1、淺析地面沉降的危害、發生機理及其預防措施（內蒙古第五地質礦產勘查開發院 吳文平 任國文）一、地面沉降的定義及其特點廣義地講，地面沉降是指地殼表面一切自然力或人類活動影響下所發生的區域性地面下降，就工程意義而言地面沉降是指某一區域內由于開采地下水或其他地下流體（如石油、天然氣）導致的地表淺層第四紀松散堆積物壓密或進一步固結引起的地面標高下降的現象。地面沉降的特點：波及范圍廣，下沉速率緩慢，難以察覺，一旦發生了地面沉降，即使不考慮產生的原因，沉降了的地面也是可能完全復原的；在同一沉降區域內存在一處或多處沉降中心，沉降中心的位置和沉降量與地下流體開采點的分布和開采量密切相關。二、地面沉降的危害地面沉

2、降所造成的破壞和影響是多方面的。主要為區域性地面標高的損失而引起環境惡化給工農業生產、交通運輸、城市建設和人民生活造成危害和嚴重的經濟損失，其具體環境災害表現如下：1、在濱江或濱海區域易受河水或海水的侵襲，引起潮水、江水倒灌，給城市、農田造成嚴重經濟損失。地面沉降也使內陸平原城市或地區遭受洪水災害的頻率增大、危害程度加重，尤其那些新構造盆地如江漢盆地、洞庭湖盆地、汾渭盆地及遼河盆地等。2、對城市公共設施、交通運輸、港口碼頭及水利設施的損害。例如城市中下水管道變形排水能力下降，河道橋下凈空減小通航能力降低，既有河、海堤壩或防洪墻防洪、潮的能力降低，道路設施破壞，港口碼頭失效貨物裝卸能力下降等。3

3、、地面沉降的不均勻往往使地面和地下建筑遭受巨大的破壞，危及穩定、安全。如建筑物墻壁開裂、高樓脫空并使樁基產生負摩阻力，深井井管上升、井臺破壞，橋墩不均勻下沉、自來水管彎裂漏水等。三、地面沉降的分布規律及成因1、地面沉降的分布規律地面沉降的地域分布具有明顯地帶性，其范圍主要局限于存在厚層第四紀堆積物的平原、盆地、河口三角洲或濱海地帶。例如長江、黃河、海河及遼河下游平原和河口三角洲地區，這些地區的第四紀沉積厚度大，固結程度差，顆粒細，層次多，壓縮性高；地下水含水層多，補給徑流條件差，開采時間長，強度大；城鎮密集、人口多，工農業生產發達。這些地區的地面沉降首先從城市地下水開采中心開始形成沉降漏斗，進

4、而向外圍擴展，形成以城鎮為中心的大面積沉降區。2、地面沉降的成因地面沉降發生的原因主要有自然因素和人為因素，自然因素主要是指新構造運動、強烈地震及海平面上升、欠固結土層自然固結等。人為因素主要是指大量抽取地下氣、液體，建設大面積地面建筑群，固體礦床開采等。隨著人類工程及經濟活動的能力及強度的逐漸增強，其生產活動對地面沉降的影響通常已占主導地位。無論是何種因素，地面沉降都是因為改變了地層中原有應力狀態，使地層發生變形的結果。城市地面沉降主要是因各種目的而進行的淺層疏干排水和抽取深層的氣、液體，使地層內的氣、液壓降低，土顆粒間有效應力增加，地層壓密固結的結果。這種因抽取地下水而形成的地面沉降，是地

5、面沉降現象中發育最普遍，危害最嚴重的一類，其特點是沉降速率大，持續時間長，特別是含水層下部存在巨厚層高壓縮性粘性土時。四、預測地面沉降量的估算方法1、要想預測沉降區域內某點的沉降量，必須查明該點工程地質、水文地質條件，劃分壓縮層和含水層；進行室內外測試，取得抽水壓密試驗、滲透試驗、前期固結試驗、流變試驗、反復載荷試驗等成果和沉降觀測資料。2、估算方法（1）、分層總和法估算最終地面沉降量式中 土層最終沉降量（mm）； 因水位變化而施加于第i層土上的平均荷載（MPa）； 第i層土的變形參數，砂土為變形模量，粘性土為壓縮模量（MPa）； 第i層土的厚度（mm）。 （2）、地面沉降發展趨勢的預測 在水

6、位已經穩定不變的情況下，土層變形量與時間變化關系可用下式計算 式中 預測某時刻t個月土層變形量（mm）； 固結度，以小數表示； 時間因素； 固結系數（mm2/月）； 土層的計算厚度（mm），兩面排水時取實際厚度的一半，單面排水時取全部厚度。3、實例市區某點的地下水位埋深為2.0米，由于開采地下水，水位每年下降0.5米，預測20年后地下水位將穩定，預測地面最終沉降量及水位穩定1.5年后地面沉降量，地層資料如下：序號土層名稱層底埋深（m）孔隙比e0壓縮系數a（MPa-1）壓縮模量（MPa）重度（KN/m3）固結系數Cv（cm2/s）1粉細砂03.00.8940.2378.019.02淤泥質粉質粘土

7、3.028.51.0470.7352.817.83.210-33卵石28.545.075.022.04花崗巖45以下分析：20年后地下水位下降至12米；卵石和花崗巖的變形可忽略不計，壓縮層深度計算至卵石層頂面即可；粉細砂層屬砂類土，地下水位一將穩定，其沉降即趨穩定，其固結度可按1考慮；計算時壓縮層可分為3層，第一層粉細砂為2.03.0米，第二層淤泥質粉質粘土為3.012.0米，第三層淤泥質粉質粘土為12.028.5米。最終沉降量計算各層平均有效應力增量PP1=H110/2=（3-2）10/2=5（kPa）P2=H110+H210/2=110+（12-3）10/2=55（kPa）P3=（H1+H

8、2）10=1010=100（kPa） 1.5年后地面沉降量預測淤泥質粉質粘土固結度的計算時間因素固結度沉降量預測五、地面沉降量的預防對城市已發生地面沉降的地區，可根據工程地質和水文地質條件采取下列控制和治理方案：減少地下水開采量和水位降深，調整開采層次，合理開發，當地面沉降發展劇烈時，應暫時停止開采地下水；對地下水進行人工補給，但回灌時應控制回灌水源的水質標準，以防地下水被污染；控制工程建設中的人工降低地下水位。對可能發生地面沉降的地區應預測地面沉降的可能性和估算地面沉降量，并可采取下列預測和防治措施：根據場地工程地質、水文地質條件，預測可壓縮層的分布；抽水壓密試驗、滲透試驗、先期固結壓力試驗、流變試驗、載荷試驗等的測試成果和沉降觀測資料，計算分析地面沉降量和發展趨勢；合理開采地下水資源，限制人工降低地下水位及在地面沉降區內進行工程建設應采取措施。總之城市