地面沉降研究及其防治

地面沉降研究及其防治

摘要：地面沉降是城市主要地质灾害之一，主要是在自然和人为因素作用下,由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种区域性的缓变地质灾害,成灾慢,但损失大,不易治理。随着中国城市化进程的加快, 地面沉降规模扩大, 危害加剧。本文主要介绍了国内外地面沉降的现状、引起沉降的原因、地面沉降的机理和地面沉降灾害防治措施。

关键字：地质灾害；地面沉降；地裂缝；地下水

Abstract: the ground subsidence is one of the city’s main geo logical hazards, mainly in the natural and artificial factors effect, because the surface soil crust and lead to regional ground elevation compression reduced a regional geological disasters of slowly, with slow, but the loss of large, is not easy to control. With the acceleration of China’s urbanization process, ground subsidence scale expanding and harm the worse. This paper mainly introduces the present situation of domestic and foreign land subsidence, cause, the cause of subsidence land subsidence mechanism and ground subsidence disaster prevention and control measures.

Key word: geological disasters; The ground settlement; To crack; groundwater

1 地面沉降概述

地面沉降是在自然和人为因素作用下,由于地壳表层土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种环境地质现象,是一种不可补偿的永久性环境和资源损失。地面沉降具有生成缓慢、持续时间长、影响范围广、成因机制复杂和防治难度大等特点,是一种对资源利用、环境保护、经济发展、城市建设和人民生活构成威胁的地质灾害。地面沉降是我国乃至世界范围较为普遍的地质灾害,对社会经济的可持续发展影响巨大。我国的地面沉降主要出现在上海、天津、江苏、河北等17个省市的东、中部地区,沉降总面积超过7×104 km2 ,最大累计沉降量已达3 m,主要分布于长江三角洲、华北平原、松嫩平原和下辽河平原、汾渭河谷平原和一些山间盆地。由于地面沉降，近几年来全国各地地裂缝和地面塌陷等地质灾害频频发生，有城市甚至被预言会在几十年后消失，防治地面沉降已经成为关系国计民生的迫切任务。

2 地面沉降的类型和特征

地面沉降按其成因可划分为五种类型：压实压密型、塌陷型、升降运动

型、有机质土变质型和软化型。

（1）土体压实压密型沉降, 表现为土层在垂向上收缩, 涉及范围广, 面积大, 沉降缓慢。沉降区多产生在近代河流冲积、洪积平原区, 滨海大陆架的过渡区, 三面环山的断陷盆地。

（2）地面塌陷型沉降, 岩层中存在较大容积的洞穴和孔隙时, 顶板岩层常发生塌陷, 涉及面积相对较小, 但沉降突然迅速。其主要形成环境有岩溶地貌单元区等。

（3）地面升降运动型沉降, 表现为地层作垂向升降运动，涉及范围广, 沉降缓慢。其主要分布于构造活动带, 如板块接触带、洋壳与陆壳接触带、构造断裂带等。我国喜马拉雅山弧形隆升带、唐古拉一川滇弧形带、昆仑一川西弧形带、祁连构造带、新疆断块、天山北缘断裂、南天山一兴都库什阿尔金断层、西昆仑北缘深断层、银川地堑兰州一宝鸡断层、渭河地堑一汾河雁行地堑系、营口一郊城一庐江断裂、冀中断陷、沧县隆起和太行山山前断裂等构造活动带, 均是发生升降运动型地面沉降的区域。

（4）有机质土变质型沉降, 表现为地层水疏干,有机质分解, 部分岩层缺失。一般由较易分解的有机质组成的地层沉降较快（如美国含苔类泥炭的地层的地面沉降速度达到25.4~76.2mm/a）, 主要产生于沼泽相沉积地层组成的地貌单元区。

（5）地层软化型沉降, 表现为地层软化, 失去承重能力, 局部地面下陷，沉降涉及范围大小不等,沉降缓慢。主要产生于近代河流相沉积、冰川沉积地层组成的地貌单位区和亚寒带、寒带冻土环境。

3 地面沉降现状

3.1 国外地面沉降现状

据统计,目前世界上已有60多个国家和地区发生地面沉降,包括美国、中国、日本、墨西哥、意大利、泰国、英国、俄罗斯、委内瑞拉、荷兰、越南、匈牙利、德国、印度尼西亚、新西兰、比利时、南非等。

现有文献资料表明,1891年墨西哥城最早记录地面沉降现象,但当时由于地面沉降量不大,危害也不明显,所以没有引起人们的重视。到目前为止，其平均沉降量达到0. 3 cm/ a ,最大累计沉降量超过7. 5 m ,有的地区甚至超过15 m。

日本于1898 年在新泻县最早发生地面沉降,至1958年地面沉降速率达530mm/ a ,1952 - 1956 年期间新泻是日本地面沉降最严重的地区。日本出现严重地面沉降的城市或地区还有东京、大阪和佐贺县平原以及名古屋、川崎、山口、尼崎及西宫等。

上个世纪意大利的Ravenna地区发生了大面积的地面沉降。起初沉降不大,每年数毫米;第二次世界大战后,由于过度抽取地下水,以每年110mm的沉降量剧增。

美国于1922年最早在加州萨克拉门托SanJoaquin流域发现沉降,1920 - 1969 年地下水位下降达137 m ,累积地面沉降达2. 6 m ,影响范围9100km2 。至20世纪70年代初期,美国已有37个州因开采地下流体而产生的不同程度的地面沉降现象;至1995年,美国50个州均有地面沉降发生。

3.2 国内地面沉降现状

20世纪20年代初,中国最早在上海和天津市区发现地面沉降灾害,至20世纪60年代两地地面沉降灾害已十分严重。20世纪70年代,长江三角洲主要城市及平原区、天津市平原区、华北平原东部地区相继产生地面沉降;80年代以来,中小城市和农村地区地下水开采利用量大幅度增加,地面沉降范围也由此从城市向农村扩展,在城市上连片发展。同时地面沉降地区伴生的地裂缝和地面塌陷频频发生。

自1921年上海市区最早发现地面沉降以来,至今中国已有90多个城市和地区发生不同程度的地面沉降,到2011年沉降面积达123 885 km2。国土资源部、水利部等十多部委联合编制的2011年至2020年全国地面沉降防治规划近日获得国务院批准，规划指出，全国发生地面沉降灾害的城市已超过50个，地面沉降最严重的的区域主要有三大片区，一个是长江三角洲地区，包括浙江、江苏和上海；一个是华北地区；还有一个就是陕西和西安的汾渭地区。其中华北平原区地面沉降量超过200毫米的范围，达到6万4千平方公里，占整个华北地区的46%左右，而长江三角洲地区如果再不采取有效的防治措施，到2050年将有可能桑田变沧海。