地面沉降的现状、成因分析及防治措施

ValueEngineering

·19·

PresentSituation,CauseAnalysisandPreventionMeasuresofLandSubsidence

地面沉降的现状尧成因分析及防治措施

薛天祥XUETian-xiang曰沈春勇SHENChun-yong曰陈润泽CHENRun-ze

贵阳

550081）（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，

（PowerChinaGuiyangSurvey，DesignandResearchInstituteCo.，Ltd.，Guiyang550081，China）

摘要院地面沉降是城市中常见的地质灾害，随着我国城市化进程的加快，地面沉降规模扩大、危害加剧。在沿海、平原等不同地区，

速率也不同，导致沉降成因分析存在困难。针对上述问题，本文根据多年

由于地质、自然地理条件的差异，地面沉降发生的反应程度、

并提出了防治策略及措施，

的资料收集及研究，综合概述了国内外地面沉降的现状及危害性，分析了造成地面沉降的原因，为后续的

沉降研究工作提供参考依据。

Abstract:Landsubsidenceisacommongeologicaldisasterinmanycities.WiththeaccelerationofurbanizationinChina,thescaleof

landsubsidenceexpandsandtheharmintensifies.Indifferentareassuchascoastalareasandplains,duetothedifferencesingeological

andnaturalgeographicalconditions,thereactiondegreeandrateoflandsubsidencearealsodifferent,resultingindifficultiesintheanalysis

ofsettlementcauses.Inviewoftheaboveproblems,basedonyearsofdatacollectionandresearch,thispapersummarizesthecurrent

situationoflandsubsidenceathomeandabroad,analyzestheharmoflandsubsidenceandthecausesoflandsubsidence,putforwardthe

preventionstrategiesandmeasuresand,providessomereferenceforlandsubsidenceresearch.

成因分析；防治措施

关键词院地面沉降；现状分析；地质灾害；

Keywords:landsubsidence；statusanalysis；geneticanalysis；geologicaldisasters；preventionmeasures

中图分类号院P642.4文献标识码院A文章编号院1006-4311（2021）35-019-03doi:10.3969/.1006-4311.2021.35.007

0引言

地面沉

随着工业化的快速发展和城镇化进程的加速，

降灾害日益严重，给不同地区的人民生命和财产安全带来地面沉降又称为地面下沉或地陷，是指在人类及自然

.. All Rights Reserved.

近年来，国内先后

了威胁，使城市可持续发展受到了限制。

有近百个城市或地区发生地面沉降，形成了以长江三角

洲、华北平原及汾渭断陷盆地等为代表的地面沉降典型地

[1]

区。地面沉降虽不至于直接造成重大人员伤亡，但地面沉

洪涝及风暴灾害加剧

降造成建筑物下沉、地下管道破损、

等一系列问题，给国民经济造成巨大的损失。目前全国

[2-3]

已有7.9万km面积的地区地面沉降量累计超过20cm，数

2

据显示仍存在逐步扩大的可能性，经沉降中心统计结果

[4]

太原、沧州等地区最大沉降

表明，天津、上海、西安、无锡、

量已超过2m，天津塘沽的最大沉降量已达3.1m。根据相

关部分调查评估，地面沉降已经造成长三角地区巨大的经

济损失，数额达3000亿元。上海随着城市化进程的发展，

其经济损失高达

也是地面沉降导致经济损失最多的城市，

华北平原产生了重大的经

2899亿元；因地面沉降的影响，

间接经济损失达

济损失，直接经济损失达到404.42亿元，

2923.86亿元，累计损失约3300亿元

[5]

。

目前，很多学者开展了一系列的地面沉降成因分析工

但并未

作，对地面沉降问题的治理措施也有了初步成效，

能有效的控制其继续恶化的趋势，面对如此严峻的沉降破

坏形势，日后的研究工作开展仍十分困难。因此，本文深

[3]

入研究地面沉降的国内外现状，提出地面沉降的主要危

害，分析其产生的原因，对研究人员开展地面沉降防治工

要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要

（中级工程

1990-）作者简介院薛天祥，男，土家族，贵州遵义人，

师，硕士研究生，研究方向为地质工程、水利水电工

教

程；沈春勇（通讯作者）（1968-），男，贵州锦屏人，

授级高级工程师，工程硕士，从事水电工程地质勘察

工作。

作具有重要意义。

1现状分析

导致地壳表层土体出现压缩，

环境的共同作用下，因而出

现不同区域地面标高降低的地质现象，这是难以弥补的永

久性资源损失及环境破坏。通常情况下，地面沉降的共有

发展比较缓慢、产生

特点为持续时间较长、区域影响较广、

地面沉降的长期处在对城市

的原因复杂和治理难度大等，

建设、资源调度、经济发展、和人们的生活环境造成了巨大

的威胁。

1.1国外地面沉降现状

根据已有研究表明，1891年，在墨西哥城出现了地面

这也是该现象最早期的记录数据，

沉降的相关数据，当时

没有造成明显危害

[6]

，地面沉降量数值不大，这一问题没有

经统计，

得到人们的关注。近年来，出现的平均沉降量达

0.3cm/a，累计的最大沉降量大于7.5m，有的区域沉降量大

于15.0m。

1898年，日本新泻出现了最早地面沉降，到了1958

年地面沉降速率为530mm/a，1952年~1956年，新泻成为

了日本地面沉降最大的城市。在东京、大阪和佐贺县平原

名古屋、川崎、山口、尼

等城市也是沉降发生严重的地区，

崎及西宫等地区沉降产生的影响也不可忽视。

[7]

Ravenna地区位于意大利，在上个世纪出现大规模的

地面沉降。刚刚开始是，沉降量比较小，每年大约有数毫

[8-9]

超量的开采地下水，

米；第二次世界大战发生后，沉降量每

年增长了110mm。

1922年，位于美国的加州萨克拉门托SanJoaquin流

域发生了沉降现象，1920年~1969年，该地区的地下水位

降低了137m，地面沉降量累积为2.6m，造成9100km范围

2

因开发地下水资源，美国至

37内遭受危害。1970年早期，

·20·

价值工程

问题。个州均出现了不同深度的地面沉降；1995年后，美国50

3地面沉降的成因

地面沉降是指在自然因素或人为因素下发生的速率经数据分析，迄今为止，全世界60多个国家和地区

较大、幅度较大的地表高程垂直下降的现象。地面沉降的地出现了面沉降问题，美国、

不仅与人类活动密切相关，也与地泰国、荷兰、意大利、印度尼西

诱发因素是多方面的，比利时、墨西哥、日本、越南、

质、自然地理条件等因素息息相关。亚、匈牙利、英国、南非等国家，

3.1地面沉降的地质原因

地层结构、

造成地面沉降的地质因素主要包括：构造

土层含水性等。

活动、固结历史、

淤地层结构对地面沉降的影响。一般情况下地层结构

基岩起伏区和平原区。不同类型的地层结

包括两种类型：区域的地面沉降破坏已出现了加剧现象。从1970年起，

[10]

个州出现了沉降现象。

[1]

其中有中国、俄罗斯、新西兰、

德国、委内瑞拉、可见沉降

难度大。

的治理范围广、

1.2国内地面沉降现状

天津市区出现地面沉降现象，

1920年早期，在上海、

到了这两个

1960年，这是中国最早出现沉降灾害的地区，

[11]

长江三角洲主要城市及平原区、华北平原东部地区、天津构会产生不同程度的地面沉降。基岩起伏区的下伏基岩会

市平原区等陆续出现了地面沉降现象；80年代以来，随着导致显著的地面沉降问题，从而引起地表裂缝现象的发

地下水资源的开发和利用，也导致了中小城市和农村地区生。平原区由于下伏基岩的深度较大，因此与基岩起伏区

出现了沉降问题，沉降范围从城市地区逐步向农村发展，存在较大的差异，

城市地区区域化发展。与此同时，由于地面沉降的产生及筑物的影响为较缓慢式的整体均匀沉降。

蔓延，很多地区出现了地面裂缝等现象，加大了地面沉降

灾害治理的难度。地面凹陷而发生沉降，比如：某一地区在相邻或周边地区

[12-14]

据不完全统计，1921年以来，上海市区出现地面沉地面抬升，

从与其形成相对应的地面下沉。

降现象后，到目前中国已有90多个城市和地区出现了不

同层次及深度的地面沉降，2003年以后，沉降的面积为然沉积作用形成的，主要有欠固结、3

93885km

在正常固结和超固结

2[15]

。沉降发生严重的城市有北京、宁种自然固结状态。通常情况下，新近形成的沉积地层，

上海、沧州、其本

波、衡水、阜阳、西安、苏州、唐山、大同、身具有进一步压密缩小的空间，

天津、太原、济宁、因此多为较松散的欠固结

安阳、开封、台北、。在这些区域中，土层。地表半松散地层或松散地层等在重力作用下，

彰化、屏东等城市等在松

[16]

以上海为代表的长江三角洲、以天津为代表的华北是最为散层变成致密、坚硬或半坚硬岩层时，

显著的区域，小，因而发生地面沉降。

以西安为代表的汾渭盆地。

其中，2012年北京市有3000km以上的区域地面沉

2

降量高达10mm，天津市有10000km区域的地面沉降量

2

高达26mm。通过以上数据分析，地面沉降给我国平均每放是导致“欠固结”土层被压缩的主要原因，如果其间夹着

年带来的经济损失超过100亿元，总的损失高达6000的含水层失水、疏干时，作为含水层持水的上下隔水层，将

亿元。导致包含的地下水箱含水层渗透补给，造成静水压力损

[17]

2地面沉降危害性分析

地面沉降一旦发生便难以恢复，其形成过程是不可逆之间的孔隙变小，

的。大量的研究及资料分析表明，我国各地区的经济建设

和生态环境，均受到地面沉降及其造成的灾害的严重影多年以来，由于人类过度开采煤、石油、天然

响。地面沉降将会引起地面开裂、地基下沉、气、固体矿产等地下资源，

下水道排水不造成贮存这些固体、液体和气体

畅、水质恶化、地下井管变形破损、国家测量标志失效、桥的岩层孔隙水压力呈趋势性的降低和有效应力增大，从而

梁净空减少、防洪工程功能降低等。当沿海地区发生地导致地层进一步压密，

[18]

面沉降时，将会进一步丧失地面标高，地面建筑物如房屋、沉降。

道路、铁路、桥梁、

机场等都将受到不同程度的影响；由于

温室效应，沿海地区已出现海平面上升，如果与地面沉降厚的松散层，其颗粒较细，

相叠加，那么海水将淹没沿海大片低地。地面沉降的主要下水，导致孔隙水压力降低和有效应力增大，

危害包括以下几个方面：被压缩，孔隙度减小并释水，从而引起

隐患，给人民生活经济造成巨大损失；含水层中的水压恢复后，颗粒间的骨架则复原，形成暂时

淤对沉降区的生态环境、基础设施等产生严重的安全

斜，甚至引起建筑物的倒塌；结合水，当粘性土层与含水层之间的水头差足以克服水与

于不均匀性容易导致地面建筑物发生开裂、变形、倾

铁等遭受不同程度的破坏，影响城市的正常生活运行；引起孔隙压缩，颗粒间发生相对位移，

盂使路基产生变形下沉、造成城市地下管线、道路、地

堤墙高程，相对抬升海平面，层中水压恢复后，将导致粘性土层被压缩的孔隙中水压升

榆地面标高降低，水准点失效，

造成海水入侵，使沿海城市的

降低沿海城市的防汛

防汛能力大大降低；高，而不能使孔隙度和储容水量恢复到初始状态，形成永

虞导致港口淤积，地基软化等一系列

航运能力降低，

其沉降分布较为均匀，所表现出来对建

于构造活动对地面沉降的影响。

因地质构造作用导致

盂固结历史对地面沉降的影响。

土层的固结是由于自

由于地层厚度的减

同地区土层含水情况得出，弱含水层自身的“孔隙水”被释

榆土层含水性对地面沉降的影响。通过收集和研究不

失，使土层中骨架颗粒原本的应力状态发生改变，使颗粒

导致土体进一步压密。

3.2地面沉降的人为原因

地下水、

直接引起了如今全球范围内的地面

淤超采地下水引起地面沉降。

结构复杂。由于大量开采深层地

沿海地区由于多沉积巨

使得含水层

颗粒接触面积增大，

弹性变形，其沉降量通常相当于粘性土压缩率的15%，当

性的地面沉降。粘性土层由于孔隙微小，孔隙度大，主要含

颗粒之间的结合力时，水便从粘性土层中排出。释水后会

粘土矿物颗粒接触

面积将会增大，孔隙结构被破坏而发生塑性变形。当含水

久性的地面沉降。

.. All Rights Reserved.

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个别沿海地区由于蕴藏有

于开采地热引起地面沉降。

随着地下

地热资源，抽取地下热水则引起地下水位下降，天然气、固体矿产、

地层内孔隙水压力减少而有效应

热水开采量的逐年增加，

力增加，必将导致地层进一步压实而引起地面沉降。

在石油、天然气田区，

盂开采油气资源引起地面沉降。

根据收集的大

地面沉降普遍存在，为保护人民财产及生命安全，应统一

管理石油、地下水等地下资源的开发

利用。

建议统筹

于鉴于地面沉降在城市化进程中不断显露，

为科学制定沉

规划城镇建设，加强地面形态的长期观测，

开采石油和天然气资源也会引起地面沉降。

港油田相关资料可知，欠压密地层普遍出现在2500m以

下，随着油气不断的开发，流体压力将会降低，

固体颗粒有

效应力则会增加，地层将进一步固结压密，

从而引起地面

沉降。因此，开采石油和天然气也是引起油气田区地面沉

降的因素之一。

区矿区均有采空塌陷分布，

榆开采固体矿产引起地面沉降。通常情况下，

在各矿

100年的开采，南斯拉夫吐斯拉城岩盐矿盐水层水压力呈

趋势性降低，地面最大沉降量达到10m；波兰最大铜矿莱

以采煤塌陷最为突出。通过近

格纳卡产生超越开采区的巨大沉降槽，地面最大沉降量达

0.8m；中国在20个省区共发生采空塌陷超过180处，以黑

龙江、山西、安徽、

山东、河南等省最为严重，塌陷总面积大

于1150km。

2

会导致地面沉降，也会加剧地面沉降的产生，已经成为了

虞工程建设引起地面沉降。在城镇建设过程中，不仅

沉降产生的重要因素，城市化加快发展也暴露了沉降问

题，有的区域在城市规模化建设过程中，

也显著出现了地

面沉降效应。

4防治措施

地面沉降常常会导致工程建筑出现不均匀沉降现象，

因沉降区域的地面标高不断下降，引发海水入侵内陆、

积

蓄洪水出现洪涝等次生灾害。因此，为了缓解地面沉降问

题，需采取的灾害预防及治理措施如下：

修或者加高、防洪闸、

淤为解决沉降的次生灾害，通常采用的治理方法为新

加固防洪堤、防潮堤、防潮闸等，也辅

助河道的疏导疏浚等措施，并通过兴建排洪排涝建筑物、

抬高建设区域高度、增加地下管网的强度及刚度等方式来

缓解危害。

水资源的调配，严格把控的自然环境与水环境的适应性和

于在实际城镇建设中从源头防治地面沉降，

统一规划

协同性，避免盲目开采固体矿产、

地下水等地下资源，保证

各区域地质环境及条件的稳定性。

管理机制，避免在城镇建设时出现建成不坏使用后出现破

盂在项目规划期间，统筹规划城镇建设，

定制完善的

坏等现象，或在建设时就发生破坏等不良问题出现。

如果出现对沉降较敏感的区域，

榆严格把关前期城镇建设环节，

建议最好避开地面沉降严

新建或者扩建项目中

重的区域，对可能发生的沉降的隐患区域应予以关注。原

则上，应该将城镇供水区域布置在离工程建设区较远的位

置，考虑布置在地质及水文条件上对建筑物影响较小的区

域，以免造成不必要的损失。

5结语

地面沉降是我国乃至全世界较为严重的灾害之一，

给

人类安全带来了隐患，严重影响社会经济的可持续发展。

本文通过系统全面的论述了地面沉降国内外现状、危害、

成因及防护措施，

淤人类活动与地质、自然地理条件等综合因素导致的

得出以下结论：

降治理措施提供依据。

现状、成因及危害性，针对性地采取有效的灾害预防及治

盂为从源头防治地面沉降，建议深入研究地面沉降的

理措施，促进社会经济可持续发展。

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