2018巖土工程師基礎(chǔ)考試知識點(diǎn)：地面沉降工程地質(zhì)

1.地面沉降的基本概念

地面沉降:指地殼表面某一局部范圍內(nèi)的總體下降運(yùn)動。

地面塌陷：是地面垂直變形破壞的另一種形式。它的出現(xiàn)是由于地下地質(zhì)環(huán)境中存在著天然洞穴或人工采掘活動所留下的礦洞，巷道或采空區(qū)而引起的，其地面表現(xiàn)形式是局部范圍內(nèi)地表巖土體的開裂、不均勻下沉和突然陷落。

2.我國地面沉降的基本特征

地面沉降是以緩慢的、難于察覺的向下垂直運(yùn)動為主，只有少量的或基本沒有水平向的位移，可能影

響的平面范圍可大至幾千平方公里。在某些實(shí)例中地面沉降是一種自然動力地質(zhì)現(xiàn)象，而在多數(shù)實(shí)例中

這種現(xiàn)象是由人類活動所引起的，常以地殼表層一定深度內(nèi)巖土體的壓密固結(jié)或下沉為主要形式。近

年來的研究成果表明，地面沉降產(chǎn)生于特定的地質(zhì)環(huán)境中并受到多種誘發(fā)因素的制約和影響。引起地面沉降的因素包括自然地質(zhì)因素和人類工程活動因素兩大類。地面沉降可以由單一因素誘發(fā)，而在許多情況下是由幾種因素綜合作用的結(jié)果。在諸因素中，人類工程活動因素常起著重要的作用。

3.地面沉降的誘發(fā)因素及地質(zhì)環(huán)境

誘發(fā)因素

一、自然動力地質(zhì)因素

(1)地球內(nèi)營力作用：包括地殼近期下降運(yùn)動、地震、火山運(yùn)動等。

(2)地球外營力作用：包括溶解、氧化、凍融等作用。地下水對土中易溶鹽類的溶解，土壤中有機(jī)組分的氧化，地表松散沉積物中水分的蒸發(fā)等，均可能造成土體孔隙率或密度的變化，促進(jìn)土體自重固結(jié)過程而引起地面下降。

二、人類活動因素

(1)持續(xù)性超量抽取地下水：在松散介質(zhì)含水系統(tǒng)中長期的、周期性的開采地下水，當(dāng)開采量超過含水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源(即動儲量)限額時，將導(dǎo)致地下水位的區(qū)域性下降，從而引起含水砂層本身的壓密以及其頂?shù)撞恳欢ǚ秶鷥?nèi)飽水粘性土層中的孔隙水向含水層運(yùn)移(即越流作用)。在滲流的動水壓力和土層孔隙水排出所相當(dāng)之附加有效應(yīng)力作用下，粘土層發(fā)生壓密固結(jié)，從而綜合影響導(dǎo)致了地面沉降。

(2)開采石油：開采石油是人工抽取地下液體的另一種重要形式，在某些埋藏較淺的半固結(jié)砂巖含油層中，抽取石油可引起砂巖孔隙液壓的下降，未完全固結(jié)的砂巖在上覆巖層自重壓力作用下繼續(xù)固結(jié)，引起采油區(qū)地斷下降。

(3)開采水溶性氣體：日本新隅因開采水溶性天然氣——甲烷而持續(xù)地大量抽水，導(dǎo)致開采層地下水位下降及含氣層的壓縮，產(chǎn)生了大幅度的地面沉降。

(4)其他因素：大面積農(nóng)田灌溉引起敏感性土的水浸壓縮;地面高荷載建筑群相對集中時，其靜荷載超過土體極限荷載而引起的地面持續(xù)變形;在靜荷載長期作用下軟土的蠕變引起的地面沉降;地面振動荷載引起的地面沉陷等。

地質(zhì)環(huán)境

(1)近代河流沖積環(huán)境模式：近代河流沖積、環(huán)境模式以河流中下游高彎度河流沉積相為主。

(2)近代三角洲平原沉積環(huán)境模式：三角洲位于河流入海地段，介于河流沖積平原與濱海大陸架的過渡地帶。

(3)斷陷盆地沉積環(huán)境模式：一般位于三面環(huán)山，中部以斷塊下降為主的近代活動性地區(qū)。

4.地面沉降機(jī)理(主要是降水引起的地面沉降)

空隙水壓力在總應(yīng)力總是保持著相對獨(dú)立性。從飽和含水層中抽水時引起的含水層靜水壓力的下降不影響地層的總應(yīng)力，即在抽水過程中孔隙水壓力的變化將轉(zhuǎn)化為土體骨架上的有效應(yīng)力。即：Pe=P-Pw。當(dāng)飽和含水層中孔隙水壓力下降時，由土粒骨架承擔(dān)的有效應(yīng)力將相應(yīng)增加。當(dāng)Pw 趨向于0 時，Pe趨向于Pw。不論飽和含水層固結(jié)狀態(tài)如何，只有當(dāng)有效應(yīng)力Pe 超過飽和含水層的預(yù)固結(jié)壓力時，包含含水層開始壓縮，即引起地面沉降。與此同時，飽和含水層中的孔隙水向下一層承壓含水層的滲流運(yùn)動所引起的滲透應(yīng)力對該飽和含水層中礦物顆粒的重排列也起到一定作用，促進(jìn)了地面的沉降。

5.地面沉降預(yù)測的內(nèi)容、基本方法及預(yù)測成果

預(yù)測內(nèi)容：重點(diǎn)在于研究地面沉降形成和發(fā)展規(guī)律，以便對其可能出現(xiàn)的地點(diǎn)、范圍和災(zāi)害規(guī)模做出早期預(yù)測。

預(yù)測的基本方法:常規(guī)方法(分層總和法)、數(shù)理統(tǒng)計法、準(zhǔn)三維計算法、基于真三維水流模型的計算法、三維完全耦合模型。

預(yù)測成果：預(yù)測性圖件、預(yù)測性曲線。

6.地面沉降控制和治理的原則和措施

原則:(1)對已產(chǎn)生地面沉降的地區(qū)，進(jìn)行地下水資源管理。

(2)對可能發(fā)生地面沉降的地區(qū)，應(yīng)預(yù)測地面沉降的可能性及危害程度。

措施

表面治理措施：對已產(chǎn)生地面沉降的地區(qū)，要根據(jù)其災(zāi)害規(guī)模和嚴(yán)重程度采取地面整治及改善環(huán)境，其方法主要有。

(1)在沿海低平原地帶修筑或加高擋湖堤、防洪堤，防止海水倒灌、淹沒低洼地區(qū)。

(2)改造低洋地形，人工填土加高地面。

(3)改建城市給、排水系統(tǒng)和輸油、氣管線，整修因沉降而被破壞的交通線路等線性 工程，使之適應(yīng)地面沉降后的情況。

(4)修改城市建設(shè)規(guī)劃，調(diào)整城市功能分區(qū)及總體布局。規(guī)劃中的重要建筑物要避開 沉降區(qū)。

根本治理措施：

(1)壓縮用水量

(2)人工補(bǔ)給地下水(人工回灌)

(3)調(diào)整地下水開采層位