淺析地面沉降的危害

1、淺析地面沉降的危害、發(fā)生機(jī)理及其預(yù)防措施（內(nèi)蒙古第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)院吳文平任國(guó)文）一、地面沉降的定義及其特點(diǎn)廣義地講，地面沉降是指地殼表面一切自然力或人類(lèi)活動(dòng)影響下所發(fā)生的區(qū)域性地面下 降，就工程意義而言地面沉降是指某一區(qū)域內(nèi)由于開(kāi)采地下水或其他地下流體（如石油、天然氣）導(dǎo)致的地表淺層第四紀(jì)松散堆積物壓密或進(jìn)一步固結(jié)引起的地面標(biāo)高下降的現(xiàn)象。地面沉降的特點(diǎn)：波及范圍廣，下沉速率緩慢，難以察覺(jué)，一旦發(fā)生了地面沉降，即使不考慮產(chǎn)生 的原因，沉降了的地面也是可能完全復(fù)原的；在同一沉降區(qū)域內(nèi)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(kāi)采點(diǎn)的分布和開(kāi)采量密切相關(guān)。二、地面沉降的危害地面

2、沉降所造成的破壞和影響是多方面的。主要為區(qū)域性地面標(biāo)高的損失而引起環(huán)境惡化給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、城市建設(shè)和人民生活造成危害和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，其具體環(huán)境災(zāi)害表現(xiàn)如下：1、在濱江或?yàn)I海區(qū)域易受河水或海水的侵襲，引起潮水、江水倒灌，給城市、農(nóng)田造成 嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。地面沉降也使內(nèi)陸平原城市或地區(qū)遭受洪水災(zāi)害的頻率增大、危害程度加重， 尤其那些新構(gòu)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(duì)城市公共設(shè)施、交通運(yùn)輸、港口碼頭及水利設(shè)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(shè)施破壞，港口碼頭失效貨物裝卸能力

3、下降等。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(wěn)定、安全。如建筑 物墻壁開(kāi)裂、高樓脫空并使樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力，深井井管上升、井臺(tái)破壞，橋墩不均勻下沉、 自來(lái)水管彎裂漏水等。三、地面沉降的分布規(guī)律及成因1、地面沉降的分布規(guī)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(jì)堆積物的平原、 盆地、河口三角洲或?yàn)I海地帶。例如長(zhǎng)江、黃河、海河及遼河下游平原和河口三角洲地區(qū)，這 些地區(qū)的第四紀(jì)沉積厚度大，固結(jié)程度差，顆粒細(xì)，層次多，壓縮性高；地下水含水層多，補(bǔ) 給徑流條件差，開(kāi)采時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度大；城鎮(zhèn)密集、人口多，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)。這些地區(qū)的地面 沉降首先從城市地下水開(kāi)采中

4、心開(kāi)始形成沉降漏斗，進(jìn)而向外圍擴(kuò)展，形成以城鎮(zhèn)為中心的大面積沉降區(qū)。2、地面沉降的成因地面沉降發(fā)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(gòu)造運(yùn)動(dòng)、 強(qiáng)烈地震及海平面上升、欠固結(jié)土層自然固結(jié)等。人為因素主要是指大量抽取地下氣、液體，建設(shè)大 面積地面建筑群，固體礦床開(kāi)采等。隨著人類(lèi)工程及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的能力及強(qiáng)度的逐漸增強(qiáng)，其生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)地面沉降的影響通常已占主導(dǎo)地位。無(wú)論是何種因素，地面沉降都是因?yàn)楦淖兞说貙又性袘?yīng)力狀態(tài)，使地層發(fā)生變形的結(jié)果。 城市地面沉降主要是因各種目的而進(jìn)行的淺層疏干 排水和抽取深層的氣、液體，使地層內(nèi)的氣、液壓降低，土顆粒間有效應(yīng)力增加，地層壓密固 結(jié)的結(jié)果。這種因

5、抽取地下水而形成的地面沉降，是地面沉降現(xiàn)象中發(fā)育最普遍，危害最嚴(yán)重的一類(lèi)，其特點(diǎn)是沉降速率大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，特別是含水層下部存在巨厚層高壓縮性粘性土?xí)r。四、預(yù)測(cè)地面沉降量的估算方法1、要想預(yù)測(cè)沉降區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)的沉降量，必須查明該點(diǎn)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，劃分壓 縮層和含水層；進(jìn)行室內(nèi)外測(cè)試，取得抽水壓密試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、前期固結(jié)試驗(yàn)、流變?cè)囼?yàn)、 反復(fù)載荷試驗(yàn)等成果和沉降觀測(cè)資料。2、估算方法（1）、分層總和法估算最終地面沉降量S"'少i Ei式中 Sg一土層最終沉降量（mm；AR一因水位變化而施加于第 i層土上的平均荷載（MP）;Ei 第i層土的變形參數(shù)，砂土為變形模量，粘性土為壓

6、縮模量（MR）;Hi -第i層土的厚度（mm。（2 ）、地面沉降發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)U = 1 -82Tt在水位已經(jīng)穩(wěn)定不變的情況下，土層變形量與時(shí)間變化關(guān)系可用下式計(jì)算9 N 1 ,- 2 5 Ne + e, + r 1- 0.8e 25N Wt4H式中St 預(yù)測(cè)某時(shí)刻t個(gè)月土層變形量（mm；U 一固結(jié)度，以小數(shù)表示；N 一時(shí)間因素；CV 固結(jié)系數(shù)（mr月）；H -土層的計(jì)算厚度（mm,兩面排水時(shí)取實(shí)際厚度的一半，單面排水時(shí)取全部 厚度。3、實(shí)例市區(qū)某點(diǎn)的地下水位埋深為2.0米，由于開(kāi)采地下水，水位每年下降0.5米，預(yù)測(cè)20年后地下水位將穩(wěn)定，預(yù)測(cè)地面最終沉降量及水位穩(wěn)定1.5年后地面沉降量，地層

7、資料如下：序號(hào)土層名稱(chēng)層底埋深（m>孔隙比e。壓縮系數(shù)a （MP"）壓縮模量（MR）重度（KN/m）固結(jié)系數(shù)G (cni/s )1粉細(xì)砂0 3.00.8940.2378.019.02淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.0 28.51.0470.7352.817.83.2 X 10-33卵石28.5 45.075.022.04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(jì)，壓縮層深度計(jì)算 至卵石層頂面即可；粉細(xì)砂層屬砂類(lèi)土，地下水位一將穩(wěn)定，其沉降即趨穩(wěn)定，其固結(jié)度可按1考慮；計(jì)算時(shí)壓縮層可分為3層，第一層粉細(xì)砂為2.03.0米，第二層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為3.012.

8、0米，第三層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為12.028.5米。最終沉降量計(jì)算各層平均有效應(yīng)力增量 P Pi=HiX 10/2= (3-2) X 10/2=5 (kPa) P2=H1X 10+H2X 10/2=1 X 10+ (12-3) X 10/2=55 (kPa) P3= (H1+HO X 10=10X 10=100 (kPa)_ P：R . P ：R 555100SHj =，（一1H1 H2 H3）= 1 916.5=766.7mmEiE1E2E 82.82.81.5年后地面沉降量預(yù)測(cè)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土固結(jié)度的計(jì)算/ ,28.5-3、2 “64 （2）10時(shí)間因素N =t=3.142 3.2 10'

9、; 2.59討18 = 0.254H2一88心固結(jié)度 U = 1- e =1 一2 2.718=0.38兀3.14555100徂降量預(yù)測(cè) St =Sra U = 8 1 1（元 9 赤 16.5） 0.38 =291.7mm五、地面沉降量的預(yù)防對(duì)城市已發(fā)生地面沉降的地區(qū)，可根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件采取下列控制和治理方案： 減少地下水開(kāi)采量和水位降深，調(diào)整開(kāi)采層次，合理開(kāi)發(fā)，當(dāng)?shù)孛娉两蛋l(fā)展劇烈時(shí)，應(yīng)暫時(shí)停 止開(kāi)采地下水；對(duì)地下水進(jìn)行人工補(bǔ)給，但回灌時(shí)應(yīng)控制回灌水源的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，以防地下水被 污染；控制工程建設(shè)中的人工降低地下水位。對(duì)可能發(fā)生地面沉降的地區(qū)應(yīng)預(yù)測(cè)地面沉降的可能性和估算地面沉降量，并可采取下列預(yù)測(cè)和防治措施：根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)可壓縮層的分布；抽水壓密試驗(yàn)、滲 透試驗(yàn)、先期固結(jié)壓力試驗(yàn)、流變?cè)囼?yàn)、載荷試驗(yàn)等的測(cè)試成果和沉降觀測(cè)資料，計(jì)算分析地面 沉降量和發(fā)展趨勢(shì)；合理開(kāi)采地下水資源，限制人工降低地下水位及在地面沉降區(qū)內(nèi)進(jìn)行