第十讲地面沉降介绍
地面沉降
地面沉降地面沉降的定义：指地层在各种因素的作用下，造成地层压密变形或下沉，从而引起区域性的地面标高下降。
一、我国地面沉降的现状目前，我国已有上海、天津、江苏、浙江、陕西等16个省（区、市）共46个城市、县城出现了地面沉降问题，总沉降面积达48 7x1O4km〔表4-1)。
表4-1 我国地面沉降情况统计（1993年）从成因上看，我国地面沉降绝大多数是因地下水超量开采所致。
从沉降面积和沉降中心最大累积降深来看，以天津、上海、苏锡常、沧州、西安、阜阳、太原等城市较为严重，最大累积沉降量均在lm以上；如按最大沉降速率来衡量，天津（最大沉降速率80mm／a）、安徽阜阳〔年沉降速率60～110mm/a）和山西太原（114mm ／a）等地的发展趋势最为严峻。
我国地面沉降的地域分布具有明显的地带性，主要位于厚层松散堆积物分布地区。
1、大型河流三角洲及沿海平原区主要是长江、黄河、海河及辽河下游平原和河口三角洲地区。
这些地区的第四纪沉积层厚度大，固结程度差，颗粒细，层次多，压缩比强；地下含水层多，补给径流条件差，开采时间长、强度大；城镇密集、人口多，工农业生产发达。
这些地区的地面沉降首先从城市地下水开采中心开始形成沉降漏斗，进而向外围扩展，形成以城镇为中心的大面积沉降区。
2、小型河流三角洲区主要分布在东南沿海地区第四纪沉积厚度不大以海陆交互相的粘土和砂层为主，压缩性相对较小。
地下水开采主要集中于局部的富水地段。
地面沉降范围一般比较小，主要集中于地下水降落漏斗中心附近。
3、山前冲洪积扇及倾斜平原区主要分布在燕山和大行山山前倾斜平原区，以北京、保定、邯郸、郑州及安阳等大、中城市最为严重。
该区第四纪沉积层以冲积、洪积形成的砂层为主；区内城市人口众多、城镇密集工农业生产集中；地下水开采强度大，地下水位下降幅度大。
地面沉降主要发生在地下水集中开采区，沉降范围由开采范围决定。
4、山间盆地和河流谷地区主要集中在陕西省的渭河盆地及山西省的汾河谷地以及一些小型山间盆地内，如西安、咸阳、太原、运城、临汾等城市。
地面沉降的原因分析
地面沉降的原因分析摘要关键词1.引言地面沉降在世界各地非常普遍，在城市地区尤为显著。
随着工业化、城市化进程的加速，人类的经济与工程活动在地面沉降中的作用成为决定性的关键因素。
地面沉降已成为影响经济社会可持续发展的典型的环境地质问题和重要的城市地质灾害之一。
本文阐述了地面沉降的发展现状与原因，全面的分析地面沉降的原因，以及以上海地面沉降的原因为例，分析了制约影响因素及其在地面沉降中的作用，在此基础上，提出面对地面沉降的防治措施与建议。
2.地面沉降的原因分析2.1地面沉降发展与现状地面沉降是指自然和人为因素作用下地面高程降低的现象。
自然因素包括地壳的升降运动、地震、火山活动、气候变化海平面上升及土体自然固结等;人为因素包括开采地下流体资源(地下水、石油、天然气)、开采地下固体矿产(金属矿、煤、岩盐等)、工程施工、灌溉(尤指黄土或泥炭土壤灌溉区)以及地表的静动荷载等。
伴随着工业革命的兴起和发展，人为因素在地面沉降中的作用日益凸显，特别是大规模持续地开发利用地下水和石油等资源，导致区域性的地面沉降迅速发展，成为地面沉降的主要影响因素。
19世纪末期，地面沉降现象已开始显露，而在20世纪初中期急速发展，并在世界各地逐步蔓延。
地面沉降已成为城市化进程中普遍存在的环境地质问题，由此导致的环境影响和社会危害日渐突出且日趋严重，成为制约社会经济可持续发展的重要地质灾害之一。
自从意大利威尼斯城最早发现地面沉降以来, 世界上已有200多个城市或地区发生了不同程度的地面沉降现象。
我国最早于1921年在上海地区发现地面沉降以来, 天津、西安、太原、苏州以及内蒙等地相继出现了地面沉降现象。
2.2地面沉降的原因2.2.1地下水资源的开采地下水资源由五个组成部分，水资源各组份的性质及其对地面沉降的影响所有的地面沉降，都是从地层中抽汲流体的结果。
因此，进一步探讨水资源各组份对地面沉降的影响。
第一部分，即因压力水头下降，水体积膨胀而增加的水量。
地面沉降
地面沉降一、地面沉降现状2. 国内地面沉降现状河北平原总面积81459km2，河北平原地面沉降大于200mm 的面积达48550km2，占59.6%。
二、地面沉降的危害(1) 损失地面标高造成雨季地表积水，防泄洪能力下降，沿海地区抵抗风暴潮的能力降低。
如塘沽由于地面标高的损失，沉降中心的地面标高已不足1m，而遇风暴时海水上涨5～6m，现有防潮堤不足以阻挡海水，造成大面积入侵，1985年8月2日和19日，潮位达5.5m，新港造船厂、东大沽一带被海水淹没，直接经济损失达1. 2亿元；1992年9月1日，潮位达5. 93m,天津港前方库房、码头、客运站等全部被海水淹没，新港造船厂、北塘修船厂、救助站、部分村庄、万亩虾场、农田也受淹，直接经济损失达3亿元。
2002年7月5日，沧州市降水量97mm，整个沧州市区汪洋一片，市政设施管理处11个排水泵站33台水泵全部启动，连续48h才将积水排完，总排水量约356×104m3。
2003年10月10日，因持续降雨，城区3295户进水。
(2) 城市管网遭到破坏。
城市给水供气管道随地面不均匀沉降而弯曲变形，导致管道漏水漏气，进而折断，直接影响市民生活及工业生产，给当地人民的生命财产安全造成巨大威胁。
沧州市给水管网26km,仅2002年给水管网就破裂776次。
上海市曾发生地面沉降折断大口径(300mm)煤气管导致煤气泄漏事故。
(3) 铁路安全受到威胁。
由于地面沉降造成铁路路基不均匀下沉，铁路安全受到威胁。
如京沪铁路从沧州市沉降中心穿过，由于铁路路基下沉，在沧州市地面沉降中心地段，路基碎石垫层已加厚了500mm，不仅造成经济损失而且影响铁路安全运行。
(4) 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。
南运河从沧州市横穿而过，是引黄入津的通道，也是南水北调东线的经由之路，由于地面沉降，造成河床下沉，其过水能力锐减，原设计流量为120m3/s，现在已不及原设计能力的1/2。
地面沉降处理
地面沉降处理地面沉降是指地基的沉降运动，能够引起地面的沉降变形、塌陷和沉陷，继而对建筑物造成破坏。
地面沉降是一个严重的环境问题，它可以对房屋和其他建筑物造成严重的损害，甚至会影响地面沉降地区的社会发展。
在中国，随着经济的发展，地面沉降变得越来越严重。
因此，针对地面沉降问题，必须推行有效的处理措施。
面对地面沉降，采取有效的处理措施分为三个步骤：一是防治，二是调查，三是整治。
第一步是防治，做好防治措施是解决地面沉降问题的前提。
在施工过程中，必须严格控制施工影响范围，减少地面沉降的发生，为了防止地基沉降，施工设计需要考虑地基沉降预防措施，建议在现有施工场地初步调查地质情况，明确施工过程中需要采取的技术措施，以防止或减少地面沉降的发生。
第二步是调查，在施工前要经过充分的调查，以确定地基的沉降情况。
调查的目的是收集地面沉降现象的相关数据，确定沉降程度，以便进行有效的处理。
调查应包括室外摄影、多年剖面、地下水条件、地表沉降和空间水平位移等项目。
第三步是整治。
整治沉降现象的措施有很多，具体可以分为顶层维护技术、支撑结构技术和防压结构技术等。
顶层维护技术是把施工过程中发生的地面沉降现象，通过再注浆的形式，将整个地基的沉降整体补平，以达到地面沉降彻底消除的目的。
支撑结构技术是通过支撑结构，来抵消地基发生沉降的影响，从而达到防止建筑物沉降的目的。
防压结构技术是通过安装防压结构，来控制地基发生沉降的惯性力，从而抑制地面沉降幅度，避免房屋发生塌陷和沉陷，同时维护地面整体的平整度。
另外，地面沉降处理还应该考虑到临时土质加固的技术，可以进行临时的土质改良，以达到减弱地基沉降的目的。
总之，为了解决地面沉降问题，应采取有效的处理措施，三个步骤：防治、调查和整治，应按照地基沉降情况和施工安全要求，采取相应的技术措施，将地面沉降彻底处理掉。
地面沉降的处理不仅要识别问题的症结所在，还要基于定量分析，对地基沉降影响了的建筑采取合理的处理建议，以保证建筑物的安全。
第十章 地面沉降
第一节 第二节 第三节 第四节
地面沉降
概述 地面沉降的地质环境 地面沉降机理 地面沉降的防治
第一节 概述
地面沉降：指地面高程的降低，均指地壳 地面沉降：指地面高程的降低， 表面某一局部范围内的总体下降运动。 表面某一局部范围内的总体下降运动。 特点：以缓慢的、 特点：以缓慢的、难于察觉的向下垂直运 动为主， 动为主，只有少量的或基本没有水平向的 位移， 位移，可能影响的平面范围可大至几千平 方公里。 方公里。
世界若干大城市日用水量与地面沉降
上海市地面沉降
除超量抽取地下水之外，造成近期上海地面沉降加速 的原因是多方面的：
上海地区地下水开采量在较长时间内仍将持续高水平。 上海市第四纪沉积层厚达 3 0 0多ｍ，在潜水含水层以下有 0多ｍ，在潜水含水层以下有 7个粘性土层，上部粘土层在反复抽水与回灌的加卸载过程中， 回弹效应愈来愈差，其力学性状已经发生明显变化。 长江三角洲的苏、锡、常地区和杭、嘉、湖地区地面沉降明 显，已经和上海地区地面沉降几乎连成一片，造成周边地区 与上海地区地面沉降的地面沉降的相互影响加剧。 全球海平面升高影响，上海海平面目前以每年 1.5ｍｍ上升， 1.5ｍｍ上升， 地面沉降必须考虑与海平面升高的共同影响。
第三节 地面沉降机理
主要分析因为抽汲地下液体所引起的地面沉降的 机制问题 承压水位降低所引起的应力转变及土层的压密 位于末固结或半固结疏松沉积层地区内的大城市， 位于末固结或半固结疏松沉积层地区内的大城市， 因为潜水易于污染往往开发深层的承压水作为工 业及生活用水的水源。 业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中， 在孔隙承压含水层中，抽汲地下水所引起的承压 水位的降低，必然要使含水层本身和其上、 水位的降低，必然要使含水层本身和其上、下相 对含水层中的孔隙水压力随之而减小。 对含水层中的孔隙水压力随之而减小。
优质课件：地面沉降
地面沉降的人为原因
• 地面沉降现象与人类活动密切相关。尤其是近几 十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、 地下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。 在我国，由于各大中城市都处于巨大的人口压力之 下，地下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市 出现地面沉降，在沿海地区还造成了海水入侵。
• 地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据 统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿 元人民币以上。值得庆幸的是，我国已开始重视这 个问题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列 政策的出台使我国很多地区的地面沉降现象已经或 将得到控制。
因时，不难发现，人为因素已大大超过了自然因
素。现在的地面沉降现象与其说是自然灾害，倒
不如称之为人为祸患。
地面沉降的地质原因
• 从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有 下列三种原因：
• 1、 地表松散地层或半松散地层等在重力作用下， 在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地 面会因地层厚度的变小而发生沉降。
地面沉降的人为原因
• 地面沉降现象与人类活动密切相关。尤其是近几 十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、 地下水等直接导致了今天全球范围内的地面沉降。 在我国，由于各大中城市都处于巨大的人口压力之 下，地下水的过度抽采更为严重，导致大部分城市 出现地面沉降，在沿海地区还造成了海水入侵。
• 地面沉降导致了地表建筑和地下设施的破坏。据 统计，我国每年因地面沉降导致的经济损失达1亿 元人民币以上。值得庆幸的是，我国已开始重视这 个问题，控制人口增长、合理开采地下水等一系列 政策的出台使我国很多地区的地面沉降现象已经或 将得到控制。
地面沉降
•
地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的
地面水平面降低的现象。地面沉降现象很早就为
地面沉降文档
地面沉降1. 介绍地面沉降是指地表在垂直方向上下降的现象，通常是由于人类活动或自然因素引起的。
地面沉降可能对人类社会和自然环境造成重大影响。
本文将介绍地面沉降的原因、影响以及预防与治理措施。
2. 原因地面沉降的原因多种多样，主要可以分为两类：自然因素和人为因素。
2.1 自然因素2.1.1 地下水开采地下水开采是导致地面沉降的重要原因之一。
过量的地下水开采导致了地下水位下降，导致岩土层体失去支撑力，进而引起地面沉降。
2.1.2 地质构造某些地质构造条件下，地面沉降是不可避免的。
例如，地震活跃区域的断层滑动会导致地面沉降。
2.2 人为因素2.2.1 土地开发与建设大规模的土地开发和建设活动，如城市建设、道路铺设等，会导致地面沉降。
这是因为土地的开发会改变原有的地下水循环和地质构造，从而引发地面沉降。
2.2.2 煤矿开采煤矿开采是一种破坏地下地质条件的活动，会导致地下岩土层体塌陷，进而引发地面沉降。
3. 影响地面沉降对人类社会和自然环境产生了一系列的影响。
3.1 建筑物损坏地面沉降会导致建筑物的结构变形，甚至倒塌，给人们的生命和财产带来威胁。
3.2 水资源问题地面沉降导致地下水位下降，使得地下水资源无法正常补充和增加。
这对于依赖地下水的地区来说，会带来严重的水资源问题。
3.3 生态环境破坏地面沉降会改变地表水的分布和流动，导致湿地干涸、河流变浅等生态环境破坏。
4. 预防与治理为了减缓和避免地面沉降带来的影响，需要采取一系列的预防与治理措施。
4.1 地下水管理合理管理地下水资源是避免地面沉降的重要手段。
限制过度的地下水开采，并加强地下水的监测和管理，可以减少地下水位下降对地面造成的影响。
4.2 土地规划与管理建立科学的土地规划与管理制度，合理控制土地开发和建设活动。
避免过度开发和建设，减少地面沉降的风险。
4.3 煤矿开采监管加强煤矿开采的监管，确保煤矿开采活动不对地面造成过大的影响。
合理规划矿区的开采方案，采取措施防止地下岩土层体塌陷，减少地面沉降的发生。
地面沉降
• 2、调整开采层次：这对减轻地面沉降起了 缓和作用，是一种辅助性措施。 • 3、人工回灌地下含水层：实际上是用人工 的灌水方法补充地下水量，以提高地下水 位，达到缓和沉降速率的效果。 • 4、利用地下水的采、灌数学模型，合理地 开发利用的下水：通过这样的采灌模型， 既合理地开发利用了地下水，又达到了基 本上控制地面沉降的目的。上海市已做了 尝试，并有了显著成效。
4、改变了排水管道的原始状态，影 响排水，部分地段水管破损，污水溢 出，造成地下水水质污染。市区出现 雨后积水点44处； 雨后积水点44处； 5、井管普遍相对上升，输水管受影 响； 6、塘沽区地面强烈下沉后，实际高 程在1 程在1—3米间，将有被海水淹没的危 险。
影响地面沉降的原因
• • • • • • • 地下水开采 软土次固结变形(粘土、淤泥) 孔隙热储层开采 工程施工 油气开采 欠固结的自然压密 构造活动对沉降的影响
• 3、重大的工程建筑物对地基施加 、 的静荷载，使地基土体发生变形； 的静荷载，使地基土体发生变形； • 4、即使是在低荷载的持续作用下， 、即使是在低荷载的持续作用下， 土体的蠕变也可引起地基土的缓慢 变形。地面上的动荷载（振动作用） 变形。地面上的动荷载（振动作用） 在一定条件下也将引起土体的压密 变形。 变形。
我国监测地面沉降的方法
• 我国的城市地面沉降监测工作曾经使 用过以下方法： • 1、对研究区的水准测量点定期进行测 量； • 2、含水层地下水开采量（含回灌量） 及地下水位进行长期观测；
• 3、室内试验和野外试验，包括常规试 验、微观结构研究，高压固结、三轴 剪切、长期流变、孔隙水压力消散、 室内模型试验等。野外试验主要有： 抽水试验、回灌试验、静力触探等。 • 4、设立沉降标、孔隙水压力标和基岩 标用以深入了解各土层和含水层的变 形规律及地下水位动态变化规律。
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建 筑 物 受 损
一、概述
不 均 匀 地 面 沉 降 加 速 了 地 铁 隧 道 设 施 的 磨 损
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
一、概述
地面沉降的危害
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一、概述 洪涝灾害加剧
苏 州 防 汛 堤 有 三 次 明 显 加 高 据统计，嘉兴市平均田面高程为 2.29m，水位每增加 10mm ，淹没面 积增加 1.6 万亩。
建 筑 物 受 损
一、概述
天津市因地面沉降受 风暴潮危害严重
上海市因地面沉降致 使防浪堤三次加高
海 岸 灾 害 加 剧
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一、概述
根据长江三角洲、华北地区、汾渭地堑主要城市等
的研究，粗略统计，建国以来，我国地面沉降和地裂缝
造成的损失累计高达4500～5000亿元，其中，直接经济 损失累计为 350～400 亿元，年均总损失为 90～ 100 亿元 ,年均直接损失8～10亿元。
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中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
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一、概述 建 筑 物 受 损
西安大雁塔
太 原 市
无锡市
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一、概述
太 原 市
建 筑 物 受 损
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江阴长泾
西 安 长 安 路
一、概述
建筑物受损
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一、概述
建 筑 物 受 损
珠海西区海华新村住宅区落成仅10年，地面沉降最大达1.5m
第十讲
地面沉降
提纲
一、概述 二、我国地面沉降现状 三、地面沉降形成机理及规律 四、地面沉降主要特征 五、地面沉降的调查与评价 六、地面沉降监测与预测 七、地面沉降防治
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洪涝灾害加剧
宁波地面沉降区常年积水
河北平原地面沉降区
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一、概述
建筑物受损
2003年2月28日因地面不均匀沉降错 断西安子午路2m粗的供水管道
2002年12月10因地面不均匀沉降错断西 安翠华南路2米粗的供水管道
一、概述
地面沉降
定义:地壳运动或开采地下流体引起的区域性地面标高
降低。
区别于地表塌陷、地裂缝
世界上已有 50 多个国家和地区发生了地面沉降，比较严重的国家 是美国、日本、墨西哥和意大利等。我国也有 50 多个大中城市出现 了不同程度的地面沉降，较严重的有上海、天津、台北、苏州、常州、
无锡、宁波等。
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一、概述
洪涝灾害加剧
2003.7.7雨后西工大沉降中心
太原市武家庄村常年积水
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一、概述
二、我国地面沉降现状
到 2003 年地面沉 降面积已达到 93,855km2 ， 形 成 长三角、华北平
原、和汾渭盆地
等地面沉降灾害 严重区。
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二、我国地面沉降现状
Á ½ ³ µ × Ü Á ¿ (mm)
é ÖÖ Ö ÷ÖÖÖ· ò Ö ò Ö2001Ö ê 11ÖÖ2003Ö ê 7ÖÖÖÖÖÖ ±ÖÖÖÖ
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
一、概述
不 均 匀 地 面 沉 降 加 速 了 地 铁 隧 道 设 施 的 磨 损
1 2
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Û ¼ À Æ Ô Â Ê ý (Ô Â )
456 585.94
927.05 1022.61 1148.31 1267.31 1464.61 1642.11 1789.51 2114.81 2232.71 2321.71 2390.71 2516.01 2611.91 2735.41 2816.71 2969.51
中 国 地 质 大 学 环 境 学 院 School of Environmental Studies-CUG
一、概述
地面沉降灾害
《地质灾害分类分级标准（试行）》（DZ0238-2004） 定义：在自然和人为作用下发生的大面积地表高程降低，并 对社会经济和环境造成危害的地质现象或过程。
地面沉降灾害会给城市建筑物、道路交通、管道系统及给排水、防 洪等带来诸多困难。因此，城市地面沉降已被列为十大地质灾害之一。 它具有生成缓慢、持续时间长、成因复杂和防治难度大等特点，其影响 范围之广、治理难度之大远远超过了其它城市地质灾害。