2018巖土工程師基礎(chǔ)考試知識(shí)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(dòng)。

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(dòng)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(kāi)裂、不均勻下沉和突然陷落。

2.我國(guó)地面沉降的基本特征

地面沉降是以緩慢的、難于察覺(jué)的向下垂直運(yùn)動(dòng)為主，只有少量的或基本沒(méi)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(dòng)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(dòng)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(lái)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力地質(zhì)因素

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

(2)地球外營(yíng)力作用：包括溶解、氧化、凍融等作用。地下水對(duì)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(guò)程而引起地面下降。

二、人類活動(dòng)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(zhǎng)期的、周期性的開(kāi)采地下水，當(dāng)開(kāi)采量超過(guò)含水系統(tǒng)的補(bǔ)給資源(即動(dòng)儲(chǔ)量)限額時(shí)，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(dòng)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(kāi)采石油：開(kāi)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?cái)嘞陆怠?/p>

(3)開(kāi)采水溶性氣體：日本新隅因開(kāi)采水溶性天然氣——甲烷而持續(xù)地大量抽水，導(dǎo)致開(kāi)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(duì)集中時(shí)，其靜荷載超過(guò)土體極限荷載而引起的地面持續(xù)變形;在靜荷載長(zhǎng)期作用下軟土的蠕變引起的地面沉降;地面振動(dòng)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(guò)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(dòng)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(duì)獨(dú)立性。從飽和含水層中抽水時(shí)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(guò)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(shí)，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(shí)，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(guò)飽和含水層的預(yù)固結(jié)壓力時(shí)，包含含水層開(kāi)始?jí)嚎s，即引起地面沉降。與此同時(shí)，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(dòng)所引起的滲透應(yīng)力對(duì)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(cè)的內(nèi)容、基本方法及預(yù)測(cè)成果

預(yù)測(cè)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(duì)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(cè)。

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

預(yù)測(cè)成果：預(yù)測(cè)性圖件、預(yù)測(cè)性曲線。

6.地面沉降控制和治理的原則和措施

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

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

措施

表面治理措施：對(duì)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(méi)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(kāi) 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(kāi)采層位