【摘要】人类工程活动既可导致地面沉降，又可加剧地面沉降，对地面沉降产生的原因进行分析与工程监测，总结出地面沉降的预测评估模型，提出预防措施，对现代大型工程有一定的借鉴意义。
【关键词】地质工程师论文,地面沉降,预测,土压力,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. 地面沉降的概念及产生原因
1.1 地面沉降，又称地面下沉或地陷，是指某一区域内由于开采地下水或其它地下流体所导致的地表浅部松散沉积物压实或压密引起的地面标高下降的现象。在城市内过量开采地下水引起的地面沉降，其波及的面积大;涉及范围广，下沉速率缓慢，往往不易被察觉;地面沉降具有不可逆特性，就是用人工回灌办法，也难使地面沉降的地面回复到原来的标高。因此地面沉降对于建筑物、城市建设和农田水利设施危害极大。
1.2 人类工程活动既可导致地面沉降，又可加剧地面沉降，其主要表现在以下几方面：
(1)大量抽取液体资源(地下水、石油等)、地下气体(天然气、沼气等)活动是造成大幅度、急剧地面沉降的最主要原因。
(2)采掘地下团体矿藏(如沉积型煤矿、铁矿等)形成的大范围采空区，及地下工程(隧道、防空洞、地下铁道等)是导致地面下沉变形的原因之一。
(3)地面上的人为振动作用(大型机械、机动车辆等及爆破等引起的地面振动)在一定条件下也可引起土体的压密变形。
(4)重大建筑物、蓄水工程(如水库)对地基施加的静荷载，使地基土体发生压密下沉变形。
(5)由于在建筑工程中对地基处理不当，即地基勘探不周。
2. 地面沉降的灾情评估
2.1 地面沉降等级划分。
地面沉降调查应查明：沉降的位置、范围及面积;沉降量;沉降区的环境水文地质条件;沉降原因以及发展趋势。依据地面沉降面积、累计沉降量进行等级划分(表1)。
2.2 地面沉降的灾情评估。
地面沉降的危害是多方面的，包括：
(1)损失地面标高，造成雨季地表积水，防洪能力下降;
(2)沿海城市低地面积扩大，海堤高度下降，海水倒灌;
(3)海港建筑物破坏，装卸能力降低;
(4)地面运输线、地下管线扭曲断裂;
(5)城市建筑物基础下沉脱空开裂;
(6)桥梁净空减小，影响通航;
(7)深井井管上升，井台破坏，供水排水系统失效;
(8)农田低洼地区洪涝积水，农作物减产。
3. 地面沉降的预测评估模型
可采用统计模型、土水模型、生命旋回模型等。
3.1 统计模型：大量开采地下水引起地下水位持续下降，进而引起隔水层失水固结是地面沉降的根本原因，通过统计方法建立开采量Q(或含水层水位h)与地面沉降量s(mm)之间的统计关系。该方法简单明了，但有弱点，带有人为性，难于了解沉降机制。
3.2 土水模型：包括水位预测模型、土力学模型两部分，可利用相关法、解析法和数值法等进行地下水位预测分析;土力学模型包括含水层弹性计算模型、粘性土层最终沉降量模型、太沙基固结模型、流变固结模型、比奥(Biot)固结理论模型、弹塑性固结模型、回归计算模型及半理论半经验模型(如单位变形量法等)和最优化计算方法等。
(1)含水层的沉降计算方法。
一般采用弹性公式：
S=ΔhEγwH
式中：Δh――含水层水位变幅(m);
E――含水层压缩或回弹模量(常采用反算值);
γw ――水容重;
H――含水层厚度;
S――含水层变形量。
(2)粘性土沉降变形的计算方法。
粘性土层的固结是一个缓慢的过程，土层的最终沉降量是指土层完全固结情况下的沉降量，常采用分层总和法(e-logP曲线法)：
S=∑Si
式中：Q N――固结度、时间因数;
CVK――固结系数(cm2/s)、渗透系数(cm/s);
t――时间(s);
st――承压水头降低后在时间t内的压缩量(cm)。
该法曾用于对日本东京、中国上海、常州等进行了地面沉降预测，与实测结果基本吻合。
3.3 生命旋回模型：该模型直接由沉降量与时间的相关关系构成，如泊松旋回模型。Verhulst生物模型和灰色预测模型等。
地面沉降预测中有代表性的成果有美国D、C、HolmA、leak的COMPAC软件，包括沉降预测模型、水位模型、优化调节模型、反馈计算模型。
4. 地面沉降的防治措施
大量实践表明，限制地下水开采或向含水层人工注水，可以控制或减缓地面沉降，表明地表沉降具有可控制性。地面沉降的控制与防治措施有：
(1)加强宣传，增强防灾意识：不断提高全民的防灾减灾意识，依法严格管理地下水资源，要合理开发利用地下水资源。
(2)限制或减少地下水开采量：可以地表水代替地下水资源;以人工制冷设备代替地下水资源;实行一水多用，充分综合利用地下水。
(3)采用地表水人工补给地下水：上海市自1966年采用了“冬灌夏用”为辅，大量人工补给地下水，水位大幅度回升，常年沉降转为“冬升夏沉”。
(4)调整地下水开采层次：地面沉降的主要原因是地下水的集中开采(开采时间集中、地区集中、层次集中)，因此适当调整地下水的开采层和合理支配开采时间，可以有效的控制地面沉降。
参考文献
[1] 张梁等著. 《地质灾害灾情评估理论与实践》1998.
[2] 龚晓南，高有潮. 《深基坑工程设计施工手册》.中国建筑出版社，1998.
