2018岩土工程师基础考试知识点：地面沉降工程地质

　　地面沉降工程地质研究

　　1.地面沉降的基本概念

　　地面沉降:指地壳表面某一局部范围内的总体下降运动。

　　地面塌陷：是地面垂直变形破坏的另一种形式。它的出现是由于地下地质环境中存在着天然洞穴或人工采掘活动所留下的矿洞，巷道或采空区而引起的，其地面表现形式是局部范围内地表岩土体的开裂、不均匀下沉和突然陷落。

　　2.我国地面沉降的基本特征

　　地面沉降是以缓慢的、难于察觉的向下垂直运动为主，只有少量的或基本没有水平向的位移，可能影

　　响的平面范围可大至几千平方公里。在某些实例中地面沉降是一种自然动力地质现象，而在多数实例中

　　这种现象是由人类活动所引起的，常以地壳表层一定深度内岩土体的压密固结或下沉为主要形式。近

　　年来的研究成果表明，地面沉降产生于特定的地质环境中并受到多种诱发因素的制约和影响。引起地面沉降的因素包括自然地质因素和人类工程活动因素两大类。地面沉降可以由单一因素诱发，而在许多情况下是由几种因素综合作用的结果。在诸因素中，人类工程活动因素常起着重要的作用。

　　3.地面沉降的诱发因素及地质环境

　　诱发因素

　　一、自然动力地质因素

　　(1)地球内营力作用：包括地壳近期下降运动、地震、火山运动等。

　　(2)地球外营力作用：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，均可能造成土体孔隙率或密度的变化，促进土体自重固结过程而引起地面下降。

　　二、人类活动因素

　　(1)持续性超量抽取地下水：在松散介质含水系统中长期的、周期性的开采地下水，当开采量超过含水系统的补给资源(即动储量)限额时，将导致地下水位的区域性下降，从而引起含水砂层本身的压密以及其顶底部一定范围内饱水粘性土层中的孔隙水向含水层运移(即越流作用)。在渗流的动水压力和土层孔隙水排出所相当之附加有效应力作用下，粘土层发生压密固结，从而综合影响导致了地面沉降。

　　(2)开采石油：开采石油是人工抽取地下液体的另一种重要形式，在某些埋藏较浅的半固结砂岩含油层中，抽取石油可引起砂岩孔隙液压的下降，未完全固结的砂岩在上覆岩层自重压力作用下继续固结，引起采油区地断下降。

　　(3)开采水溶性气体：日本新隅因开采水溶性天然气——甲烷而持续地大量抽水，导致开采层地下水位下降及含气层的压缩，产生了大幅度的地面沉降。

　　(4)其他因素：大面积农田灌溉引起敏感性土的水浸压缩;地面高荷载建筑群相对集中时，其静荷载超过土体极限荷载而引起的地面持续变形;在静荷载长期作用下软土的蠕变引起的地面沉降;地面振动荷载引起的地面沉陷等。

　　地质环境

　　(1)近代河流冲积环境模式：近代河流冲积、环境模式以河流中下游高弯度河流沉积相为主。

　　(2)近代三角洲平原沉积环境模式：三角洲位于河流入海地段，介于河流冲积平原与滨海大陆架的过渡地带。

　　(3)断陷盆地沉积环境模式：一般位于三面环山，中部以断块下降为主的近代活动性地区。

　　4.地面沉降机理(主要是降水引起的地面沉降)

　　空隙水压力在总应力总是保持着相对独立性。从饱和含水层中抽水时引起的含水层静水压力的下降不影响地层的总应力，即在抽水过程中孔隙水压力的变化将转化为土体骨架上的有效应力。即：Pe=P-Pw。当饱和含水层中孔隙水压力下降时，由土粒骨架承担的有效应力将相应增加。当Pw 趋向于0 时，Pe趋向于Pw。不论饱和含水层固结状态如何，只有当有效应力Pe 超过饱和含水层的预固结压力时，包含含水层开始压缩，即引起地面沉降。与此同时，饱和含水层中的孔隙水向下一层承压含水层的渗流运动所引起的渗透应力对该饱和含水层中矿物颗粒的重排列也起到一定作用，促进了地面的沉降。

　　5.地面沉降预测的内容、基本方法及预测成果

　　预测内容：重点在于研究地面沉降形成和发展规律，以便对其可能出现的地点、范围和灾害规模做出早期预测。

　　预测的基本方法:常规方法(分层总和法)、数理统计法、准三维计算法、基于真三维水流模型的计算法、三维完全耦合模型。

　　预测成果：预测性图件、预测性曲线。

　　6.地面沉降控制和治理的原则和措施

　　原则:(1)对已产生地面沉降的地区，进行地下水资源管理。

　　(2)对可能发生地面沉降的地区，应预测地面沉降的可能性及危害程度。

　　措施

　　表面治理措施：对已产生地面沉降的地区，要根据其灾害规模和严重程度采取地面整治及改善环境，其方法主要有。

　　(1)在沿海低平原地带修筑或加高挡湖堤、防洪堤，防止海水倒灌、淹没低洼地区。

　　(2)改造低洋地形，人工填土加高地面。

　　(3)改建城市给、排水系统和输油、气管线，整修因沉降而被破坏的交通线路等线性 工程，使之适应地面沉降后的情况。

　　(4)修改城市建设规划，调整城市功能分区及总体布局。规划中的重要建筑物要避开 沉降区。

　　根本治理措施：

　　(1)压缩用水量

　　(2)人工补给地下水(人工回灌)

　　(3)调整地下水开采层位