苏州—无锡—常州地区地面沉降及地裂缝防控研究

苏州—无锡—常州(苏锡常)地区曾是中国地面沉降灾害最严重的地区之一,从20世纪70年代开始发生地面沉降,随之因差异沉降诱发地裂缝灾害,21世纪以来沉降速率逐年趋缓,部分地区出现区域性的地面回弹,独特的地面沉降发展历程为全面解读地面沉降提供了理想的窗口。为揭示苏锡常地区地面沉降生命周期过程及其驱动机制,利用长时间序列、大区域尺度的三维渗流、应力、应变多场监测数据以及物理试验模型、数值模拟等技术对区域地面沉降与地裂缝宏观演变规律、成因机理进行综合分析。研究结果显示:苏锡常地区地面沉降经历了发生、快速发展、趋缓、滞后和反弹5个阶段;地面沉降与地下水开采密切相关,其地层变形主要来自于地下水开采导致的含水层和弱透水层的压密释水,主采含水砂层及相邻隔水层为沉降主要贡献层,并识别了地层压缩、回弹的时空演变特征及其对地面沉降的贡献;地裂缝是地面沉降发展到一定阶段后所产生的次生地质灾害,其空间展布及成灾时间与地下水水位、地面沉降、基岩起伏变化以及土层结构差异等因素密切相关,提出了驱动地裂缝演化的压—拉—剪—弹物理过程,识别出了地裂缝发生的触发机制和临界条件。同时建立了以地质钻孔全断面光纤监测为特色、多种技术方法融合的“天-空-地”立体化、地下水-地面沉降-地裂缝协同的监测体系,为地面沉降防控提供科学、详细的数据支撑;并创新区域-场地双尺度有限元耦合界面元法,成功实现了三维复杂地质环境条件下地层形变特征及地裂缝生成和扩展的力学机制模拟,为地面沉降、地裂缝易发区精准圈定与防控提供了解决路径;通过总结基于技术创新支撑政府实施的地下水限采、禁采等地面沉降防控实践及其成效,为中国其他省/市地面沉降防控与地下水资源管理起到示范作用。

土体工程地质层划分及其在城市地下空间开发中的应用

城市地下空间包括岩土体本身的密实部分以及天然或人工形成的无岩土体的空间部分,既是重要的自然资源,又是其它地下自然资源的载体。随着城市的不断发展,地下空间构建立体城市已成为必然选择。城市地下空间开发多在土体中进行,地下工程建设的成本、难度与土体质量息息相关。针对常州市土体工程地质层划分标准不统一的现状,基于城市地质调查项目获取的海量地质钻孔和土体物理力学指标测试结果,综合考虑沉积时代、物质成分、工程特性指标等因素,采用剖面绘制法对常州市100m以浅土体工程地质层进行划分,建立基本地层结构和层序编码,通过工程地质层物理力学参数离散性和三维模型平滑度验证划分结果合理可行。将土体工程地质层划分结果应用到桩基持力层选择、地下空间竖向分层规划、地下空间开发适宜性评价、多种地下资源协同利用等方面,可为城市地下空间规划、建设、管理提供基础数据和相关借鉴。

常州市滆湖组土体工程地质层划分及其应用

滆湖组土体是吴标云、李从先(1987)对长江三角洲第四纪地质研究时所命名,命名地点在常州武进寨桥D114孔,因位于滆湖东侧而称之,长江三角洲地区广泛分布,时代为晚更新世(冯金顺,2001)。常州市除低山丘陵和长江漫滩外,广袤的平原区滆湖组土体皆有分布,是常州市工业与民用建筑的主要基础持力层,也是与浅层地下空间开发关系最为紧密的地层。因此,对滆湖组土体进行工程地质层划分.

SPME-GC法测试TCE、PCE条件的正交优化试验研究

运用正交设计方法对SPME-GC法测试三氯乙烯、四氯乙烯的固相微萃取条件进行优化。首先选择样品量、NaCl用量、萃取温度、萃取时间、解析温度等因素,设计5因素3水平正交试验方案。分析数据得到优化条件为NaCl用量30 g/L,萃取温度25℃,解析温度210℃,同时得出样品量与萃取时间是对试验结果具有显著意义的影响因素,采用二次回归正交组合设计试验对其进一步优化,并对结果进行回归分析,得到最优条件为样品量为5.5 mL,萃取时间为20.13 min。

江苏常州横林地裂缝成因机理分析

江苏常州横林地裂缝1989年始发,是苏锡常地区最早被发现的地裂缝,整体沿NE向走向,落差100~500 mm,裂缝带宽度50~350 m,局部地裂缝分布和走向受古潜山控制。地裂缝空间上主要发育于古潜山的边缘及砂层与岩溶接触带,时间上其发展与地下水主采层水位下降速度加快、岩溶水水位低于第Ⅱ承压水水位的阶段相对应。综合分析推断,横林地裂缝是由地下水过度开采、基岩起伏导致的不均匀沉降,以及岩溶土洞等因素共同诱发的,兼具岩溶塌陷型与基岩潜山型特点。

江苏宜兴市地质资源环境承载能力评价

当前资源环境承载能力的研究多针对区域尺度,县域尺度地质资源环境承载能力评价较少。以江苏宜兴市为例,基于承载本底和承载状态建立了评价指标体系,并从地质资源、水土环境和地质安全3个方面,开展了地质资源环境承载能力评价,为县市地质资源环境承载能力评价技术要求制定提供了支撑和参考。评价结果显示,宜兴南部丘陵山区地质资源承载能力大于北部平原区,地质安全承载能力则小于北部平原区,水土地质环境承载能力总体为中等水平,提出宜兴市应加强南部山区资源环境保护与地质灾害防范,中部地区水土污染重点防控,为宜兴市地质资源合理利用与地质环境安全保障提供科学依据。

宜兴地区土壤pH值的分布特征及时空变化

对宜兴地区2004、2009和2015年的土壤地球化学调查数据进行分析,土壤pH值变化于3.53~8.86之间,其中酸性和强酸性土壤主要分布在低山丘陵砂岩地层分布区,微碱性土壤主要分布在石灰岩地层分布区,平原区土壤以微酸性为主,反映了成土母质、地形地貌对土壤pH值的影响。对比研究表明,过去6年间宜兴地区有49.77%的土地pH值处在下降之中,有23.53%的土地pH值处在上升之中,只有26.70%的土地pH值基本没有变化。由于工业化发展对环境的改变,本区土壤酸化受酸雨沉降影响明显。在成土作用、酸雨沉降、农耕等多因素的长期影响下,平原区表层土壤要比底层土壤pH值低1.2左右,表层土壤酸化主要发生在耕作层,深度在30 cm左右,底层土壤基本为中性。总体来看,宜兴地区10多年来表层土壤呈酸化趋势,如果没有相应的措施,继续下降的可能性很大。

自然资源管理视角下江苏城市地质调查工作新思考

城市地质调查是城市规划建设和运行管理的基础工作。江苏在全国率先覆盖地级市的城市地质调查工作,形成具江苏特色的工作机制、工作方法、工作模式和工作成果,但尚不能满足自然资源管理的需要。本文在全面分析江苏城市地质调查工作成效和不足的基础上,基于自然资源管理需求,构建了由多尺度三维地质调查、多要素自然资源调查、多系统生态地质调查、多维度地下空间评价、资源环境监测网建设和城市地质信息系统及服务平台建设组成的城市地质调查工作新体系,并提出精准服务国土空间规划、建立地质大数据开放共享平台、推广"地质+"成果转化创新和探索后工业化时代工作方向等城市地质调查工作新思考。

徐州城市规划区煤矿采空区稳定性评价

徐州城市规划区内由于大规模的煤炭开采,采空区分布面积较广,随着城市建设的发展,土地资源日益紧张,煤矿采空区土地成为煤矿区可持续发展的重要自然资源。开展采空区稳定性评价,是煤矿采空区土地利用的前提。本文针对徐州城市规划区内大面积的煤矿采空区,建立了采空区稳定性评价指标体系,采用敏感因子—一般因子评价模型对采空区稳定性进行综合评定,最终划分出不稳定区、基本稳定区和稳定区。

新形势下太仓小城镇城市地质工作战略方向与实施路径

中共十九大提出以城市群为主体构建大中小城市和小城镇协调发展的城镇格局,这是我国未来城镇化的方向和路径,表明小城镇城市地质工作也是未来地质工作的重要发展方向。本文以后工业化时代的太仓市为例,在分析以往地质工作成效的基础上,基于国家新型城镇化建设和乡村振兴战略、自然资源管理及长江大保护等新形势对城市地质工作的新需求,提出加强绿色清洁能源勘查开发与地质环境安全监测评价,开展沿江生态环境及岸线开发有机更新调查,建立三维工程地质结构模型、研究水资源优化配置与资源协同利用及一体化管理,为太仓市高质量发展提供地质支撑。

南京市各工程地质层热物性及分布特征研究

地层的热物性是地埋管地源热泵系统设计和运行中最重要的参数,本文通过测试南京市100 m深度范围内土层的常规物理参数及热物性参数,得到了各工程地质层的含水率、孔隙比、干密度、导热系数、比热容等,各工程地质亚层平均导热系数分布在1.322~2.443 W·m^(-1)·K^(-1)之间,其中最大、最小值分别为②4e、②1b4工程地质亚层。分析了土体常规物理参数与热物性参数的相关性,黏性土导热系数随着含水率的增加而减小,随着干密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而减小,并得到了黏性土导热系数与含水率、孔隙比、干密度相关性的经验公式,为地埋管地源热泵的设计提供基础数据和理论支持。

基于空间管制下的地质环境要素在矿地融合中的应用

当前,国土空间规划对地质环境因素研究不够,导致不合理的规划问题频现,如土地规划中时常出现新划入的基本农田土壤重金属污染程度高,建设用地存在地面塌陷、滑坡崩塌、地面沉降、地裂缝等安全隐患,影响城市安全、资源节约、生态文明建设,制约经济社会的可持续发展。以苏州城市规划区为典型区域,以城市地质调查成果为基础,依据国家及行业标准,结合苏州实际地质条件,开展耕地适宜性及建设用地限制性评价,将评价成果作为空间管制依据,服务于国土规划及“三线”划定,引导地质环境与土地开发利用协调发展,为探索矿地融合的机制提供经验。

苏南现代化建设示范区现今地温场特征及影响因素

苏南现代化建设示范区隶属于下扬子陆块,区内主要包含有苏北坳陷、中部隆起、苏南坳陷、南通—太湖隆起等构造单元。通过分析该区39口地热井测温数据并结合前人的研究成果,对研究区地温梯度、深部地温和大地热流分布特征进行剖析,并分析地温场的主要影响因素包括地质构造、岩石热导率、盖层厚度和火山岩体。结果表明苏南地区地温梯度范围为14.9~26.5℃/km,平均值为21.3℃/km,大地热流值介于51.0~73.5 mW/m^(2)之间,平均值为64.2 mW/m^(2);研究区地温梯度、深部地温和大地热流分布均表现出凹凸分布的特征,隆起区高于坳陷区,钻孔存在地温梯度分段现象,热导率高的地层地温梯度较热导率低的地层小。

苏南地区城乡聚落空间演化过程及其格局特征

当前,城乡聚落空间正由自然和经济社会条件存在差异的等级体系转变为密切联系的网络化结构,城乡融合已经成为中国城乡聚落空间演化发展的重要方向。以苏南地区为例,对20世纪90年代以来的城乡聚落空间演化过程及其格局特征进行分析,发现2000年以后城镇聚落扩张强度远高于乡村聚落,城乡聚落空间结构可进一步归纳为集中、双心、多核和密集4种基本格局。该研究对乡村振兴背景下的城乡聚落空间优化布局具有一定指导作用。

阳谷县现代水网规划建设思路与对策

根据山东现代水网建设要求,立足阳谷县现状水资源禀赋特点、水环境条件、水生态基础,聚焦水资源保障能力不足、防灾减灾体系仍不完善、河湖生态保护修复等关键问题,构筑阳谷县水安全保障网、水民生服务网、水生态保护网,建设水美乡村示范带,推动形成“三网一带”总体格局,为开创阳谷县建设新局面提供有力支撑。

常州市地下水化学特征与成因分析

常州市是长江三角洲地区典型的工业化城市,多年来的快速发展对地下水环境产生了系列影响,地下水化学组分受到天然条件和人为活动的双重因素控制,现状地下水化学成因和影响因素亟需深入研究。本文在地下水赋存条件分析的基础上,综合采用统计分析、离子比值、主成分分析法对常州各层地下水化学特征和成因开展分析。结果表明,区域潜水水化学类型以HCO_(3)^(-)—Ca^(2+)·Mg^(2+)、HCO_(3)^(-)—Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)·Cl^(-)—Na^(+)·Ca^(2+)型为主,第Ⅰ承压水以HCO_(3)^(-)—Na^(+)·Ca^(2+)和HCO_(3)^(-)—Ca^(2+)型为主、第Ⅱ承压水以HCO_(3)^(-)—Na^(+)·Ca^(2+)型为主。从浅层至深层,地下水的碱性逐渐增强,ρ(TDS)均值降低,水化学类型由多元向单一转变。地下水化学组分主要受矿物溶解、阳离子交替吸附和人类活动共同影响。其中,潜水和第Ⅰ承压水化学成因主要受控于碳酸盐、硅酸盐、蒸发岩盐和硫酸盐矿物溶解作用,且二者受人类活动影响特征较显著。第Ⅱ、Ⅲ承压水受碳酸盐、硅酸盐矿物溶解和阳离子交替吸附作用明显,人类活动对深层地下水影响甚微。

苏南地区地下水化学特征及演化分析

苏南地区深层地下水禁采距今已20年,水动力场和地下水环境发生了较大变化,结合2009年和2019年两期地下水采样测试数据,综合统计分析、Piper图、Gibbs模型、氯碱指数和离子相关关系等方法分析了不同层位地下水水文地球化学及其演化特征,探讨了水化学组分的来源及形成演化。结果表明:潜水水化学类型以HCO_(3)^(-)-Na+·Ca^(2+)型为主,孔隙I承压水水化学类型以HCO_(3)^(-)-Ca^(2+)·Mg^(2+)型为主,深层承压水以HCO_(3)^(-)Na^(+)·Ca^(2+)型为主,不同时期各层位优势阳离子和阴离子未发生变化,水化学类型向复杂趋势演变,地下水化学组分主要受岩石风化、阳离子交换吸附作用和人类活动的影响,其中潜水和I承压水—岩作用以硅酸盐岩和碳酸盐岩作用为主,深层承压水以硅酸盐岩和蒸发盐岩为主。研究结果可为苏南地区地下水资源开发和管理提供科学依据。

江苏宜兴地下空间开发地质环境适宜性评价

城市地下空间开发利用地质环境适宜性评价涉及多方面的复杂不确定因素。以江苏宜兴为例,将影响城市地下空间开发利用的因素划分为区域稳定性、地形地貌、水文地质条件、不良土体、地质灾害等,运用层次分析法确定各指标的权重,将各个指标数值化,结合灰色关联度分析法,根据灰色数学理论计算出评价母序列与各评价序列之间的关联度,最终确定研究区地下空间开发利用地质环境适宜性等级。结果表明,宜兴约有55%面积的地下空间具备良好的开发前景,约40%面积的地下空间开发前景一般,仅有5%面积的地下空间开发利用适宜性差。研究成果可为宜兴市地下空间开发的规划、设计、施工等提供参考。

江苏常州地区地面沉降变形特征与生命过程研究

系统分析了江苏常州地区近40年的地面沉降分层标沉降与水位监测数据,掌握了地下水禁采前后的土体变形特征。1983-2005年地面沉降主要层位为第二承压隔水顶板(累计压缩327.74 mm,占比58.3%)与第二承压含水砂层(累计压缩68.34 mm,占比12.2%);1995-2001年第二承压含水砂层与隔水顶板压缩速率呈逐年减小,表明在该水位埋深状态下(70~80 m)含水砂层固结接近完成,隔水顶板也由主固结阶段进入次固结阶段;2005年地下水全面禁采完成后,地下水位持续回升,含水砂层与隔水层均出现回弹,表现为弹性形变,其中第二承压隔水顶板是主要回弹贡献层,2006-2020年累计回弹44.82 mm(占比53.5%)。从生命周期的角度将常州地区地面沉降生命过程划分了五个阶段,识别出三个临界水位,其对地面沉降防治与地下水科学利用具有重要意义。

苏南都市圈城市地下空间资源开发利用现状与地质调查对策

地下空间资源是地表基质层中宝贵的自然资源之一,其作为城市有机体的重要组成部分,在未来城市建设中起着举足轻重的作用。苏南都市圈城市地下空间资源开发在全国处在领先地位,地下空间规划管理方面已形成较为完善的体系,城市地质调查也在全国率先实现全覆盖。依据地下空间资源开发现状和地质结构“软硬”两个方面条件对苏南都市圈城市地下空间资源进行分类,划分为宁镇丘陵岗地型、苏锡常平原型和长江中下游冲积平原型三种类型。不同类型城市地下空间资源开发的地质背景和城市需求不尽相同,需根据实际情况定制不同的地下空间调查、规划、建设、管理体系。城市地下空间资源地质调查作为城市地质调查工作的延伸,需要提出更高的要求。本文从城市地下空间资源地质调查精度和深度、多参数多尺度一体化建模、地下空间资源评价、多种地下资源协同利用、地质资料信息数据库与平台建设等方面提出对策建议,用于指导未来城市地下空间资源调查的工程实践,为地质调查成果支撑城市地下空间全生命周期发展提供借鉴意义。