【摘要】人類工程活動(dòng)既可導(dǎo)致地面沉降，又可加劇地面沉降，對(duì)地面沉降產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析與工程監(jiān)測(cè)，總結(jié)出地面沉降的預(yù)測(cè)評(píng)估模型，提出預(yù)防措施，對(duì)現(xiàn)代大型工程有一定的借鑒意義。

　　【關(guān)鍵詞】地質(zhì)工程師論文,地面沉降,預(yù)測(cè),土壓力,防治措施

　　Disaster assessment model prediction and prevention measures analysis of ground subsidence

　　Zhong Wei-hua1，Xie Jian-xue2

　　(1.Suzhou City Water Conservancy Water Authority Suzhou Jiangsu 215000;

　　2.Suzhou University of Science and Technology Department of Civil Engineering Suzhou Jiangsu 215011)

　　【Abstract】Human activity can cause land subsidence， but also exacerbated land subsidence due to ground subsidence resulting analysis and project monitoring， summed up the land subsidence prediction assessment model， proposed preventive measures to modern large-scale projects have a certain significance.

　　【Key words】Ground subsidence;Forecast;Earth pressure;Prevention measures

　　1. 地面沉降的概念及產(chǎn)生原因

　　1.1 地面沉降，又稱地面下沉或地陷，是指某一區(qū)域內(nèi)由于開(kāi)采地下水或其它地下流體所導(dǎo)致的地表淺部松散沉積物壓實(shí)或壓密引起的地面標(biāo)高下降的現(xiàn)象。在城市內(nèi)過(guò)量開(kāi)采地下水引起的地面沉降，其波及的面積大;涉及范圍廣，下沉速率緩慢，往往不易被察覺(jué);地面沉降具有不可逆特性，就是用人工回灌辦法，也難使地面沉降的地面回復(fù)到原來(lái)的標(biāo)高。因此地面沉降對(duì)于建筑物、城市建設(shè)和農(nóng)田水利設(shè)施危害極大。

　　1.2 人類工程活動(dòng)既可導(dǎo)致地面沉降，又可加劇地面沉降，其主要表現(xiàn)在以下幾方面：

　　(1)大量抽取液體資源(地下水、石油等)、地下氣體(天然氣、沼氣等)活動(dòng)是造成大幅度、急劇地面沉降的最主要原因。

　　(2)采掘地下團(tuán)體礦藏(如沉積型煤礦、鐵礦等)形成的大范圍采空區(qū)，及地下工程(隧道、防空洞、地下鐵道等)是導(dǎo)致地面下沉變形的原因之一。

　　(3)地面上的人為振動(dòng)作用(大型機(jī)械、機(jī)動(dòng)車輛等及爆破等引起的地面振動(dòng))在一定條件下也可引起土體的壓密變形。

　　(4)重大建筑物、蓄水工程(如水庫(kù))對(duì)地基施加的靜荷載，使地基土體發(fā)生壓密下沉變形。

　　(5)由于在建筑工程中對(duì)地基處理不當(dāng)，即地基勘探不周。

　　2. 地面沉降的災(zāi)情評(píng)估

　　2.1 地面沉降等級(jí)劃分。

　　地面沉降調(diào)查應(yīng)查明：沉降的位置、范圍及面積;沉降量;沉降區(qū)的環(huán)境水文地質(zhì)條件;沉降原因以及發(fā)展趨勢(shì)。依據(jù)地面沉降面積、累計(jì)沉降量進(jìn)行等級(jí)劃分(表1)。

　　2.2 地面沉降的災(zāi)情評(píng)估。

　　地面沉降的危害是多方面的，包括：

　　(1)損失地面標(biāo)高，造成雨季地表積水，防洪能力下降;

　　(2)沿海城市低地面積擴(kuò)大，海堤高度下降，海水倒灌;

　　(3)海港建筑物破壞，裝卸能力降低;

　　(4)地面運(yùn)輸線、地下管線扭曲斷裂;

　　(5)城市建筑物基礎(chǔ)下沉脫空開(kāi)裂;

　　(6)橋梁凈空減小，影響通航;

　　(7)深井井管上升，井臺(tái)破壞，供水排水系統(tǒng)失效;

　　(8)農(nóng)田低洼地區(qū)洪澇積水，農(nóng)作物減產(chǎn)。

　　3. 地面沉降的預(yù)測(cè)評(píng)估模型

　　可采用統(tǒng)計(jì)模型、土水模型、生命旋回模型等。

　　3.1 統(tǒng)計(jì)模型：大量開(kāi)采地下水引起地下水位持續(xù)下降，進(jìn)而引起隔水層失水固結(jié)是地面沉降的根本原因，通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法建立開(kāi)采量Q(或含水層水位h)與地面沉降量s(mm)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。該方法簡(jiǎn)單明了，但有弱點(diǎn)，帶有人為性，難于了解沉降機(jī)制。

　　3.2 土水模型：包括水位預(yù)測(cè)模型、土力學(xué)模型兩部分，可利用相關(guān)法、解析法和數(shù)值法等進(jìn)行地下水位預(yù)測(cè)分析;土力學(xué)模型包括含水層彈性計(jì)算模型、粘性土層最終沉降量模型、太沙基固結(jié)模型、流變固結(jié)模型、比奧(Biot)固結(jié)理論模型、彈塑性固結(jié)模型、回歸計(jì)算模型及半理論半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?如單位變形量法等)和最優(yōu)化計(jì)算方法等。

　　(1)含水層的沉降計(jì)算方法。

　　一般采用彈性公式：

　　S=ΔhEγwH

　　式中：Δh――含水層水位變幅(m);

　　E――含水層壓縮或回彈模量(常采用反算值);

　　γw ――水容重;

　　H――含水層厚度;

　　S――含水層變形量。

　　(2)粘性土沉降變形的計(jì)算方法。

　　粘性土層的固結(jié)是一個(gè)緩慢的過(guò)程，土層的最終沉降量是指土層完全固結(jié)情況下的沉降量，常采用分層總和法(e-logP曲線法)：

　　S=∑Si

　　式中：Q N――固結(jié)度、時(shí)間因數(shù);

　　CVK――固結(jié)系數(shù)(cm2/s)、滲透系數(shù)(cm/s);

　　t――時(shí)間(s);

　　st――承壓水頭降低后在時(shí)間t內(nèi)的壓縮量(cm)。

　　該法曾用于對(duì)日本東京、中國(guó)上海、常州等進(jìn)行了地面沉降預(yù)測(cè)，與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合。

　　3.3 生命旋回模型：該模型直接由沉降量與時(shí)間的相關(guān)關(guān)系構(gòu)成，如泊松旋回模型。Verhulst生物模型和灰色預(yù)測(cè)模型等。

　　地面沉降預(yù)測(cè)中有代表性的成果有美國(guó)D、C、HolmA、leak的COMPAC軟件，包括沉降預(yù)測(cè)模型、水位模型、優(yōu)化調(diào)節(jié)模型、反饋計(jì)算模型。

　　4. 地面沉降的防治措施

　　大量實(shí)踐表明，限制地下水開(kāi)采或向含水層人工注水，可以控制或減緩地面沉降，表明地表沉降具有可控制性。地面沉降的控制與防治措施有：

　　(1)加強(qiáng)宣傳，增強(qiáng)防災(zāi)意識(shí)：不斷提高全民的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)，依法嚴(yán)格管理地下水資源，要合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源。

　　(2)限制或減少地下水開(kāi)采量：可以地表水代替地下水資源;以人工制冷設(shè)備代替地下水資源;實(shí)行一水多用，充分綜合利用地下水。

　　(3)采用地表水人工補(bǔ)給地下水：上海市自1966年采用了“冬灌夏用”為輔，大量人工補(bǔ)給地下水，水位大幅度回升，常年沉降轉(zhuǎn)為“冬升夏沉”。

　　(4)調(diào)整地下水開(kāi)采層次：地面沉降的主要原因是地下水的集中開(kāi)采(開(kāi)采時(shí)間集中、地區(qū)集中、層次集中)，因此適當(dāng)調(diào)整地下水的開(kāi)采層和合理支配開(kāi)采時(shí)間，可以有效的控制地面沉降。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 張梁等著. 《地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估理論與實(shí)踐》1998.

　　[2] 龔曉南，高有潮. 《深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》.中國(guó)建筑出版社，1998.