工程地质(地面沉降部分)

1、7.4 地面沉降 地面沉降地面沉降系指在自然因素和人为因素系指在自然因素和人为因素影响下形成的影响下形成的地表垂直下沉地表垂直下沉现象。现象。 由于工农业生产的发展、人口的剧增由于工农业生产的发展、人口的剧增 以及生产规模的扩大，以及生产规模的扩大，大量抽取地下水引大量抽取地下水引起了强烈的地面沉降起了强烈的地面沉降，特别是在大型沉积，特别是在大型沉积盆地和沿海平原地区，地面沉降灾害更加盆地和沿海平原地区，地面沉降灾害更加严重。严重。石油、天然气的开采也可造成大规石油、天然气的开采也可造成大规模的地面沉降灾害模的地面沉降灾害。 国国 名名 地地 点点沉降面沉降面积积（km2）最大沉降速率最大沉

2、降速率（cm/a）最大沉降最大沉降量量（m）发生沉降的发生沉降的主要时间主要时间备备 注注州或省市州或省市具体地点具体地点 日日 本本东京东京江东及城北工业区江东及城北工业区29019.54.2318921968开开发发地地下下水水大阪大阪16.32.819251968九州九州 佐佐 贺贺 县县白石平原白石平原882019541965尼崎尼崎3.1 美美 国国加州加州圣克拉拉流域圣克拉拉流域600213.9019151967圣华金流域圣华金流域900046.08.5519351968洛斯贝诺斯洛斯贝诺斯开脱尔曼市开脱尔曼市2330404.88 1955邱拉里华兹科邱拉里华兹科303.96192

3、61954长滩市威明顿油田长滩市威明顿油田3271919261968开采石开采石油油内华达州内华达州拉斯维加斯拉斯维加斯500119351963抽抽取取地地下下水水亚利桑那州亚利桑那州凤凰城凤凰城310319521970得克萨斯州得克萨斯州休斯顿休斯顿加尔维斯顿加尔维斯顿100001219431969路易斯安那州路易斯安那州巴吞鲁日巴吞鲁日5000.319341965墨西墨西哥哥墨西哥城墨西哥城7560427.518901957意大意大利利波河三角洲波河三角洲800300.2519531960开采石开采石油油 中中 国国上海上海天津天津台湾台湾市区及郊区市区及郊区台北盆地台北盆地730010.

4、121.622.6671.761.701921198719591983 1963抽抽取取地地下下水水 1. 1. 地面沉降基本发育分布情况地面沉降基本发育分布情况 全国有沪、津、苏、浙、陕等16个省（区、市）的46个市县（地段）出现了地面沉降问题，总沉降面积达4.87万km2。 我国地面沉降主要分布在一下几类地区： a. 长江下游三角洲平原区，如上海、苏锡常地长江下游三角洲平原区，如上海、苏锡常地区；区； b. 河北平原，如沧州等地；河北平原，如沧州等地； c. 环渤海地区，如天津等地；环渤海地区，如天津等地； d. 东南沿海平原，如宁波、嘉兴、湛江；东南沿海平原，如宁波、嘉兴、湛江； e.

5、河谷平原和山间盆地，如西安，太原。河谷平原和山间盆地，如西安，太原。 沉降区域面积和沉降中心最大累计沉沉降区域面积和沉降中心最大累计沉降，降，天津、上海、苏锡常、沧州、西安、天津、上海、苏锡常、沧州、西安、阜阳、太原等阜阳、太原等市较为严重市较为严重 ( (最大累计沉降最大累计沉降都在都在1 1米以上米以上) )。 其中其中天津在沉降面积、最大累计沉降天津在沉降面积、最大累计沉降和年沉降速率几方面都最为严重和年沉降速率几方面都最为严重。(1) 上海市 1921年发现地面沉降，到1991年，市区平均累计沉降1.83 m，最大累计沉降2.67m，影响范围400km2 。 1965年之前为地面沉降剧

6、烈发展期。采取限制开采及回灌措施之后，19661987年，累计沉降36.7mm。(2) 苏锡常地区始于60年代后期；7080年代早期仅在苏锡常三中心城市出现沉降，沉降速率为3238mm/a；80年代中期至1994年，沉降加速，特别是城市外围地区发展较快，形成区域性地面沉降，沉降速率达3090mm/a；1995年以后沉降速率减少到2030mm/a；目前，三市沉降中心沉降量都超过1m。 苏锡常地区地面沉降一览表苏锡常地区地面沉降一览表时间时间苏苏 州州无无 锡锡常常 州州累计累计沉降量沉降量(mm)(mm)沉降沉降速率速率(mm/a)(mm/a)累计累计沉降量沉降量(mm)(mm)沉降沉降速率速率

7、(mm/a)(mm/a)累计累计沉降量沉降量(mm)(mm)沉降沉降速率速率(mm/a)(mm/a)19601960年前年前19701970年年19801980年年19851985年年19901990年年19951995年年末发现末发现410410730730890890134513451450145032323232999991912121末发现末发现350350602602665665103510351140114038382323171774742121末发现末发现2602604004009489481100110028281091093030(3) (3) 天津市天津市 1959195

8、9至今，最大累计沉降为至今，最大累计沉降为2.5m2.5m多；累计沉降量超多；累计沉降量超过过100mm100mm者面积达者面积达800km800km2 2 。 19801980年至年至19901990年，天津市年，天津市区沉降量大于区沉降量大于1.0m1.0m面积面积237km237km2 2 ，大于，大于2.0m2.0m面积面积37 km37 km2 2。出现负标高的面积有出现负标高的面积有5km5km2 2。 自自19801980年采取控沉措施以来，市区沉降速率有明显降低，年采取控沉措施以来，市区沉降速率有明显降低，目前已控制在目前已控制在20mm/a20mm/a以下。以下。 但是郊区，

9、特别是塘沽、但是郊区，特别是塘沽、 汉沽汉沽的沉降现象仍在发展，其沉降量已比市区大，致使市区地下的沉降现象仍在发展，其沉降量已比市区大，致使市区地下水向郊区流动。水向郊区流动。 在汉沽的在汉沽的20km20km2 2面积内地面标高接近平均海平面，致使面积内地面标高接近平均海平面，致使沿海地带历遭风暴潮侵袭，码头上水，仓库被淹，河堤防洪沿海地带历遭风暴潮侵袭，码头上水，仓库被淹，河堤防洪能力降低，市区地下管道系统遭受破坏等危害。能力降低，市区地下管道系统遭受破坏等危害。 (4) 北京市主要发生在东北郊，70年代至90年代最大累计沉降0.59 m，沉降超过100 mm总面积超过600 km2 。(

10、5) 西安市1959年发现地面沉降，70年代开始加剧。1972年1983年，最大累计沉降777 mm，沉降超过100mm范围200 km2。(6) 台湾西南沿海地面沉降最大达3.1 m(1986年)日本东京：5080年代累计沉降3.1 m，其中1986年一年中最大沉降239 mm。墨西哥城：最大地面沉降7 m。曼谷：下沉25 mm/a，最大100 mm/a。曼谷城平均高于海平面仅曼谷城平均高于海平面仅1 11.5 m1.5 m。美国一油田：到1974年下沉9 m，数百口油井被毁。2.地面沉降的原因 首先首先从地质、水文地质条件来看，疏松的多层含水从地质、水文地质条件来看，疏松的多层含水体系；其

11、中承压含水层的水量丰富，适于长期开采；开体系；其中承压含水层的水量丰富，适于长期开采；开采层的影响范围内，特别是它的顶、底板，有厚层的正采层的影响范围内，特别是它的顶、底板，有厚层的正常固结甚或欠固结的可压缩性粘性土层等，对于地面沉常固结甚或欠固结的可压缩性粘性土层等，对于地面沉降的产生是特别有利。降的产生是特别有利。（滨海平原、三角洲平原具（滨海平原、三角洲平原具有这样的条件。）有这样的条件。） 长期过量开采地下水长期过量开采地下水 ( (承压水承压水) )是地面沉降是地面沉降的主要原因的主要原因 。 部分其他成因，如部分其他成因，如地壳运动地壳运动( (西安西安) )，石油开，石油开采等采

12、等，但同时都伴有的地下水的过量开采。，但同时都伴有的地下水的过量开采。 其次，其次， 人类活动因素：人类活动因素：是诱发高速率地面沉降的重要因素。危害性大。 （1）持续超量抽取地下水； （2）开采石油； （3）开采水溶性气体； （4）大面积农田灌溉； （5）高荷载建筑群； （6）地面振动荷载等。 城市建筑物也可能引起地面沉降，城市建筑物也可能引起地面沉降，若有若有流沙性质的饱水沙层或具有流变特性的饱和淤流沙性质的饱水沙层或具有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，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，从而导致基坑周则有可能造成支护结构失稳，从而导致

13、基坑周围地区地面沉降。围地区地面沉降。而规模较大的隧道、涵洞的而规模较大的隧道、涵洞的开挖有时具有更显著的沉降效应。开挖有时具有更显著的沉降效应。降排水常作降排水常作为基坑等开挖工程的配套工程措施，旨在预先为基坑等开挖工程的配套工程措施，旨在预先疏干作业面渗水，其机理与抽取地下水引发的疏干作业面渗水，其机理与抽取地下水引发的地面沉降一致。地面沉降一致。沉降主要集中于浅部工程活动沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中。相对频繁和集中的地层中。承压含水层组，由含水层(砂砾石层)和隔水层(粘土层)组成。砂砾石层，孔隙率n=2540；粘土层，孔隙率n=3550砂砾石含水层水头的降低，导致临近

14、饱和粘性土隔水层向含水层排水，隔水层被压缩。原本漫长的自然固结过程被人为地大大加快原本漫长的自然固结过程被人为地大大加快了了。3. 地面沉降灾害 (1) 沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭；沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭； (2) 一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失一些港口城市，由于码头、堤岸的沉降而丧失或降低了港湾设施的能力或降低了港湾设施的能力; (3) 桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通。桥墩下沉，桥梁净空减小，影响水上交通。 (4) 在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉在一些地面沉降强烈的地区，伴随地面垂直沉陷而发生的较大水平位移，往往会对许多地面和地陷而发生的

15、较大水平位移，往往会对许多地面和地下构筑物造成巨大危害下构筑物造成巨大危害; (5) 在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深在地面沉降区还有一些较为常见的现象，如深井管上升、井台破坏，高楼脱空，桥墩的不均匀下井管上升、井台破坏，高楼脱空，桥墩的不均匀下沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会沉等，这些现象虽然不致于造成大的危害，但也会给市政建设的各方面带来一定影响。给市政建设的各方面带来一定影响。天天津津市市地地面面沉沉降降上海外滩百年巨变，外滩防汛墙不断加高的过程从侧面反映了市区地面沉降的演化历史！ 主要技术：主要技术：建立健全地面沉降检测网络，加建立健全地面沉降检测网络，加强地下水动态和地面沉降监测工作；开辟新的强地下水动态和地面沉降监测工作；开辟新的替代水源、推广节水技术；合理规划地下水开替代水源、推广节水技术；合理规划地下水开采布局，控制地下水开采量；对地下水开采层采布局，控制地下水开采量；对地下水开采层位进行人工回灌；实行地下水开采总量控制、位进行人工回灌；实行地下水开采总量控制、计划开采和目标管理。计划开采和目标管理。 除上述措施外，除上述措施外，还应查清地下水地质构造，还应查清地下水地质构造，对高层建筑物的地基进行防沉降处理。对高层建筑物的