然不能全面反映地面沉降信息。2005年第七届国际地面沉降学术研讨会上，上海市制订了防治地面沉降的五年计划——到2007年要把沉降控制在7毫米内，到2010年要把沉降控制在5毫米内，但7毫米和5毫米是局部最大沉降量还是总平均沉降量并不明确。基于以上情况，必须提出一种新的指标来表征地面沉降的三维模式，取代原有的以沉降量为指标的地面沉降控制体系，形成一种地面沉降评价指标体系。 传统的地面沉降危险性分级大致有以下两类按地面沉降速率分级、按累计地面沉降量分级。对于工程地面沉降危险性评价，由于存在不均勻的沉降，单一按照地面沉降速率或者累计沉降量分级存在取何处的沉降速率或累计沉降量的问题，如果按照就高不就低的原则， 则人为扩大了地面沉降的危险性，因此必须提出一个指标来可以全面、客观的反映地面沉降的危险性等级。
发明内容
为了克服现有地面沉降指标不能反映沉降漏斗三维情况的不足和以沉降量为指标的地面沉降控制的缺陷以及使用单一指标进行地面沉降危险性评价的弊端，本发明目的在于提供一种表征地面沉降的方法。本发明提出的表征地面沉降的方法，具体步骤为
1、首先提出地面沉降表征体系，并对点、线、面指标进行完善，进而形成地面沉降表征指标体系。地面沉降表征体系包括点、线、面、体指标体系。2、提出综合沉降指数，用来表示地面沉降的危险性。具体的描述如下 (1)、建立地面沉降表征体系地面沉降表征体系包括四个指标体系点指标体系、线指标体系、面指标体系和体指标体系。(A)点指标体系
点指标体系除了包括现有的指标沉降量、最大沉降量、沉降速率、最大沉降速率、累计沉降量和平均沉降量。还包括矢量方向，所述矢量方向用来表示一点地面沉降，定义如下 矢量方向指以该点的初始位置为向量的起点，沉降之后的新位置为向量的终点作一个向量，称为该点沉降的矢量方向，反映该点运动的方向。(B)线指标体系
线指标体系除了包括现有的指标沉降差、倾斜和不均勻沉降系数。(C)面指标体系
面指标体系除了包括现有的指标沉降面积。还包括沉降面积变化率和漏斗密度，定义如下
沉降面积变化率(f):表示
dt
单位时间内(一般为1年)沉降面积的变化量，反映沉降区扩展速度，单位m2/a。漏斗密度()指每一百平方千米区域漏斗的数目，单位个/102km2。漏斗密度
不是固定不变的，随着区域内漏斗数目的增多，漏斗密度增大。(4)体指标体系
体指标体系包括沉降漏斗体积、沉降漏斗体积变化率、极限沉降时间、单位沉降体积损失和漏斗类型五个指标，定义如下
沉降漏斗体积(K):指地面由于沉降而导致地层损失的体积，是沉降面积与沉降量的综合反映，单位m3。假设地面沉降漏斗的函数表达式为/O，.y)，漏斗的底简化为平面上的区域从漏斗体积的数学表达式
二 Wjf (A·.y)\da = -JJj/(Λ.yp σ二(1)
dV
沉降漏斗体积变化率(Y):表示单位时间内(一般为1年)沉降漏斗体积的增长量，单
di
位m7a，在空间上反应沉降漏斗的发展速度。极限沉降时间对于滨海城市，地面沉降造成海平面上升、海水倒灌。定义该区域海平面以上地层体积与沉降漏斗体积变化率的比值为极限沉降时间。极限沉降时间用来描述地表全部沉没在海平面以下理想的极限状态所需要的时间，单位a。其计算公式如下
t —i
ui} _ dV(2)
式中/——极限沉降时间 ——海平面以上地层的体积；--沉降漏斗体积
hitadt
变化率。 单位沉降体积损失O ‘).该参数反映地层的强度，其定义为沉降漏斗体积与漏斗最大沉降量的比值，单位m7mm。计算公式如下 F
权利要求
1. 一种表征地面沉降的方法，其特征在于具体步骤为 (1)、搜集沉降观测数据城市一般设有多个地面沉降监测点，需要测量各监测点的高程(ζ)和平面坐标(x，y); 搜集各观测点的高程进行初步分析得到沉降量、最大沉降量、累计沉降量、平均沉降量、沉降速率、最大沉降速率；分析各点的沉降量和平面坐标的变化，即可得其矢量方向；沉降量为各监测点相对上一周期的沉降量；最大沉降量为各监测点沉降量中的最大值；累计沉降量为各测点第一次沉降监测到本期沉降监测的沉降量的总和；平均沉降量为各监测点沉降量的平均值；沉降速率为各监测点的沉降量与沉降时间的比值；最大沉降速率为监测点沉降速率中的最大值；矢量方向则以该监测点该监测周期的初始位置为起点， 监测周期结束时的位置为终点作一个向量，该向量为该观测点运动的矢量方向；O)、根据点指标结合沉降等值线图得到线指标沉降差Δ// 两个观测点1、2之间的沉降差的计算公式
全文摘要
本发明涉及一种表征地面沉降的方法，所述指标体系包含地面沉降表征指标体系和综合沉降指数。地面沉降表征体系包括点指标体系、线指标体系、面指标体系和体指标体系。点指标体系包括沉降量、最大沉降量、沉降速率、最大沉降速率、累计沉降量、平均沉降量和矢量方向，用来表征地面沉降的量值和速率。线指标体系包括沉降差、倾斜和不均匀沉降系数，用来表征不同点之间的差异沉降。面指标体系包括沉降面积、沉降面积变化率和漏斗密度，用来表征地面沉降在平面上的展布规律和漏斗发育的密度。体指标体系包括沉降漏斗体积、沉降漏斗体积变化率、极限沉降时间、单位沉降体积损失和漏斗类型，用来表征地面沉降的三维特征。综合沉降指数用来评价地面沉降的危险性。本发明可用于地面沉降信息发布、地面沉降控制、地面沉降危险性分析以及风险区划。
文档编号G01C5/00GK102494667SQ20111038838
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者司鹏飞, 吴治厚, 吴远斌, 王建秀, 蒋玉坤, 谷雪影 申请人:同济大学