地面变形地质灾害-地面沉降
地面沉降和地裂缝的评估与防治
降。这类地面沉降多为区域性的，在一定条件下随沉降伴生地裂缝。 洞穴塌陷包括岩溶塌陷和地下采掘洞穴塌陷，塌陷的范围局限于洞穴 和地下洞室的影响带。 （1）区域性地面沉降 （2）岩溶塌陷地面沉降 （3）地下采空区塌陷地面沉降
主要危害
（1）地面沉降及地裂缝会造成建筑物的直接破坏，如 房屋、桥梁破裂跨塌，地下管道、通道的断裂和破损 等。
S黏1ave0 •Dp•H
① ②黏 粉土 细1砂2，m，15现m地下S水位黏地表D下pE1•0mH
③粉质黏土，27m。15年S后水位S地黏 表下4S0m砂
④细中砂，7m
⑤粉质黏土，18m
⑥黏质粉土，7m
⑦页岩，50m
水 压 力 为 ： 1tf/㎡ =10kPa=0.01Mpa
第
1 层 沉 降 量 ： S1
地层资料及有关参数 表 6.5.3.1
层序 岩性 层 厚 层底埋 物理力学指标
备注
（m） 深（m） g (kN / m 3 ) e
a (MPa -1 ) E(MP
a)
1
粉土
12
12
18
086 0.332
5.6 目 前 地 下
2
粉细砂 15
27
17.5
12.0 水 位 为 地
3
黏 质 粉 27
54
18.6
在大多数情况下，这种压密可以认为是一维的。压密的时间延滞将随土层的透水性而
u 异。此压密过程一般仍近似采用Terzaghif 的经典固结方程表示，即：
p(suf)(uw 讲-u 义f)
u t
c0
2u z 2
8.2.3 地面沉降预测及估算方法 1．预测地面沉降的前提条件 (1) 查明场地的工程地质，水文地质条件，划分压缩层和含水层。 (2)进行室内外测试，取得抽水压密试验，渗透试验、前期固结试验、流变试
地面变形地质灾害类型和规律
贵州沿河一村庄发生地陷，村民跌入深坑失踪
2008年8月11日， 贵州沿河自治县 谯家镇韩家村桃 子坪发生一起地 面塌陷，造成一 人失踪，3间民 房及2亩耕地损 毁，危及附近农 户9户38人，房 屋24间。
2、损毁铁路、公路和水利设施
西安70米长路面塌陷，9辆货运汽车掉进 深约3米、长约70米的坑中附近群众以为 地震
基于SPOT-5图像解译的唐山市煤矿采矿沉陷区分布图 （李成尊等，2006）
二、地面变形地质灾害的类型
1. 按地面变形的形式分类
地面沉降
地面塌陷
地裂缝
渗透变形
特殊岩土胀缩变形
2. 按地面变形的成因分类
内动力地面变形：地震裂缝、地震塌陷、构造地裂缝、火山地面变形等
水动力地面变形：由地表水和地下水运动引起的地面变形，如由江河湖海波浪和 水流冲蚀而形成的库岸再造、岩溶水动态变化造成的岩溶塌陷、过量开采 地下水引起的地面沉降、坡面流引起的地面冲刷等
2008年11月15日杭州地铁一号线地 面塌陷事故，造成75米的路面陷落 了15米，正在行驶的十一辆汽车包 括一辆公交车陷入坑内，17人死亡， 4人失踪。
我国东部岩溶区，铁路4010 公里，岩溶塌陷376处，近十 年间中断车1860小时，颠覆 列车3次。
3、引发矿井水患
2009年7月22日黑龙江省鸡西市鑫永丰煤矿发生采空区地面塌陷，形成面积 约3000m2、深10余米的塌坑，由于正值降雨，水与流沙大量涌入坑内，使 矿井淹没，23名当班矿工被困井下。地ຫໍສະໝຸດ 面沉西安大雁塔
降
太
原
市
无锡市
地面塌陷
地裂缝
随着人类活动的加强，人为因素已经成为 地面变形地质灾害的重要原因。
地面沉降地质灾害的特征、成因机制和防治措施
知识点22：地面沉降地质灾害的特征、成因机制和防治措施[P1]同学们，今天，我们的微课题目为地面沉降地质灾害的分布特征、成因机制和防治措施。
[P2]地面沉降又称为地面下沉或地陷。
它是在人类工程经济活动影响下，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动（或工程地质现象）。
[P3]据统计，目前世界上已有150多个国家和地区发生地面沉降，如美国、中国、日本、墨西哥、意大利、泰国、英国、俄罗斯、委内瑞拉、荷兰、越南、匈牙利、德国、印度尼西亚、新西兰、比利时、南非等。
[P4]下面我们从三个方面进行介绍，一是我国地面沉降地质灾害的分布特点，二是地面沉降地质灾害的形成机制，三是地面沉降地质灾害的防治措施。
[P5]先讲第一个问题：我国地面沉降地质灾害的分布特点[P6]据专门勘查和区域地形变测量结果分析，目前我国发生地面沉降的城市大约有70个。
累计沉降量达2米以上的有上海、天津、台北、宜兰、嘉义等5个城市，1米～2米的有西安、太原、沧州、苏州、无锡等5个城市，0.5米～1.0米的有北京、保定、嘉兴、常州、衡水、阜阳等6个城市，小于0.5米或沉降量不详的有54个城市[P7]从区域分布看，地面沉降活动主要发生在我国东部地区――尤其以沿海城市和华北平原等地区最严重。
在该区域内，发生地面沉降的城市或地区有的孤立存在，有的则密集成群或断续相连，形成大面积的地面沉降（带）。
主要有下列6个区（带）。
1、下辽河平原的沈阳－营口沉降区。
2、北部黄淮海平原的天津－沧州－衡水－德州－滨州－东营－潍坊沉降区。
属我国沉降范围最广，沉降幅度最大的地区。
地面沉降与区域地下水位在空间和时间上同步发展。
中心区主要在渤海湾西岸的天津市区及外围的宁河、安次、南堡、塘沽、静海、大港、黄骅、沧州一带；其次是冀中平原的衡水、冀县、枣强及外围地区；再次是鲁北平原的德州－滨州－东营－滩坊地区。
3、南部黄淮海平原的徐州－滨州－东营－潍坊地区。
十大地质灾害
我国10大类31种地质灾害的划分我国地质灾害可划分为10大类31种：1、地震：天然地震、诱发地震2、岩土位移：崩塌、滑坡、泥石流3、地面变形：地面塌陷、地面沉降、地裂缝4、土地退化：水土流失、沙漠化、盐碱（渍）化、冷浸田5、海洋（岸）动力灾害：海面上升、海水入侵、海岸侵蚀、港口淤积6、矿山与地下工程灾害：坑道突水、煤层自燃、瓦斯突出和爆炸、岩爆7、特殊岩土灾害：湿陷性黄土、膨胀土、淤泥质软土、冻土、红土8、水土环境异常：地方病9、地下水变异：地下水位升降、水质污染10、河湖（水库）灾害：淤积、塌岸、渗漏（一）地震1、分布发育概况进入20世纪以来，在我国境内（包括台湾及临近海域）发生大于或等于8级的巨大地震共9次；发生大于或等于7级的地震约80次，其中1949～1990年发生了52次。
我国的构造地震分布非常广泛，除浙江、贵州两省外，其余各省都有6级以上地震发生。
水库诱发地震自60年代以来，目前至少以在11个省的15座水库发生，其特点是与水库蓄水有明显关系。
地震在我国大陆地区具明显的西强东弱、西多东少的发育分布规律。
如本世纪以来发生的9次大于或等于8级大地震，除2次8级发生于台湾临近海域外，其余均发生于西部省份。
我国地震烈度Ⅶ度以上的地区主要分布于西部地区，东部地区除了台湾外，Ⅶ度以上地区的面积相时少得多。
地震在空间分布上表现了不均一性，往往呈带状分布。
近100年发生的地震表明，地震基本上是围绕这26条活动断裂系发生的。
我国地震活动的周期性和重复性呈现出成群分布，活跃高潮与低潮相互交替的活动格局。
东部一个周期长约300年左右，西部为100～200年左右，台湾为几十年。
2、危害状况地震灾害以突然、隐蔽为特点，一旦成灾，极易造成巨大的人员伤亡和重大的经济损失。
1901～1980年间，我国地震共死亡61万人，其中死亡人数在千人以上的地震即达31次。
1949年以来，地震就造成死亡27.4万人，伤残76.5万人，居群灾之首，同时地震还造成倒房600万间，直接经济损失数百亿元。
地面沉降处理方法
地面沉降处理方法地面沉降是指由于地质变化、人为活动或其他因素导致地面表面下降的现象。
地面沉降可能会对建筑物、基础设施和环境造成严重的损害。
为了减少地面沉降的影响，可以采取以下处理方法：1.地面加固地面加固是通过改良或增强土壤来提高地面的稳定性。
常用的地面加固方法包括钢筋混凝土地基板、地基灌浆、土石方加固、加固支撑等。
这些方法可以提高土壤的承载能力，减少地面沉降的发生。
2.沉降补偿在地面沉降已经发生的情况下，可以采用沉降补偿的方法来保护建筑物和基础设施。
沉降补偿可以通过调整建筑物的结构或使用补偿材料来平衡地面的下降。
常用的沉降补偿方法包括切割填充、拱桥状补偿、空回补偿等。
3.沉降监测与预警系统建立沉降监测与预警系统可以实时监测地面沉降情况，并提前预警可能的风险。
这样可以及时采取措施，避免地质灾害的发生。
常用的监测方法包括机械监测、遥感监测、地下水位监测等。
4.合理的土地利用规划合理的土地利用规划可以最大限度地减少地面沉降的危害。
确保建筑物和基础设施的建设在稳定的土壤上，避免在易沉降区域进行大规模的开发。
此外，还应合理规划地下水开采、污水排放等活动，避免对土壤造成不可逆转的破坏。
5.加强对地下水资源的管理地下水是引起地面沉降的主要原因之一，合理管理地下水资源可以减少地面沉降的风险。
采取措施控制地下水的开采量、合理分配地下水的利用、加强地下水的补给等，可以避免因地下水过度开采造成的地面沉降。
6.提高公众的环境意识提高公众的环境意识是预防地面沉降的重要措施之一、通过加强环境教育，增加公众对地面沉降的认识，以及对土地利用和自然资源的保护意识，可以减少人为活动对地面沉降的负面影响。
总之，在处理地面沉降时，需要综合考虑不同的因素，并采取综合的治理措施。
通过加固地面、补偿沉降、建立监测系统、合理规划和管理土地利用、加强环境意识等方法，可以最大限度地减少地面沉降带来的损害。
同时，也需要不断研究和探索更有效的处理方法，以应对不同地区和不同原因引起的地面沉降问题。
地面沉降
第四章地面沉降、滑坡、岩溶塌陷灾害与防治4．1 地面沉降灾害防治一、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。
二、地面沉降的原因：（1）自然因素：①新构造运动以及地震、火山活动引起的地面沉降；②海平面上升导致地面的相对下降（沿海）；③土层的天然固结（次固结土在自重压密下的固结作用）。
自然因素所形成的地面沉降范围大，速率小。
自然因素主要是构造升降运动以及地震、火山活动等一般情况下，把自然因素引起的地而沉降归属于地壳形变或钩造运动的范畴，作为一种自然动力现象加以研究。
（2）人为因素：①抽汲地下气、液体引起的地面沉降。
抽取地下水而引起的地面沉降，是地面沉降现象中发育最普通、危害性最严重的一类；②大面积地面堆载引起的地面沉降；③大范围密集建筑群天然地基或桩基持力层大面积整体性沉降——工程性地面沉降。
人为因素引起的地面沉降一般范围较小，但速率和幅度比较大。
人为因素主要是开采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。
将人为因素引起的地面沉降归属于地质灾害现象进行研究和防治。
三、地面沉降的成因机制和形成条件（一）地面沉降的成因机制由于地面沉降的影响巨大，因此早就引起了各国政府和研究人员的密切注意。
早期研究者曾提出一些不同的观点，如新构造运功说、地层收缩说和自然压缩说、地面动静荷载说、区域性海平面上升说等。
大量的研究证明，过量开采地下水是地面沉降的外部原因，中等、高压缩性粘土层和承压含水层的存在则是地面沉降的内因。
因而多数人认为沉降是由于过量开采地下水、石油和天然气、卤水以及高大建筑物的超量荷载等引起的。
在孔隙水承压含水层中，抽取地下水所引起的承压水位的降低，必然要使含水层本身及其上、下相对隔水层中的孔隙水压力随之而减小。
根据有效应力原理可知，土中由覆盖层荷载引起的总应力是山孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。
由水承担的部分称为孔隙水压力（p w），它不能引起土层的压密，故义称为中性压力；而由土颗粒骨架承担的部分能够直接造成上层的压密，故称为有效应力（p s）；二者之和等干总应力。
常见地质灾害类型
、常见地质灾害类型按致灾地质作用的性质和特征，常见地质灾害共有12 类、48 种：1、地壳活动灾害地震、火山喷发、断层错动等；2、斜坡岩土体运动灾害崩塌、滑坡、泥石流等；3、地面变形灾害地面塌陷、地面沉降、地面开裂（地裂缝）等；4、矿山与地下工程灾害煤层自燃、洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆、高温、突水、瓦斯爆炸等；5、城市地质灾害建筑地基与基坑变形、垃圾堆积等；6、河、湖、水库灾害塌岸、淤积、渗漏、浸没、溃决等；7、海岸带灾害海平面升降、海水入侵、海崖侵蚀、海港淤积、风暴潮等；8、海洋地质灾害水下滑坡、潮流沙坝、浅层气害等；9、特殊岩土灾害黄土湿陷、膨胀土胀缩、冻土冻融、沙土液化、淤泥触变等；10、土地退化灾害水土流失；土地沙漠化、盐碱化、潜育化、沼泽化等；11、水土污染与地球化学异常灾害地下水质污染、农田土地污染、地方病等；12、水资源枯竭灾害河水漏失、泉水干涸、地下含水层疏干（地下水位超常下降）等。
二、地质灾害发生的前兆崩塌发生的前兆有崩塌前掉块、坠落，小崩小塌不断发生，崩塌脚部出现新的破裂形迹等。
滑坡发生的前兆是后缘出现裂缝，前缘出现鼓丘，泉水突然消失，有轰鸣声等，房屋倾斜、开裂和出现醉汉林、马刀树等现象，是识别滑坡的重要特征。
泥石流发生的前兆是沟有轰鸣声，主河流水上涨和正常流水突然中断。
岩溶塌陷产生的前兆是井、泉水位急剧抬高、降低，地面出现鼓起和裂缝。
1、常见矿物：石英（SiO2）、正长石、斜长石、云母、普通角闪石、普通辉石、橄榄石、石榴子石、方解石、白云石、高岭土、黄铁矿、褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、黄铜矿。
2、常见岩浆岩：花岗岩、花岗斑岩、流纹岩、闪长岩、安山岩、辉长岩、玄武岩、橄榄岩。
3、常见沉积岩：砾岩、砂岩、页岩、石灰岩、碳质岩石。
4、常见变质岩：大理岩、石英岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩。
三、野外调查（一）调查要点1、不稳定斜坡调查要点调查的内容包括：构成斜坡的地层岩性、风化程度、厚度、软弱夹层岩性及产状；断裂、节理、裂隙发育特征及产状；风化残坡积层岩性、厚度；山坡坡型、坡度、坡向和坡高；岩土体中结构面与斜坡坡向的组合关系。
地质灾害之四地面沉降地裂缝地面塌陷
2. 非构造成因
不同地区由于其地质结构与影响因素不同，导致其地 面沉降的范围与沉降速率不同。一般而言，地面沉降 的面积较大，沉降速率多在80mm/a以上。
二、分布特征
分布：平原、盆地的大城市和油气开发区 沉降速度：几～几十厘米/年。 沉降量：几米～近十米。
我国的地面沉降区
大型河流三角洲及沿海平原区（上海、天津、 沧州等） 小型河流三角洲区（福州、湛江、宁波等） 山前冲洪积扇及倾斜平原区（北京、保定、郑 州等） 山间盆地和河流区（西安、太原、运城等）
北京市的地面沉降（最大速率）：
1966年以前：缓慢形成，2～5mm/a。 1966～1973年，加速，10mm/a。 1973～1981年，快速发展，50mm/a。 1981年以后，下沉减缓，29mm/a。 1966年地下水开采量增加，70年代中期猛增。
2. 地下油气开采
开采油气造成地下压力亏损，引起地 面沉降。
三、形成机制
（一）形成的地质条件 （a）松软的第四纪沉积物 黏土 粉砂质黏土 黏土质粉砂 粉砂 细砂 粗砂 砾石 （b）新构造运动的沉降区
地面沉降的地质环境
近代河流冲积环 境模式
近代三角洲平原 沉积环境模式
断陷盆地沉积环 境模式：临海式 断陷盆地；内陆 式断陷盆地
（二）地面沉降的致因
如加州的长滩市的地面沉降量达9 米。我国的大庆、胜利油田都出现地 面沉降。
3. 人类工程
地面建筑物增多，负荷过重。 地下隧道 如意大利的比萨斜塔：
1173～1185年，建 至3层，塔发生倾斜。 1274～1284年，建 至7层，塔斜增加。 1350年，塔建成， 塔顶偏离中心1.5m。
4. 新构造运动、火山喷发
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盆地等地面沉降 灾害严重区。
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泾渭分明渭水是黄河最大的支流，泾水又是渭河的支流，现在已经分不清楚那条河流的
清与浊了，同流合污了。
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长江浊黄，汉江碧绿
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华 北 平 原
地 面 沉 降
等 值 线 图
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三
、 地 1.地面标高损失，地表积水，放泄洪能力下降
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主要内容
一、概述 二、我国地面沉降的现状 三、地面沉降的危害 四、地面沉降的成因机制 五、地面沉降的时空特征 六、地面沉降的主要特点 七、地面沉降的监测与预测 八、地面沉降的防治
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一、概述
1、定义
地面沉降：发生在较大面积的地表高程降 低、地面舒缓变形的现象和持续过程。
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②由于砂砾质含水层本身的孔隙度较小，
可供压密的空间小，所以，地面总沉降量 较小；--天然砂层一般都比较密实
③砂砾质含水层颗粒间为硬连接，失水
和充水能够以可逆方式进行，形成的地面
沉降具有弹性变形的特点，抽水时，地面 下沉，水位恢复时，又可回弹。-基坑回弹，所以
基坑开挖后要尽快施工，否则，一是风吹日晒水泡，而是回弹使得建 筑物沉降大，土的性质，大家学过压缩系数，回弹指数，见土力学。
急剧变形：因基底断块快速下降造成地表高程降低， 地面急剧变形，如地震。
构造蠕变：构造运动以一种缓慢连续的方式进行， 表现为基底断块持续的缓慢沉降或岩层的拗陷。 变形速率小、持续时间长
天津市 基底下降形成的沉降值约为1.7mm/a
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地面加载引起的地面沉降
自然原因：
冰川期大陆 冰盖形成 厚度达
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土力学p90-板书一下
地面 原水位 下降后水位
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2、不同类型岩土失水压密特点
（1）砂砾质含水层失水压密特点
（做含水率实验时讲过，沙子孔隙度小，但孔隙大，亲水矿物含量低，持水性差， 要求取样粘性土5～10g，砂性土20～30g ）
①砂砾质含水层一旦被抽汲，释水快， 压力传递快，压密作用显现得快，地面 可在较短时间内出现沉降，即滞后时间 短，延迟效应不明显；
2000m
巨大 静压 力
挪威/芬兰发 生地面沉降 最大值达 2.5m
冰川消融
回弹
人为原因：如修建水库、建造房屋等
上海市 30%地面沉降来自高层建筑和大型工程的影响 浦东陆家嘴 2004年 地面沉降量达3cm 上海沉降最严重 的地区
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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
面
沉
曼谷 邢台 洪水泛滥的原因 “除了气候，就是地面沉降闹的，海水回灌进曼谷了，前几天，
强调自己地势低，污染物也容易聚集
降
的 2.标高降低，海平面升高，双重因素，海水倒灌，
危 桑田变沧海了。
害 3.地下管线扭曲断裂，天然气泄漏，自来水管泄
漏。次生灾害很多。
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பைடு நூலகம்
4.桥梁净空减小，影响通航
5.农村积水，农作物减产。
第六讲
变形
地质灾害
1
1. 概述 2. 类型 3. 分布规律 4. 地面沉降
2
一、概述
• 地面变形地质灾害的定义 广义：指因内、外动力地质作用和人类活动而使地面形态发
生变形破坏，造成经济损失和（或）人员伤亡的现象和过 程。
如，构造运动引起的山地台升和盆地下沉；抽取地 下水、开采地下矿产等人类活动造成的地裂缝、地面沉降 和塌陷等。 狭义：指地面沉降、地裂缝和地面塌陷等以地面垂直变形破 坏或地面标高改变为主的地质灾害。
3
地面沉降-塌陷
4
• 马路塌陷，还有的人被热水活活烫死
5
• 山西 • 构造地裂缝 • -平原，不
是滑坡的张 裂隙。
6
二、地面变形地质灾害的类型
1. 按地面变形的形式分类
地面沉降—逐步的 地面塌陷—突然的 地裂缝
渗透变形 特殊岩土胀缩变形—黄土湿陷性，膨胀土等。
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7
地面沉降
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（2）粘性土的失水压密特点
①粘性土孔隙虽小，但孔隙度大， 远远超过砂砾质土，粘性土一旦失水 压密，可压缩空间大，能够产生较大 的地面下沉量；--尤其是软土，如上 海。
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②由于粘性土中的水主要是结合水，水压传递和 应力消散慢，失压后需要相当长的时间才可建立 新的压力平衡，所以抽水对它的影响来得慢，即 滞后时间长，延迟效应也十分明显，这就是为什 么在许多粗细颗粒相迭置的地下水分布区抽水时 地面沉降不明显，水位恢复后，地面沉降仍会持 续发展的原因；
6.高程资料失效。
7.房屋下沉，花钱买一楼，过几年变成地下 室了。
8.桩基础负摩擦，降低桩承载力-以后《基础工程》
详细讲
不均匀沉降危害更大，造成房屋倾斜、开 裂、倒塌。
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建筑物受损
地面不均匀沉降错断供水管道
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四、地面沉降的成因机制
1、饱水多孔介质的失水压密原理 （1）抽水条件、地面加载条件下压密 2、不同类型岩土失水压密特点 （1）砂砾质含水层失水压密特点 （2）粘性土的失水压密特点 3、地面沉降的产生条件
地下水开采区
集中开采 井位置
初始地形面
X
垂直位移
垂直位移量的空间变化图
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2、成因类型
（1）自然因素 构造升降运动 地震 火山活动 地面加载 （2）人为因素
归属于地壳形变或构 造运动的范畴，作为 形自成然的动地力面现沉象降加范以围研 大究、速率小
归形属成于的地质面灾沉害降现范象围 进小行、研速究率和防幅治度较大
开采地下水、油气资源
地面加载
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构造运动引起的地面沉降
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五、地面沉降的时空特征
综合影响的结果导致地面沉降时空分布呈现复杂的局面， 后面详细讲。
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1、地面沉降的变形形式
垂直位移 水平位移
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（1）垂直位移
地面沉降以地层的垂直位移变形为主，并随各地点有效 应力增量大小的不同而不同。
规律性：由沉降中心向周边方向逐渐减小
③粘性土失水压密过程失去的水主要是结合水 ，骨架的压密是塑性变形，两者都是不可逆过程 ，所以，所造成的地面沉降大部分是永久性的。
---回弹很小。
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4、地面沉降的产生条件
(1) 厚层松散细粒土层的存在 (2) 长期过量开采地下流体 (3) 新构造运动的影响 (4) 城市建设对地面沉降的影响