地面沉降

• 世界上地面沉降问题的发现，约始于20世纪初。 有关上海地面沉降的报导最早见于1921年，到 1965年在市区已形成了一个碟形洼地，其中心 处的最大沉降量达2.63米。 • 然而，无论是媒体的统计，还是民间的地陷地 图都难以真正对未来可能的地陷以及生命的消 逝起到足够的预防作用。这些统计和地图只是 一种民间的记忆，表达一种事后的或怀念，或 愤怒的复杂情感。铭记灾难，讲述灾难是为了 明天活得更好，更安全，然而应对莫名其妙的 地陷，有心的民间人士亦感乏力，除了记录， 他们对于明天的地陷也没有更好的办法。
地面沉降所造成的破坏和影响是多方面的，主要为区域性地面标高的 损失而引起环境恶化给工农业生产、交通运输、城市建设和人民生活 造成危害和严重的经济损失，其具体环境灾害表现如下： 在滨江或滨海区域易受河水或海水的侵袭，引起潮水、江水倒灌， 给城市、农田造成严重经济损失。地面沉降也使内陆平原城市或地区 遭受洪水灾害的频率增大、危害程度加重，尤其那些新构造盆地如江 汉盆地、洞庭湖盆地、汾渭盆地及辽河盆地等。 对城市公共设施、交通运输、港口码头及水利设施的损害。例如 城市中下水管道变形排水能力下降，河道桥下净空减小通航能力降低， 既有河、海堤坝或防洪墙防洪、潮的能力降低，道路设施破坏，港口 码头失效货物装卸能力下降等。 地面沉降的不均匀往往使地面和地下建筑遭受巨大的破坏，危及 稳定、安全。如建筑物墙壁开裂、高楼脱空并使桩基产生负摩阻力， 深井井管上升、井台破坏，桥墩不均匀下沉、自来水管弯裂漏水等。
采地下水而逐渐加剧。1972—1983年，最大累计沉降量777毫米， 年平均沉降量30—70毫米的沉降中心有5处。1983年后，西安市 地面沉降趋于稳定发展，部分地区还有减缓的趋势。到1988年 最大累计沉降量已达1.34米，沉降量100毫米的范围达200平方 公里。
长江三角洲地区
长江三角洲是我国地面沉降最为严重的地区。其中，上海地区是我国 发生地面沉降现象最早、影响最大、危害最深的城市；20世纪80年代以来， 江苏的苏(州)一(无)锡一常(州)及扬州一泰州一南通地区与浙江的杭(州) 一嘉(兴)一湖(州)及宁(波)一绍(兴)地区相继发生了地面沉降灾害。以上 海市中心、苏锡常、嘉兴为代表的沉降中心区的最大累积沉降量分别达 2.63、2.80、0.82m。90年代以来，由于大规模的城市建设，高层建筑荷 载及市周边地区增加开采地下水，致使中心城区地面处于新的加速沉降阶 段。在苏锡常地区，虽然近年来已实行地下水禁采，地下水位大部分地区 已开始有所回升，但沉降速率仍然达到20～40mm／a，部分乡镇高达80～ 120mm/a。杭嘉湖平原地面沉降不断向区域性发展，形成多个沉降中心。 近年来，浙江省沿海地带的城市由于地下水超采严重，地面沉降发展较快。 2002年宁波市沉降中心累计沉降量484.6mm，沉降面积超过175km，沉降速 率3～12mm/a，沉降中心沉降速率在6～10mm/a。温岭市西部平原已形成了 多处沉降带，中心累计沉降量已大于1300mm，地面累计沉降量大于300mm 的面积已达36.45km2，已成为浙江省地面沉降地质灾害最为严重的地区。
开采油气资源引起地面沉降 在油气田区，开采油气资源也会引起地面 沉降。根据大港油田的有关资料，2500m以下 普遍出现了欠压密地层，当油气开发后，必将 使流体压力降低，固体颗粒有效应力增加，使 地层进一步固结压密，从而引起地面沉降。因 此，石油天然气的开采也是引起油气田区地面 沉降的因素之一。
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防潮堤抗风暴潮能力降低，风暴潮频率、强度增加。 建筑物地基下沉，房屋开裂破坏，地下管道受损。 地面水准点失效，地面高程资料失效。 地面沉降影响河道输水，城市内涝严重。 河床下沉，河道防洪排涝能力降低，影响南水北调 等引水工程安全，桥下净空变小影响泄洪和航运。 • 加剧了农业渍害，土质趋于恶化 。 • 铁路安全受到威胁,加厚路基碎石垫层。
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200毫米的总面积超过7.9万平方里。 2011年12月，国土资源部地质环境司副司长陶庆法表示，”地 面沉降的重灾区主要是长江三角洲地区、华北平原和汾渭盆地这三 个区域”。
例如：西安市 地面沉降发现于1959年、1971年后随着过量开
特点
以向下的垂直运动为主体，而只有少量或基本上没有水平向位移。 可能影响的平面范围可大至几千平方公里。
诱因
包括自然地质因素和人类工程活动因素两大类。可由单 一因素诱发，而在许多情况下是由几种因素综合作用的结果。 其中，人类工程活动因素常起着重要作用。
自然地质因素
地球内营力作用 包括地壳近期下降运动，地震，火山运动等。由地壳引起 的地面下降是非常缓慢的，一般不构成灾害性后果。地壳 沉降区内的不同地点下降速率并非完全相同，常表现出相 对不均一性。 地球外营力作用
地面沉降与地下水开采量和动态变化有着密切联系， 过量开采地下流体是产生地面沉降的主导因：(1)地面沉 降中心与地下水开采漏斗中心明显一致性；(2)地面沉降 区与地下水集中开采区大体相吻合；(3)地面沉降量等值 线展布方向与地下水开采漏斗等值线展布方向基本一致， 地面沉降速率与地下液体的开采量和开采速率有良好的对 应关系；(4)地面沉降量及各单层的压密量与承压水位的 变化密切相关；(5)许多地区已通过人工回灌或限制地下 水开采来恢复和抬高地下水位，控制了地面沉降发展，有 些地区还使地面有所回升。
工程地质问题之地面沉降
14土木05 覃飞
地面沉降又称为地面下沉或地陷。地球表面的海拔标高在一 定时期内，不断降低的环境地质现象叫地面沉降，是地层形变的一 种形式。它是在人类工程一种局部的下降运动（或工程 地质现象），简而言之，是指地面高程的降低，均指地壳表面某 一局部范围内的总体下降运动。
包括溶解，氧化，冻融等作用。地下水对土中易溶盐类的 溶解，土壤中有机组分的氧化，地表松散沉积物中水分的 蒸发等均可造成土体密度改变，促进土体自重固结过程而 引起地面下降。
人类活动因素 地面沉降现象与人类活动密切相关.现在我 们研究地面沉降的原因时,不难发现,人为因素已 大大超过了自然因素.尤其是近几十年来,人类过 度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等地下 资源,使贮存这些固体、液体和气体的沉积层的孔 隙压力发生趋势性的降低,有效应力增大,从而导 致地层的压密.直接导致了今天全球范围内的地 面沉降.人为的地面沉降广泛见于一些大量开采 地下水的大城市和石油或天然气开采区.地面沉 降主要由抽水作用形成,但又与软土层的厚度、地 壳下沉,以及高层建筑等因素密切相关.
建筑施工造成的局部沉降
相对于抽取地下水流体引起的地面下沉而言，城 市建设造成的地面沉降是局部的，有时也是不可逆转 的。城市建设施工造成局部地面沉降主要是以高层建 筑基础工程为代表，如基坑开挖、降排水、沉桩等。 沉降效应较为明显的工程措施有开挖、降排水、盾构 掘进、沉桩等。若揭露有流砂性质的饱水砂层或具流 变特性的饱和淤泥质软土，在开挖深度和面积较大的 基坑时，则有可能造成支护结构失稳，从而导致基坑 周边地区地面沉降。而规模较大的隧道、涵洞的开挖 有时具有更显著的沉降效应。
地面沉降主要是抽取地下流体引起土 层压缩，厚层松散细粒土层的存在构成了地 面沉降的物质基础。易于发生地面沉降的地 质结构为砂层、黏土层的松散土层结构。随 着抽取地下水，承压水位降低，含水层本身 及其上、下相对隔水层中孔隙水压力减小， 地层压缩导致地面发生沉降。
全球海平面上升
气候变暖导致的全球海平面上升使沿海地区沉降问题 更加突出，中国沿海地区大都面临着海平面上升问题。据 统计，20世纪60年代以前上海吴淞口海平面上升速率为 0.9mm／a；20世纪60年代以后，由于全球变暖等原因，海 平面上升速率为2mm／a。海平面上升值叠加在地面沉降值 上带来的诸多灾害性后果是不容忽视的。在这个方面尤以 天津地区最为显著。天津沿海下降区从全新世以来一直处 于下沉阶段，下沉速率为1mrrga，随着地下水开采量的增 加，沉降速率也趋于加快。同时，渤海湾地区近几十年来 海平面处于持续上升阶段，年绝对上升量1～5mm，加上地 壳升降影响，年上升量在1.5～8mm之间。海平面上升和局 部地面下沉的复合作用虽短期内量不大，然而因其持续作 用的周期较长，从长远来看，对天津地区的影响很大，应 引起极大的关注。
华北平原地区
华北平原是我国地面沉降灾害严重的地区。以天津、沧 州和北京NE郊形成3个沉降中心。天津地面沉降与上海同步， 始于上世纪20年代，建国以来，地面沉降严重加剧，最大沉 降量已经超过3.1m，为全国之最。天津的地面沉降问题非常 复杂，特别是沉降中心向海岸线迁移，反映出有深层石油开 采的迭加作用。沿海一带已出现负海拔标高地区近20km2，淤 积突出，风暴潮灾害非常严重。向西与河北平原沉降已连成 一体，与华北地下水开采形成的大漏斗相吻合。河北平原区 地面沉降主要形成于20世纪80年代，随着地下水水位的下降 和地下水水位降落漏斗的形成，河北平原逐渐形成了沧州、 保定、衡水、任丘、南宫、霸州、大城、曲周、唐海等9个主 要地面沉降区。北京地区由于第四系沉积物相对致密，地面 沉降及其危害轻于天津和河北平原地区。但是，由于高层建 筑和其它重大工程对地面变形的要求很高，其潜在威胁不容 忽视。
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同时国外也发生着这样的情况，同样很严重，美 国的大部分地区都发生了地面沉降，有些地区还相当严 重。美国已经有遍及45个州超过44030平方公里的土 地受到了地面沉降的影响，由此造成的经济损失更是惊 人。仅在美国圣克拉拉山谷，由地面沉降所造成的直接 经济损失，在1979年大约为1.31亿美元，而到了1998 年则高达3亿美元。造成这一灾害的主要原因是由于含 水层的压实、有机质土壤的疏干排水、地下采矿、自然 压实、溶坑以及永土的解冻等。 • 最强烈的地面沉降发生于美国长滩市威尔明顿油 田,其最大累积沉降量达9米。
汾渭地堑主要城市
汾渭地堑沿陕西渭河、山西6大盆地斜列展布是我国构造强烈活 动区，基底构造差异升降大。由于地下水的开采，不仅引发了地面沉降， 而且形成了多条顺构造线展布的地裂缝，逐渐形成了西安、大同、太原3 个严重地面沉降及地裂缝区。其中，西安地区地面沉降累计达2．6m，已 发现的地裂缝带有13条，出露总长度约72km，延伸103km，各地裂缝带间 呈1～1.5km等间距排列，最大垂直活动速率超过50mm/a，总体活动速率 在5～35mm/a。山西太原市沉降范围SN长约40km，EW宽约15km。太原市地 裂缝分布在清徐县上固驿一平泉一武家坡一带一大运高速公路清徐段南 侧，长度约15．5km，影响带宽度约200左右，基本贯穿清徐县西部边山 全境。山西大同市地面沉降出现于20世纪70年代末沉降中心累计地面沉 降量一般为40～50mm，最大累计沉降量124mm，平均沉降速度8～10mm／a。 大同地面沉降与地下水降落漏斗在时空分布上有较好的对应关系。大同 市地裂缝1983年刚发现时长不到5km；其后日益加剧，1990年已形成长 10．5kni的地裂缝带；1994年发展到24km；截止到2002年已发展到10条， 总长度达34．5km的地裂缝带。