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1、第四章地面沉降、滑坡、巖溶塌陷災害與防治4．1地面沉降災害防治一、地面沉降的定義：指地層在各種因素的作用下，造成地層壓密變形或下沉，從而引起區(qū)域性的地面標高下降。二、地面沉降的原因：（1）自然因素：①新構造運動以及地震、火山活動引起的地面沉降；②海平面上升導致地面的相對下降（沿海）；③土層的天然固結（次固結土在自重壓密下的固結作用）。自然因素所形成的地面沉降范圍大，速率小。自然因素主要是構造升降運動以及地震、火山活動等一般情況下，把自然因素引起的地而沉降歸屬于地殼形變或鉤造運動的范疇，作為一種自然動力現(xiàn)象加
2、以研究。（2）人為因素：①抽汲地下氣、液體引起的地面沉降。抽取地下水而引起的地面沉降，是地面沉降現(xiàn)象中發(fā)育最普通、危害性最嚴重的一類；②大面積地面堆載引起的地面沉降；③大范圍密集建筑群天然地基或樁基持力層大面積整體性沉降——工程性地面沉降。人為因素引起的地面沉降一般范圍較小，但速率和幅度比較大。人為因素主要是開采地下水和油氣資源以及局部性增加荷載。將人為因素引起的地面沉降歸屬于地質(zhì)災害現(xiàn)象進行研究和防治。三、地面沉降的成因機制和形成條件（一）地面沉降的成因機制由于地面沉降的影響巨大，因此早就引起了各國政府和
3、研究人員的密切注意。早期研究者曾提出一些不同的觀點，如新構造運功說、地層收縮說和自然壓縮說、地面動靜荷載說、區(qū)域性海平面上升說等。大量的研究證明，過量開采地下水是地面沉降的外部原因，中等、高壓縮性粘土層和承壓含水層的存在則是地面沉降的內(nèi)因。因而多數(shù)人認為沉降是由于過量開采地下水、石油和天然氣、鹵水以及高大建筑物的超量荷載等引起的。在孔隙水承壓含水層中，抽取地下水所引起的承壓水位的降低，必然要使含水層本身及其上、下相對隔水層中的孔隙水壓力隨之而減小。根據(jù)有效應力原理可知，土中由覆蓋層荷載引起的總應力是山孔隙中
4、的水和土顆粒骨架共同承擔的。由水承擔的部分稱為孔隙水壓力（pw），它不能引起土層的壓密，故義稱為中性壓力；而由土顆粒骨架承擔的部分能夠直接造成上層的壓密，故稱為有效應力（ps）；二者之和等干總應力。假定抽水過程中土層內(nèi)部應力不變，那么孔隙水壓力的減小必然導致十中有效應力等量增大，結果就會引起孔隙體積減小，從而使土層壓縮。由于透水性能的顯著差異，上述孔隙水壓力減小、有效應力增大的過程，在妙層和粘土層中是截然不同的。在砂層中，隨著承壓水頭降低和多余水分的排出，有效應力迅速增至與承壓水位降低后相平衡的程度，所以砂
5、法壓密是“瞬時”完成的。在粘性土層中，壓密過程進行得十分緩慢，往往需要幾個月、幾年甚至幾十年的時間；因而直到應力轉變過程最終完成之前，粘土層中始終存在有超孔隙水壓力（或稱剩余孔隙水壓力）。它是衡量該土層在現(xiàn)存應力條件下最終固結壓密程度的重要指標。相對而言，在較低應力下砂層的壓縮性小且主要是彈性、可逆的，而粘土層的壓縮性則大得多且主要是非彈性的水久變形。因此，在較低的有效應力增長條件下，粘性土層的壓密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升過程中，砂層的澎脹回彈則具有決定意義。此外，土層的壓縮量還與丘層的預固結應
6、力（即先期固結應力）、土層的應力—應變性狀有關。由于抽取地下水量不等而表現(xiàn)出來的地下水位變化類型和特點也對土層壓縮產(chǎn)生一定的影響。（三）地面沉降的產(chǎn)生條件從地質(zhì)條件，尤其是水文地質(zhì)條件來看，疏松的多層含水層休系、水量豐富的承壓含水層、開采層影響范圍內(nèi)正常固結或欠固結的可壓縮險厚層粘比土層等的存在，都有助于地面沉降的形成。從土層內(nèi)的應力轉變條件來看，承壓水位大幅度波動式的持續(xù)降低是造成范圍不斷擴大累進性應力轉變的必要前提。1.厚層松散細粒土層的存在地面沉降主要是抽采地下流體引起土層壓縮而引起的，厚層松散細粒土
7、層的存在則構成了地面沉降的物質(zhì)基礎。在廣大的平原、山前傾斜干原、山間河谷盆地、濱海地區(qū)及河口三角洲等地區(qū)分布有很厚的第四系和上第三系松散或未固結的沉積物，因此，地面沉降多發(fā)生干這些地區(qū)。如在濱海三角洲平原，第四紀地層中含有比較厚的淤泥質(zhì)粘土，呈軟塑狀態(tài)或流動狀態(tài)。這此淤泥質(zhì)粘性粘的含水量可高達60％以上，孔隙比大、強度低、壓縮除強，易于發(fā)生塑注流變。當大量抽取地下水時，含水層中地下水壓力降低，淤泥質(zhì)粘土隔水層孔隙中的弱結合水壓力差加大，使孔隙水流入含水層有效壓力加大，結果發(fā)生粘性十層的壓縮變形。易于發(fā)生地面
8、沉降的地質(zhì)結構為砂層、粘土層互層的松散土層結構。隨著抽取地下水，承壓水位降低，含水層本身及其土、下相對隔水層中孔隙水壓力減小，地層壓縮導致池面發(fā)生沉降。2.長期過量開采地下流體未抽取地下水時，粘性土隔水層或弱隔水層中的水壓力與含水層中的水壓力處干平衡狀態(tài)。抽水過程中，由J含水層的水頭降低，上、下隔水層中的孔隙水壓力較高，因而向含水層排出部分孔隙水結果使土、下隔水層的水壓力降低。在上覆土體壓力不變的情況下，粘土層的
