地面沉降和建筑物静载荷之间的关系研究

第一章：绪论

1.1研究背景
改革开放以来，中国城市化进程逐渐加快，2007年《世界人口状况报告》还提出，中国目前正处于城市扩张的高峰期，每年有大约1800万农村人口进入城市，使得城市总人口和用地规模急剧扩大。作为中国最大的城市之一，截至2007年底，北京市的总人口已经达到1633万人，土地资源突显稀缺，使得城市建设发生在相当局限的范围内。许多地方开始出现高层建筑、超高层建筑，加之CBD地区集中程度越来越高，这使得建筑密度和建筑容积率越来越大。相比以往，地面上叠加的载荷量迅速增加，除了地下采空因素，地面荷载对于地面沉降的贡献也逐渐开始引起人们重视。地面沉降是在自然和人为因素下，由于地壳表层土体压缩而导致的区域性地面标高在一定时期内不断降低的环境地质现象，是地表形变的一种形式，是一种慢性的、不可逆的、极难补偿的资源和环境损失，是地质环境系统遭到破坏的结果[3]。地面沉降是近年来世界上许多城市发生的重要的地质灾害之一。一般情况下，地面沉降发生范围大且不易察觉。
据统计，经济活跃的大、中城市的地面沉降发生率远远高于其他地区，已成为一种世界性环境公害。据统计，目前世界上已有60多个国家和地区发生地面沉降，包括美国、墨西哥、意大利、中国、英国、日本、俄罗斯等。资料表明，在上世纪末本世纪初，中美洲的墨西哥城、円本新泻、中国上海及美国圣可塞就发现了地面沉降[2]。但直到本世纪中叶，地面沉降问题才得到研究工作者的广泛关注。目前，世界巳经有超过50个城市和地区发生了地面沉降，且原有沉降区影响日趋严重，墨西哥城最大累计沉降量超过7.5m，有的地区甚至超过15m。土体固结变形是地面沉降的直接原因，影响固结变形的内因有土体的地质成因、展布方式、物质成分、结构特征、物理力学性质等；外因是附加应力大小、作用方式、持续时间等。内外因素相互作用、相互制约并随时间延续而不断地变化，致使地面沉降具有复杂、多变的特点。
根据地面沉降结果是否与人类活动有关，主要可以分为自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降一般包括两种：其一是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下，由松散到细密的成岩过程；其二种是由于地质构造运动、地震等地质问题引起的地面沉降。以来，人为的地而沉降主要二大量抽取地下水引起的地下流体运移、地下固液气体等的地下采空工程、大量的附加载荷所致。 然的地面沉降一般是不受人们控制的，人们只能对其进行预测然后做出预防，而人为原因造成的地面沉降量是可以通过减少地下开采活动、减少大荷载量建筑群等一系列的手段来降低的[6]。据2011年12月的研究，地面沉陷这一问题已经遍布全国。目前，中国在19个省份中超过50个城市发生了不同程度的地面沉降，累计沉降量超过200mm的总面积超过79000km2。中国长江、黄河和珠江三角洲、松辽平原和环渤海地区及东南沿海平原的大多数城市，地面沉降正继续在大面积发生和发展之中，危害在不断增大。由于人地矛盾的存在，城市建筑高密度、高荷载、大范围现象开始较多出现，这类建筑、建筑群对于地面沉降的影响也越来越明显。
这种大范高层建筑造成建筑荷载的相互叠加，进而形成大面积高荷载区，对地面沉降产生一定的影响[9]。针对高层建筑所施加的载荷对于地面沉降的影响，上海地区研究的比较多，也比较系统。由于城市荷载量不容易估算，一般只能定性的进行描述。根据容积率定义，它在很大程度上反映了一个地块内荷载量的大小，因此建立容积率和地面沉降之间的关系，可以较好的反映静荷载量对于地面沉降的贡献。利用传统方法测算建筑容积率比较复杂，需要进行实地测量，在面积比较大的情况下，这种方法无疑是既费时又费力的。遥感技术的发展，使得利用遥感技术测算建筑物容积率成为可能，相比之下还能极大的节省人力、物力，并且也使得遥感数据能得到充分的利用。

1.2国内外研究现状
1.2.1地面沉降方面
目前世界上己有90多个国家和地区发生地面沉降。经过半个多世纪的研究，各国专家学者在地面沉降监测和演变特征研究方面取得了一系列重要成果。影响地面沉降的因素较多，可能的成因有地下水开采过度，地层自身固结压密，地面建筑物大量堆积和地质构造运动等 。起初考虑最多的是地下采空因素，例如地下水开采、固液气矿产开采、地下工程采空等，这类因素造成的地面沉降最早引起了人们的广泛关注，通过研究它们引起地面沉降的成因、机理和因素，采取了一系列的控沉策略，在一部分地区取得了可观的效果。北京地区的地面沉降由来已久，巳经成为北京平原地区主要的地质灾害之一。相关学者对北京地区水文地质条件与地面沉降关系已经做了较系统的研究，认为北京平原地区地面沉降主要是超量汲取地下水造成的，第四系地层的各项特性与北京地面沉降密切相关，并划分含水层组，分析地下水含水层和隔水层的分布与埋藏条件，确定主要开采层和压缩层对地面沉降贡献的大小，从水文地质层面上做了深入的剖析，其分析结果与实际沉降比较相符。

1.3 研究目的和意义 ....................17-18
1.4 本文研究内容和日标 ....................18-21
第二章 ：数据准备和研究区概况 ....................21-31
2.1 源数据分析 ....................21-24
2.2 研究区总体概况 ....................24-29
2.3 典型区域选择 ....................29-31
第三章 ：基于高分影像的容积率获取 ....................31-59
3.1 建筑物阴影提取 ....................31-37
3.2 建筑物高度计算 ....................37-48
3.3 容积率计算 ....................48-59
第四章 ：容积率和地面沉降关系分析 ....................59-69
4.1 研究区容积率和地面沉降特征分析 ....................59-61
4.2 建筑容积率与地面沉降关系分析 ....................61-69

总结

本文旨在建立北京市地面沉降和建筑物静载荷之间的关系。利用建筑容积率來反映静载荷大小程度，利用INSAR结果中的平均沉降速率作为地面沉降成果，建立两者之间的关系。在此过程中提取高分影像阴影，并根据阴影反演建筑物容积率，最后建立了其与地面沉降速率之间的关系。为了快速获取大范围区域建筑容积率，本文采用遥感阴影进行容积率的估算。建筑容积率在一般情况下可以通过实地调査获取，但稍显费时费力。遥感科技的快速发展，使得利用卫星影像获取容积率成为可能，近阶段，利用遥感阴影来提取建筑物容积率成为研究工作者的一项新的尝试。高分辨率影像包含较为丰富的信息，但场景过于复杂，对于影像上信息的自动识别与分类存在较大困难。在阴影提取时有同物异谱与同谱异物现象的存在，使得计算机分类容易错分、漏分。为了获取准确的提取效果，在目标识别分类之前，需要对待分目标类进行充分的分析，并在此基础上对影像做必要的增强、变换等处理。阴影区域的高反射物体、水体易对阴影的识别造成影响，需要对其进行重点分析。本文根据所选取的数据，首先分析QuickBird影像光谱特点，提出在合成多光谱影像的基础上，进行面向对象分类方法提取阴影的方法，然后利用GIS方法获取阴影长度和面积，建立阴影长度、面积与容积率之间的关系，反演得到容积率，经过验证，回归结果在置信区间内，结果可信。

参考文献

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[4]罗勇，贾三满，赵波等.北京南部地区地面沉降发育特征及成因分析[J].研究探讨,2011,6(3):1-5.
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