地面沈降又稱為地面下沈或地陷,它是在人類工程經濟活動影響下,由於地下松散地層固結壓縮,導致地殼表面標高降低的壹種局部的下降運動(或工程地質現象)。
二、地面沈降能造成哪些危害
地面沈降會對地表或地下構築物造成危害,在沿海地區還能引起海水入侵、港灣設施失效等不良後果,其危害主要有:①毀壞建築物和生產設施,不利於建設事業和資源開發。發生地面沈降的地區屬於地層不穩定的地帶,在進行城市建設和資源開發時,需要更多的建設投資,而且生產能力也受到限制。②造成海水倒灌。地面沈降區多出現在沿海地帶,地面沈降到接近海面時,會發生海水倒灌,使土壤和地下水鹽堿化。
三、地面沈降有哪些類型
地面沈降有自然的地面沈降和人為的地面沈降。自然的地面沈降:壹種是地表松散或半松散的沈積層在重力的作用下,由松散到細密的成巖過程;另壹種是由於地質構造運動、地震等引起的地面沈降。人為的地面沈降主要是過量開采地下液體或氣體,致使貯存這些液體、氣體的沈積層的孔隙壓力發生趨勢性的降低,有效應力相應增大,從而導致地層的壓密。
我國出現地面沈降的城市較多。按發生地面沈降的地質環境可分為3種模式:①現代沖積平原模式,例如,我國的幾大平原。②三角洲平原模式,尤其是在現代沖積三角洲平原地區,例如,長江三角洲就屬於這種類型。常州、無錫、蘇州、嘉興、蕭山的地面沈降均發生在這種地質環境中。③斷陷盆地模式,它又可分為近海式和內陸式兩類。近海式指濱海平原,如寧波;內陸式為湖沖積平原,如西安市、大同市。
不同地質環境模式的地面沈降具有不同的規律和特點,在研究方法和預測模型方面也應有所不同。
另外,根據地面沈降發生的原因還可分為①構造沈降:由地殼沈降運動引起的地面下沈現象。②抽汲地下水引起的地面沈降:由於過量抽汲地下水(或油、氣)引起水位(或油、氣壓)下降,在欠固結或半固結土層分布區,土層固結壓密而造成的大面積地面下沈現象。③采空沈降:因地下大面積開采石油、天然氣,采空引起頂板巖(土)體下沈而造成的地面碟狀窪地現象。④抽汲鹵水引起的地面沈降。
中國出現地面沈降的城市較多。我國已經陸續發現具有不同程度的區域性地面沈降的城市有30多座。可能還有壹些城市雖已發生沈降,但因沒有進行全國性全面的城市精密測量,所以不能給出沈降城市的準確數字。以下簡要介紹幾座地面沈降較嚴重的城市。
1)上海市。從1921年發現地面下沈開始,到1965年止,最大的累計沈降量已達2.63米,影響範圍達400平方千米。有關部門采取了綜合治理措施,采用人工回灌方法,使地下水位回升,地面部分回彈,市區地面沈降已基本上得到控制。從1966~1987年22年間,累計沈降量36.7毫米,年平均沈降量為1.7毫米。
2)天津市。從1959~1982年間最大累計沈降量為2.15米。1982年測得市區的平均沈降速率為94毫米。目前,最大累計沈降量已達2.5米,沈降量100毫米以上的範圍已達900平方千米。
3)北京市。自20世紀70年代以來,北京的地下水位平均每年下降1~2米,最嚴重的地區水位下降可達3~5米。地下水位的持續下降導致了地面沈降。有的地區(如東北部)沈降量590毫米。沈降總面積超過600平方千米。而北京城區面積僅440平方千米,所以,沈降範圍已波及郊區。
4)西安市。地面沈降發現於1959年,1971年後隨著過量開采地下水而逐漸加劇。1972~1983年,最大累計沈降量777毫米,年平均沈降量30~70毫米的沈降中心有5處。1983年後,西安市地面沈降趨於穩定發展,部分地區還有減緩的趨勢。到1988年最大累計沈降量已達1.34米,沈降量100毫米的範圍達200平方千米。
5)太原市。經1979年、1980年、1982年3次在市區600平方千米範圍的測量,發現沈降量大於200毫米的面積有254平方千米,大於1000毫米的沈降區面積達7.1平方千米。最嚴重的是吳家堡,其次是小店。吳家堡水準點的累計沈降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累計沈降量達1380毫米。
此外,還有寧波市,常州市,蘇州市,無錫市,嘉興市,杭州市,臺灣省的屏東、彰化、雲林、嘉義、臺中和臺北等6個縣(市),均發生了不同程度的地面沈降。
四、地面沈降發生的原因
產生地面沈降雖然與許多因素有關,但導致地面沈降災害的主要原因是人類工程經濟活動。人類工程經濟活動的作用有兩個方面:壹是有可能加劇地面沈降;二是也能減緩地面沈降的速率與強度。人類活動加劇地面沈降,主要表現在以下幾個方面:①大量開采地下水、地下水溶性氣體或石油等活動,已被公認為人類活動中造成大幅度、急劇地面沈降的最主要原因;②開采地下固體礦藏特別是沈積礦床,例如,煤礦、鐵礦,將形成大面積的地下采空區,導致地面變形(下沈);③重大的工程建築物對地基施加的靜荷載,使地基土體發生變形;④即使是在低荷載的持續作用下,土體的蠕變也可引起地基土的緩慢變形。地面上的動荷載(振動作用)在壹定條件下也將引起土體的壓密變形。
五、地面沈降的觀測和普查
地面沈降的觀測主要是:①對研究區的水準測量點定期進行測量;②對含水層地下水開采量(含回灌量)及地下水位進行長期觀測;③室內試驗和野外試驗,包括常規試驗、微觀結構研究、高壓固結、三軸剪切、長期流變、孔隙水壓力消散、室內模型試驗等,野外試驗主要有抽水試驗、口灌試驗、靜力觸探等;④設立沈降標、孔隙水壓力標和基巖標用以深入了解各上層和含水層的變形規律及地下水位動態變化規律。