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地面沉降的研究

牛正军

【摘要】Thepaperintroducesthereasonandmechanismoftheground

subsidence,thecalculatingforecastingmodel,theinspectiontechnical

measuresandthepreventionmeasures,hasthefactualsummaryofthe

inspectionforecastingandpreventionmeasures,soastodirectthecorrect

forecastingofthegroundsubsidenceandadoptreasonableprevention

measures.%系统介绍了地面沉降产生的原因机理、计算预测模型,监测技术手段以

及防治措施,并对监测预报以及防治措施进行了较具体的总结,以指导正确预测地面

沉降,从而采取合理的预防措施。

【期刊名称】《山西建筑》

【年(卷),期】2012(038)023

【总页数】3页(P76-78)

【关键词】地面沉降;机理;计算预测模型;防治措施

【作者】牛正军

【作者单位】安徽省化工设计院,安徽合肥230009

【正文语种】中文

【中图分类】TU433

0引言

地面沉降是人为的或自然的因素作用下，由于地壳表层土体受力压缩导致的区域性

地面标高整体下降的一种环境和地质现象，是一种无法补偿的永久性环境破坏和资

源损失［1］。

地面下沉将引起一系列的危害，如道路、房屋开裂，基础设施遭到破坏及地下水资

源恶化等。根据长江三角洲、华北地区等的研究，据统计，建国以后，仅地面沉降

及地裂两项造成的经济损失就达4500亿元～5000亿元人民币。包括直接经济

损失350亿元～400亿元人民币，年均损失90亿元～100亿元人民币，年均直接

经济损失8亿元～10亿元人民币［2］。因此非常有必要对地面沉降的机理、预

测模型、监测手段及防治措施等开展研究，从而为科学决策提供依据，减少损失。

1地面沉降的发生机理

土是由固体颗粒和充填气、液体的空隙组成的，其中空隙包括封闭的和连通的空隙。

土颗粒的强度较大，压缩性也很小，土体的压缩变形主要是空隙收缩引起的。在压

力作用下，连通空隙中的水或气通过表面的出口排出，封闭的气泡在压力作用下也

会发生很大的弹性变形，同时当压力超过土体强度时，还能发生土颗粒的剪切滑移，

从而使土体从宏观上表现出标高的降低。

引起沉降的原因不同，其发生机理也就不同，下面就沉降发生的主要机理进行分析。

1.1有效应力增加

土体中有效应力的增加有两种方式：1)在总应力不变的条件下，孔隙水压力变小，

有效应力增大;2)由于工程建设，人为增大总应力。

1.1.1采取地下水等液体

在承压含水层中，地下水的缺失引起承压水位降低，使含水层及其上、下相对隔水

层中水压力随之减小。按有效应力的原理，土层中总应力的产生是由土中的水及颗

粒骨架一同承担的，由水分担的应力和由土颗粒骨架分担效应力之和为总应力。假

设取水过程中总应力不变，孔隙水压力减小后必将导致土的有效应力增大，引起土

中孔隙体积减小，使土层压缩。

1.1.2修建高层建筑

随着城市人口的不断壮大，城市用地日趋紧张，而修建高层或超高层建筑已成为缓

解城市用地紧张的重要方法。在地表新建高层建筑物时，增加了地基中的总应力和

有效应力，带来较大的附加沉降，在诸如上海陆家嘴这种高层建筑密集的地区，还

存在应力叠加效应，地面沉降更甚。

1.1.3土体自身的固结

地球表层土体大部分为第四纪全新世新近沉积土，大部分都处于欠固结状态，尤其

是在河口三角洲地区或冲积平原地区，在土体自重作用下，随着孔隙水压力的不断

消散，有效应力逐渐增加，沉降逐渐趋于稳定。

1.2下部支撑的弱化或破坏

地震导致砂土液化，失去承载力，引起地表下沉。

矿区在煤、盐等矿石开采后，在地下形成空腔，并在空腔附近产生应力重分布，由

于承力面积减小，空腔周围区域的应力增大;在石灰岩分布地区，由于水的溶蚀作

用，岩石中的孔洞将越来越大，受力面积减小，从而引起单位面积承受力的增大。

另外地下建筑、隧道等建设工程也存在类似的情况。

1.3循环荷载作用

高速公路、铁路、飞机跑道、停机坪、过江隧道和贮罐基础以及近海的海上建筑基

础等所受的荷载均是长期循环荷载。它们在遭受连续不断的循环荷载时，即便是经

过长期固结过