地面沉降_地面沉降的原因及解决措施

地面沉降_地面沉降的原因及解决措施

       最近有些忙碌，今天终于有时间和大家聊一聊“地面沉降”的话题。如果你对这个领域还比较陌生，那么这篇文章就是为你而写的，让我们一起来了解一下吧。

1.地面沉降防治战略

2.地面沉降的概念及危害有哪些？

3.地面沉降机理

4.地面沉降的形成机制

5.地面沉降的影响因素

6.地面沉降和地面塌陷的区别

地面沉降防治战略

       地面沉降是一种连续的、渐进的、累积式的地质灾害，它形成的初期，沉降量较小、沉降程度较小，对人类社会和自然环境的破坏程度较低，人们尚能容忍和接受，所以未能引起足够的重视和警觉。然而当地面沉降一旦形成一定的规模和可观的损坏，以人类现有的能力和技术，治理和恢复起来是极为困难的。人类现在、甚至将来，所能采用的应对地面沉降的手段，最多只能减缓或中止正在下沉的势头，但不能将下沉了的地面恢复至原貌，也难以将受损的地面建筑物恢复如故。所以说地面沉降如果任其发展，其后果是灾难性的。

       8.4.1 加强地面沉降监测

       为了尽早避免地面沉降造成灾害，其调查和防治不能立足于现状，而要立足于事件发生的过程（时间过程、不同时间段的变化过程）。抓住了过程，就有可能去预测预报，同时及早防治，而不至于任其发展，带来灾难性的后果。调查和长期监测是研究事件发生（育）过程唯一可行的工作方法，并不存在任何捷径。通过监测获得的信息服务于未来规划的实施和相关政策的制定。只有充分掌握了地面沉降发生发展过程，才有可能提出切实可行的防治措施。如自1962年起，上海市地矿局为查明地面沉降的背景条件，实施动态监测，掌握各种数据，共打了100余个工程地质、水文地质孔；建立了由700多个水准点组成的精密水准测量网；埋设了17座不同类型的基岩标和42个分层观测标，216个孔隙水压力测头；建立了500余个地下水位、水质、水温长期观测井。所以说，加强地面沉降监测是防治地面沉降最有效也是最基础的措施。

       8.4.2 控制地下水开采量

       过量抽取地下水（或其他液态流矿体、气体）是导致地面沉降的主要原因，这种事实已被国内外学者所公认。因此，减轻地面沉降灾害的措施中最主要的是人为控制地下水的开采量，这是已被我国很多城市的实践所证明了的有效措施。如上海市颁发了《上海市深井暂行管理办法》，明确规定了各类水井的管理办法，严格控制了市区的地下水开采量，效果很好。从20世纪50年代每天开采30余万m3，减少到80年代每天开采4万m3，使地下水位得到回升，地面沉降量由每年22mm减少到5mm，使地面沉降基本上得到缓解。天津市也如此：一方面节约用水，另一方面逐步减少对地下水的开采量，加上扩大新开河水厂、汉沽水厂、大港水厂建设，扩建防渗渠、小水库等一系列措施，市区沉降速率已明显减缓，由1985年市区平均沉降76mm减至2002年平均沉降10余mm。苏锡常地区已有法律条例来限制深层地下水的开采。

       8.4.3 调整地下水开采层次

       目前由过量抽取地下水产生地面沉降危害的城市有一个共同特点，就是地面沉降中心与地下水水位降落漏斗中心基本相吻合，开采的地下水也基本来自没有补给源或补给量很小的中深层含水层，这主要由地下水水质和开采的经济性所决定，所谓的经济性只是从生产井使用者的角度计算，并没有考虑全社会的经济性。作为当地政府，应全盘考虑社会经济整体效益，通过地下水开采井的审批、运行管理来调整地下水开采层次，这对减轻地面沉降能起到缓和作用，是一种辅助性措施。这一条对所有规划区域都适用。

       8.4.4 人工回灌地下含水层

       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。利用地下水的采、灌数学模型，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。在这方面我国上海走在了世界的前列。上海水文地质大队（上海地质调查研究院前身）首创了运用人工回灌的方法控制地面沉降，并在此基础上发展了冬灌夏用和夏灌冬用等一整套方法。自1966年以来，上海的地面沉降已基本得到缓解。近年来，上海对地下水资源进行保护性开发成效显著，实现了使地下水位上升以达到控制地面沉降的目的。由上可见，人类不仅能够认识自然，而且能够协调自然，使之为人类服务，值得各沉降地区借鉴。

       8.4.5 降低市政工程建设的容积率

       大规模市政工程建设的开发，必然要大幅度增加地基的荷载，从而加剧了地面沉降发生的幅度，这部分沉降属于工程性沉降。上海自1990年浦东新区大规模开发以来，工程性地面沉降现象尤为明显。据上海地质调查研究院研究，对四个典型区段的监测分析结果表明：①20世纪70年代至90年代，随着建筑规模的不断扩大，地面沉降相应增大，两者关系较为密切。建筑规模增速越快，沉降越大。集中建设较分散建设地面沉降量大。②新建的建筑较之原有建筑改建具有更为明显的沉降效应。新开发区较之旧区改造的建筑地面沉降效应来得明显，这与建筑的地基基础曾经受过的应力状况有关。③建筑容积率一定程度上反映了地面沉降的变化趋势。对于同一地区而言，建筑容积率增加，沉降也随之加大。建筑密度高，地面沉降量也大。④建筑物自身荷重与由此产生的地面沉降量基本成正比，高层建筑的最终沉降量总体上大于多层建筑。高层或超高层建筑使用长桩或超长桩，能有效减少沉降，使建筑荷重的增加不致引起地面沉降的同比例递增和差异沉降的发生，而沉降量的绝对增长趋势仍难以避免。由此可见，降低市政工程建设的容积率是一个比较有效的减缓工程性地面沉降的措施之一。

       8.4.6 加强科学研究

       1）加强孔隙水运移问题的研究。抽取地下水形成的地面沉降研究的核心与难点是黏性土中孔隙水运移问题，它也是土体环境地质和外动力地质灾害研究的前缘热点，应引起人们的高度重视。

       2）开展缩减开采地下水水量及回灌地下水缓解地面沉降的实际效果的定量研究。建立控制地面沉降利用地下水的采、灌模型，并实际应用。研究城市地下水允许开采量这一重要问题。

       3）推进地面沉降三维可视化技术的应用。使我国在沉降模型预测计算结果方面达到三维可视化程度。

       4）依靠高新技术加强监测工作。建立统一的GPS的监测网，普及地下水自动监测技术，对分层标采用更先进的自动化监测技术，同时开发和研究干涉合成孔径雷达（InSAR）技术在地面沉降监测中的应用。

       5）建立工程地质信息系统，进行地面沉降对建筑物影响的研究和对含水层的弹塑性、塑性变形的探讨。

       6）组织地面沉降对全国性基础设施影响的调查评价。

       当然，上述措施仅是针对人为因素引起的地面沉降而采取的，对自然地质因素引起的地面沉降目前还没有十分行之有效的方法。但正如前面所谈到的，产生地面沉降虽然与许多因素有关，但导致地面沉降灾害的主要原因是人类工程活动。这个问题已经具有世界性的普遍意义。人类工程和经济活动的作用有两个方面：一是有可能加剧地面沉降；二是能减缓地面沉降的速率与强度。我们的措施就是要使地面沉降变缓或逐步停止。

       8.4.7 管理和立法

       1）地面沉降监测与防治措施的制定应以成本效益最优化为原则，但在此过程中，将不仅涉及技术性的措施，而更重要的是每一项地面沉降监测与防治措施所引出一系列相关的社会经济问题。它必须在政府强有力的支持下，在法律、行政措施、经济保证的前提下，才能使社会各部门、各方面从共同的利益（更重要的是社会效益）出发，才能取得地面沉降监测与防治的成效。

       2）政府应将地面沉降监测研究、防治与城市规划、建设与管理各方面相结合考虑，形成“重视成本效益”的地面沉降监测与防治社会决策体系，及时了解城市在规划、建设与管理过程中所需要的地质信息与服务。建立地面沉降预警预报体系，以系统的地面沉降监测网为依托，以地面沉降预测预报为基础，以地理信息系统为支撑，及时地对不同空间的地面沉降速率及对防汛、重大市政工程的影响作出警示。

       3）地面沉降的控制方法很多，大致可分为治标和治本两类。前者不是从沉降原因入手，而是从消极地、被动地填高沉降洼地，甚至修改城市规划做起；后者是从控制影响地面沉降的地下水开采入手，主要方法是进行人工回灌和限制或限量开采，调整开采层次，以地面水源代替地下来源，尤其是人工回灌更为主动。

       4）在地面沉降的管理方面，当开发自然资源引起地面沉降的时候，政府应适时运用其权力，或者阻止进行资源开发，或者按照最大限度减少危害的方式对资源开发进行控制。随着适宜的监测计划和制度的实施，对于减轻地面沉降和资源开发来说可能达到最佳的效益。

       5）一个含水层的地下水“安全开采量”是指在含水层中所抽取的水量不能大大超过天然的和人工的补给量。在容易发生沉降的地区，有必要将地下水水位维持在临界值之上。除此之外，为了使含水层系统将来能保持良好的水质，有必要维持一定的最小径流量。然而，从长期来看，含水层的“年安全开采量”大致等于其平均补给量。然而在容易发生地面沉降的地层中，为了控制地面沉降而保持最低水位，可能会影响水资源联合利用方案的实施。因此，在地面沉降管理中，既要发挥地表水-地下水联合管理的最佳经济效益，又要控制地面沉降的风险。

地面沉降的概念及危害有哪些？

       地面沉降的解释

        地面大面积下沉的现象。因地壳的构造 运动 和 自然 压实等天然 原因 ，或大量开采地下水、石油和天然气等人为原因而产生。会引起构筑物的损坏、海水倒灌等危害，是 许多 大城市面临的工程地质 问题 。采用地下水回灌的方法能在 一定 程度 上 控制 地面下沉。

       词语分解

       地面的解释 ∶地球的表面离地面米的高度 ∶地区多指行政区域先头部队 已经 进入 江苏地面 ∶当地他在地面儿上很有名望 ∶建筑物内房屋的底部结构水泥地面详细解释.地表面。《元史·天文志一》：“混天仪也，其制以铜为之， 降的解释 降 à 下落，落下：下降。降旨。 降临 。降旗。空降。 减低，贬抑：降低。降价。降职。降解（?）。降 心相 从（ 抵制 自己心志以 服从 别人 ）。 落升提 部首 ：阝。

地面沉降机理

       地球表面的海拔标高在一定时期内不断降低的环境地质现象叫地面沉降。地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降一种是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下，由松散到细密的成岩过程，另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。人为的地表沉降主要是大量抽取地下水所致。地面沉降的危害主要有：

       （1）毁坏建筑物和生产设施；

       （2）不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地区属于地层不稳定的地带，在进行城市建设和资源开发时，需要更多的建设投资，而且生产能力也受到限制；

       （3）造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带。地面沉降到接近海面时，会发生海水倒灌，使土壤和地下水盐碱化。对地面沉降的预防主要是针对地面沉降的不同原因而采取相应的工程措施。

地面沉降的形成机制

       1.基本原理

       孔隙承压含水系统由含水层和粘性土组成，天然条件下，深度为h处地层所受的总垂直应力P，等于上覆地层自重压力的总和，即：

       生态水文地质学

       式中：γi为土的密度，潜水位以上地层取土的天然密度，潜水位以下地层取土的饱和密度；Mi为土的单层厚，i为第几层，n为层数。

       地层所受的总垂直应力，一部分由孔隙中的水承受，这部分相当于孔隙水压力（u），任意一点的孔隙水压力等于该点的侧压高度与水的密度之积；另一部分则由土的骨架所承受，称为有效应力（PZ）。这就是著名的太沙基（Terzaghl）有效应力原理。可用下式表示：

       生态水文地质学

       也可写为

       生态水文地质学

       解决开采地下水引起的地面沉降问题时，可采用太沙基有效应力原理及方程。未开采前孔隙承压含水系统中各地层的水头处于平衡状态，开采后，含水层的水头下降，同时也引起周围地层中的水头下降。水头下降降低了土层中的孔隙水压力，一部分原来由水所承担的上覆地层自重压力转嫁到土的骨架上，引起有效应力增加，使土层压密，产生地面沉降。在这一过程中，由于含水层和粘性土层在成分组成、结构、渗透性等方面存在很大差异，其产生的地面沉降过程及结果也不尽相同。

       2.承压含水砂层释水压密产生的地面沉降

       为简化讨论，我们设定比较简单的条件：开采前，承压含水层和潜水含水层的水头相等（均为H1），开采后，承压含水层水头下降了Δh，潜水位保持不变，如图11-1（a）所示。图11-1（b）中，横坐标表示图11-1（a）中各对应点的深度（曹文炳，1983）。

       天然条件下，含水系统中各地层处于力平衡状态，开采承压水后，含水层的水位下降了Δh，孔隙水压力相应减少了Δu=γwΔh，原来由水所承担的一部分上覆地层自重压力转嫁到砂层的骨架上，有效应力相应增加了ΔPZ，此时新的平衡可用下式表示：

       生态水文地质学

       其中：ΔPZ=Δu=γwΔh

       含水砂层是通过砂粒接触点承受应力，有效应力增加使砂粒排列紧密，孔隙度变小，含水砂层压缩，地面相应沉降。停采后，水位恢复，则孔隙水压力增加，砂层承受的有效应力降低，砂层的颗粒排列恢复，地面出现回弹。开采引起水位下降，由于砂层压密产生地面沉降，当水位恢复后，砂层回弹，沉降消除，故含水砂层释水压密引起的地面沉降是暂时的，具有可恢复性。在水位反复升降的条件下，砂层中颗粒趋于最紧密排列，这部分压密产生的沉降是不可恢复的，但这部分压密量占可恢复量中的比例很小。总的来说，抽水引起的砂层释水压密大部分属于弹性变形，具有可恢复的特点。

       3.粘性土层释水压密产生的地面沉降

       未抽水前，含水层及相邻粘性土层的水头处于平衡状态，抽水后，承压含水层的水头降低，粘性土与含水层之间产生水头差，在水力梯度作用下粘性土中的水向含水层释出，由于粘性土渗透性差，孔隙水释出缓慢，渗流开始发生在靠近抽水含水层一侧，滞后的向含水层另一侧发展。分别于t1、t2、t3、t4 时刻，影响到a、b、c、d各点，土中不同时刻的水头分布见图11-1（b）。随着各点的水头降低，孔隙水压力减小，有效应力增加，土体压密，随之产生地面沉降。该模式反映粘性土一侧水位下降，引起粘性土释水压密产生地面沉降的情况。开采孔隙承压含水系统时，粘性土与其相邻含水层之间水头变化条件不同，释水压密状况也不相同。可分为三种类型。

       第一种类型：粘性土一侧含水层水位下降，而另一侧含水层水位保持不变。这种类型在前面已讨论过。

       第二种类型：开采前，粘性土两边含水层水头相等，为H1；开采后，两个含水层水位等幅下降了Δh，如图11-2所示。粘性土中的水分别向两侧的抽水含水层释出。这时，粘性土中孔隙水压力降低及土体压密过程，由粘性土层两侧滞后地区向粘性土中心部分扩展，处于双面排水状态，其释水压密速率比第一种类型快。

       图11-1 开采地下水时土层的单面释水压密

       图11-2 开采地下水时土层的双面释水压密（混合开采）

       第三种类型：抽水前，粘性土两边含水层水头不相等；开采后，两个含水层水位等幅下降了Δh2，如图11-3所示。粘性土中的水分别向两侧的抽水含水层释出。孔隙水压力降低及土体压密，由粘性土层两侧滞后地向粘性土中心部分扩展，在水位较低的一侧释水压密量要大一些。

       从上述粘性土释水压密基本过程可看出：①含水层抽水时，相邻粘性土层释水压密在时间上是滞后的，由近抽水一侧向远侧滞后发生；②粘性土层释水压密状况与两侧含水层水头下降形成的边界条件有关，在粘性土处于双面排水状态下，其释水压密量要比单面释水大；③粘性土释水压密造成的粘性土变形，在微观上体现为粘性土内部结构体之间的相对位移及结构体内部粘土矿物定向排列、旋转、滑移使孔隙度变小，这些变形大部分是不可逆的塑性变形，即使在水位恢复后，土层也不会回弹，所引起的地面沉降是永久的，无法消除。

       从水资源的角度来看，含水层与粘性土层中释出的水均属于储存资源。含水层在水位恢复后，其释出的水可重新得到补充，属可恢复的储存资源。而从粘性土层中释出的水在水位恢复后，则不能得到补偿，属不可恢复的储存资源，取用这部分水是以地面沉降为代价的。一般来说，开采孔隙承压含水系统中的地下水，不可避免地会引起粘性土层释水压密，而出现地面沉降。采出的水量中，有相当一部分是粘性土中释出的水量，在过量开采条件下，粘性土释水量在开采量中所占的比例很大，同时也表现得相当严重。天津市地质环境监测总站曾对开采量与粘性土释水量之间的关系作过研究，结果表明，在1986年过量开采期间，开采量为9.251×107m3，其中36%为粘性土释水量，相应的地面沉降速率为62mm/a；在控制开采后的1994年，开采量为3.286×107m3，其中粘性土释水量占开采量的14%；年平均地面沉降速率为14mm/a；在粘性土层厚、含水层薄的第三含水组中，粘性土释水量占开采量的比例最高，可达36%～95%。

       图11-3 开采地下水时土层的双面释水压密（分层开采）

地面沉降的影响因素

       1.松散堆积层的地面沉降机制

       一是松散堆积层被上覆荷载压实引起地面沉降，主要表现在大、中城市。二是松散堆积层中的隔水层(粘土层)和含水层的持水性及其他物理特性存在着很大差异，长期过量开采地下水，使含水层水位下降，引起含水层本身及相对隔水层孔隙水压力减小，颗粒间有效应力增大，孔隙体积减小，土层压密，导致地面沉降。其基本原理是有效应力原理，即抽取地下水引起土层压密，导致地面沉降的(图6-1)。

       图6-1 含水层压实引发的地面沉降原理示意图

       由于透水性能的显著差异，孔隙水压力减小、有效应力增大的过程，在砂层和粘土层中是截然不同的。在砂层中，随着承压水头降低和多余水分的排出，有效应力迅速增至与承压水位降低后相平衡的程度，所以砂层压密是“瞬时”完成的。在粘性土层中，压密过程进行得十分缓慢，往往需要几个月、几年甚至几十年的时间;因而直到应力转变过程最终完成之前，粘土层中始终存在有超孔隙水压力(或称剩余孔隙水压力)。它是衡量土层在现存应力条件下最终固结压密程度的重要指标。

       相对而言，在较低应力下砂层的压缩性小且主要是弹性、可逆的，而粘土层的压缩性则大得多且主要是非弹性的永久变形。因此，在较低的有效应力增长条件下，粘性土层的压密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升过程中，砂层的膨胀回弹则具有决定意义。

       此外，土层的压缩量还与土层的预固结应力(即先期固结应力)、土层的应力-应变性状有关。由于抽取地下水量不等而表现出来的地下水位变化类型和特点也对土层压缩产生一定的影响。

       地面沉降主要是抽采地下流体导致土层压缩而引起的，厚层松散细粒土层的存在构成了地面沉降的物质基础。在广大的平原、山前倾斜平原、山间河谷盆地、滨海地区及河口三角洲等地区分布有很厚的第四系和上第三系松散或未固结的沉积物，因此，地面沉降多发生于这些地区。如在滨海三角洲平原，第四纪地层中含有比较厚的淤泥质粘土，呈软塑状态或流动状态。这些淤泥质粘性土的含水量可高达60%以上，孔隙比大、强度低、压缩性强，易于发生塑性流变。当大量抽取地下水时，含水层中地下水压力降低，淤泥质粘土隔水层孔隙中的弱结合水压力差加大，使孔隙水流入含水层，有效压力加大，结果发生粘性土层的压缩变形。

       易于发生地面沉降的地质结构为砂层、粘土层互层的松散土层结构。抽水过程中，由于含水层的水头降低，上、下隔水层中的孔隙水压力较高，因而向含水层排出部分孔隙水，结果使上、下隔水层的水压力降低。在上覆土体压力不变的情况下，粘土层的有效应力加大，地层受到压缩，孔隙体积减小。这就是粘土层的压缩过程。由于抽取地下水，在井孔周围形成水位下降漏斗，承压含水层的水压力下降，即支撑上覆岩层的孔隙水压力减小，这部分压力转移到含水层的颗粒上。含水层因有效应力加大而受压缩，孔隙体积减小，排出部分孔隙水。这就是含水层压缩的机理。

       2.基岩的地面沉降机制

       基岩中硬岩层被压缩的可能性很小，软弱岩层被压缩的可能性较大，但同松散堆积层相比却差得多。然而，在基岩的裂隙和孔洞中富含着大量的地下水、石油和天然气，当人们抽取这些地下流体时，必然导致基岩失去浮托力，地下裂隙、孔洞被压缩，从而引发基岩地面沉降。

       综上所述，无论对松散堆积层还是对基岩，抽取地下流体都是造成地面沉降的主因。

地面沉降和地面塌陷的区别

       (一)自然因素

       主要是地壳升降运动、地震、火山活动、冰期冰川增加荷载等。

       1.地震

       地震时，砂土液化导致地面沉降。如果饱水砂土较细，则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形必然使砂体孔隙水压力上升，致使砂粒间有效正应力随之降低;当孔隙水压上升到使砂粒间有效正应力为零时，砂粒在水中完全处于悬浮状态，砂体丧失了强度和承载力，这就是砂土液化。这种砂水悬浮液在上覆土层作用下可能沿土层薄弱部位喷到地表，产生喷水冒砂现象，从而造成地面不均匀沉降。1964年阿拉斯加地震时，砂土液化和诱发滑坡是使安克雷奇大部分地区遭受毁坏的主要原因。同年，地震引发的砂土液化和不均匀地面沉降使日本新澙的楼房下沉和毁坏。许多建筑物本身并没有发生结构上的破坏，只是向一旁产生倾覆;后来，楼房里的居民还被允许用小推车沿墙上去通过窗户取出他们的财产。

       地震破坏地下洞室的应力平衡，引发地下洞室上方地面产生沉降。地下洞室包括人类采矿形成的地下洞穴和开挖隧道、窑洞以及天然洞穴(岩溶洞穴、熔岩洞穴、假喀斯特洞穴等)。

       2.新构造运动

       新构造运动引发的地面沉降范围广、面积大，属于区域性沉降，表现在大陆裂谷区(宽通常30～75km，个别达数百千米;长数十至数千千米)、下降平原、盆地等区域。如东非裂谷(东支长5800km，西支长约1700km)、贝加尔裂谷等，下降速度快，约旦河的加利利地区沉降速度为60～100mm/a;沉降幅度也很大，南贝加尔盆地沉降幅度达7000～10000m。

       西安地面沉降区位于西安断陷区的东缘，由于长期下沉，新生界累计厚度已经超过3000m。1970～1987年，渭河盆地大地水准测量表明，西安的断陷活动仍在继续，在北部边界渭河断裂及东南部边界临潼-长安断裂测得的平均活动速率分别为3.37mm/a和3.98mm/a，构造下沉约占同期各沉降中心部位沉降速率的3.1%～7%。

       3.火山活动

       火山喷发后，岩浆房内产生负压，多数情况下会引起地面沉降(若岩浆补给极为迅速，地壳有时反而会升高)，最大幅度可达100m。

       历史上最大的火山爆发当数1815年4月5日印度尼西亚的坦博拉火山的突然爆发，千里之外的人们都能听到惊天动地的巨响，火山上部失去了30km3(＞200×108t)的山体，形成一个直径6000多米、深700m的巨大火山口，陆地大面积沉陷，坦博拉镇沉到了6m深的海底，造成近10万人丧生，财产损失无法计算。由于一场大的火山爆发造成的毁灭性灾难，古姆大陆连同其上的人民一起沉入海底，只留下了复活节岛和它的文明。由此可见，火山活动引起的地面沉降速度、幅度、规模都是十分惊人的。

       此外，冰期时由于大陆冰盖的荷载会使地面产生沉降，北美哈得逊湾就是第四纪冰期时由于冰川载荷形成的。

       (二)人为因素

       人为因素主要是开采地下水和油气资源、地下采矿掏空、修隧道、挖窑洞以及局部性增加荷载等。人为因素引起的地面沉降范围较小，但速率和幅度比较大，故将之归属于地质灾害现象进行研究和防治。

       1.过量开采地下水和油气资源

       过量开采地下水、石油和天然气、卤水只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才是地面沉降的内因。

       地面沉降与地下水开采量及其动态变化有着密切联系:

       1)地面沉降中心与地下水开采漏斗中心区呈明显一致性。

       2)地面沉降区与地下水集中开采区域大体相吻合。

       3)地面沉降量等值线展布方向与地下水开采漏斗等值线展布方向基本一致，地面沉降的速率与地下液体的开采量和开采速率有良好的对应关系。

       4)地面沉降量及各单层的压密量与承压水位的变化密切相关。

       5)许多地区已经通过人工回灌或限制地下水的开采来恢复和抬高地下水位的办法，控制了地面沉降的发展，有些地区还使地面有所回升。这就更进一步证实了地面沉降与开采地下液体引起水位或液压下降之间的成因联系。

       2.城市建设对地面沉降的影响

       相对于抽采地下流体和构造运动引起的地面下沉，城市建设造成的地面沉降是局部的，有时也是不可逆转的。城市建设造成的地面沉降分两个方面，一是城市建设施工引起的地面沉降，二是建筑物增加荷载造成的地面沉降。

       (1)城市建设施工引起的地面沉降

       城市建设按施工对地基的影响方式分为两种:①以水平方向为主的影响方式，以重大市政工程为代表，如地铁、隧道、给排水工程、道路改扩建等，利用开挖或盾构掘进，并铺设各种市政管线，如2003年7月上海地铁施工造成了严重的地面沉降(图62)，复旦大学学生中心大楼倾斜，在南北楼之间的连接天桥上出现了3个指头宽的裂缝(图63);②以垂直方向为主的影响方式，以高层建筑基础工程为代表，沉降效应较为明显的工程措施有开挖、降排水、盾构掘进、沉桩等，如长宁馥邦12楼因挖掘地下车库导致地面沉降10cm，造成楼体和地表开裂(图64)。

       图6-2 上海地铁工地地面沉降

       图6-3 道路施工致复旦大学学生中心大楼倾斜

       图6-4 长宁馥邦12楼因挖掘地下车库导致地面沉降与地表开裂

       施工若揭露有流砂性质的饱水砂层或具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，则有可能造成支护结构失稳，从而导致基坑周边地区地面沉降。规模较大的隧道、涵洞的开挖有时具有更显著的沉降效应。降排水常作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地面沉降一致。

       城建施工造成的沉降与工程施工进度密切相关，沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中，与开采地下水引起的沉降主要发生在深部含水砂层有根本区别。

       (2)建筑物增加荷载引起地面沉降

       最为突出的是上海。上海有3000多幢18层以上的高楼，另有3000幢正在兴建或计划中。地表不堪负荷，地面沉降现象日益严重，平均每年下沉1.5cm，最严重的是浦东区某年平均下沉3cm，已经影响到地铁和高层建筑结构的稳定。

       地壳升降活动、松散沉积物的自然固结、人类开采地下水或油气资源，都会引起地面沉降。从灾害研究角度而言，地面沉降主要是指人类活动引起的或者是以人类活动为主、自然动力为辅而引起的。地面沉降的形成条件，一是地质条件(具有较高压缩性的厚层松散沉积物);二是动力条件(如长期过量开采地下水和地下油气资源等)。

       经过多年的研究，影响上海地面沉降的因素归纳为:海平面上升、新构造运动、静荷载、动荷载、开采天然气、开采地下水、地下取土、深井出砂、人工填土和黄浦江疏浚等十大因素。过量开采地下水是引起地面沉降的主要外在因素，可压缩饱和粘性土层的存在是引起地面沉降的内在因素(周益群等，2007)。

       地面沉降和地面塌陷的区别如下：

       1、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。

       2、地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。当这种现象发生在有人类活动的地区时，便可能成为一种地质灾害。

       今天关于“地面沉降”的讨论就到这里了。希望通过今天的讲解，您能对这个主题有更深入的理解。如果您有任何问题或需要进一步的信息，请随时告诉我。我将竭诚为您服务。