一、地面沉降的影响因素
(一)自然因素
主要是地壳升降运动、地震、火山活动、冰期冰川增加荷载等。
1.地震
地震时，砂土液化导致地面沉降。如果饱水砂土较细，则整个砂体渗透性不良，瞬时振动变形必然使砂体孔隙水压力上升，致使砂粒间有效正应力随之降低;当孔隙水压上升到使砂粒间有效正应力为零时，砂粒在水中完全处于悬浮状态，砂体丧失了强度和承载力，这就是砂土液化。这种砂水悬浮液在上覆土层作用下可能沿土层薄弱部位喷到地表，产生喷水冒砂现象，从而造成地面不均匀沉降。1964年阿拉斯加地震时，砂土液化和诱发滑坡是使安克雷奇大部分地区遭受毁坏的主要原因。同年，地震引发的砂土液化和不均匀地面沉降使日本新澙的楼房下沉和毁坏。许多建筑物本身并没有发生结构上的破坏，只是向一旁产生倾覆;后来，楼房里的居民还被允许用小推车沿墙上去通过窗户取出他们的财产。
地震破坏地下洞室的应力平衡，引发地下洞室上方地面产生沉降。地下洞室包括人类采矿形成的地下洞穴和开挖隧道、窑洞以及天然洞穴(岩溶洞穴、熔岩洞穴、假喀斯特洞穴等)。
2.新构造运动
新构造运动引发的地面沉降范围广、面积大，属于区域性沉降，表现在大陆裂谷区(宽通常30～75km，个别达数百千米;长数十至数千千米)、下降平原、盆地等区域。如东非裂谷(东支长5800km，西支长约1700km)、贝加尔裂谷等，下降速度快，约旦河的加利利地区沉降速度为60～100mm/a;沉降幅度也很大，南贝加尔盆地沉降幅度达7000～10000m。
西安地面沉降区位于西安断陷区的东缘，由于长期下沉，新生界累计厚度已经超过3000m。1970～1987年，渭河盆地大地水准测量表明，西安的断陷活动仍在继续，在北部边界渭河断裂及东南部边界临潼-长安断裂测得的平均活动速率分别为3.37mm/a和3.98mm/a，构造下沉约占同期各沉降中心部位沉降速率的3.1%～7%。
3.火山活动
火山喷发后，岩浆房内产生负压，多数情况下会引起地面沉降(若岩浆补给极为迅速，地壳有时反而会升高)，最大幅度可达100m。
历史上最大的火山爆发当数1815年4月5日印度尼西亚的坦博拉火山的突然爆发，千里之外的人们都能听到惊天动地的巨响，火山上部失去了30km3(＞200×108t)的山体，形成一个直径6000多米、深700m的巨大火山口，陆地大面积沉陷，坦博拉镇沉到了6m深的海底，造成近10万人丧生，财产损失无法计算。由于一场大的火山爆发造成的毁灭性灾难，古姆大陆连同其上的人民一起沉入海底，只留下了复活节岛和它的文明。由此可见，火山活动引起的地面沉降速度、幅度、规模都是十分惊人的。
此外，冰期时由于大陆冰盖的荷载会使地面产生沉降，北美哈得逊湾就是第四纪冰期时由于冰川载荷形成的。
(二)人为因素
人为因素主要是开采地下水和油气资源、地下采矿掏空、修隧道、挖窑洞以及局部性增加荷载等。人为因素引起的地面沉降范围较小，但速率和幅度比较大，故将之归属于地质灾害现象进行研究和防治。
1.过量开采地下水和油气资源
过量开采地下水、石油和天然气、卤水只是地面沉降的外部原因，中等、高压缩性粘土层和承压含水层的存在才是地面沉降的内因。
地面沉降与地下水开采量及其动态变化有着密切联系:
1)地面沉降中心与地下水开采漏斗中心区呈明显一致性。
2)地面沉降区与地下水集中开采区域大体相吻合。
3)地面沉降量等值线展布方向与地下水开采漏斗等值线展布方向基本一致，地面沉降的速率与地下液体的开采量和开采速率有良好的对应关系。
4)地面沉降量及各单层的压密量与承压水位的变化密切相关。
5)许多地区已经通过人工回灌或限制地下水的开采来恢复和抬高地下水位的办法，控制了地面沉降的发展，有些地区还使地面有所回升。这就更进一步证实了地面沉降与开采地下液体引起水位或液压下降之间的成因联系。
2.城市建设对地面沉降的影响
相对于抽采地下流体和构造运动引起的地面下沉，城市建设造成的地面沉降是局部的，有时也是不可逆转的。城市建设造成的地面沉降分两个方面，一是城市建设施工引起的地面沉降，二是建筑物增加荷载造成的地面沉降。
(1)城市建设施工引起的地面沉降
城市建设按施工对地基的影响方式分为两种:①以水平方向为主的影响方式，以重大市政工程为代表，如地铁、隧道、给排水工程、道路改扩建等，利用开挖或盾构掘进，并铺设各种市政管线，如2003年7月上海地铁施工造成了严重的地面沉降(图62)，复旦大学学生中心大楼倾斜，在南北楼之间的连接天桥上出现了3个指头宽的裂缝(图63);②以垂直方向为主的影响方式，以高层建筑基础工程为代表，沉降效应较为明显的工程措施有开挖、降排水、盾构掘进、沉桩等，如长宁馥邦12楼因挖掘地下车库导致地面沉降10cm，造成楼体和地表开裂(图64)。
图6-2 上海地铁工地地面沉降
图6-3 道路施工致复旦大学学生中心大楼倾斜
图6-4 长宁馥邦12楼因挖掘地下车库导致地面沉降与地表开裂
施工若揭露有流砂性质的饱水砂层或具流变特性的饱和淤泥质软土，在开挖深度和面积较大的基坑时，则有可能造成支护结构失稳，从而导致基坑周边地区地面沉降。规模较大的隧道、涵洞的开挖有时具有更显著的沉降效应。降排水常作为基坑等开挖工程的配套工程措施，旨在预先疏干作业面渗水，其机理与抽取地下水引发的地面沉降一致。
城建施工造成的沉降与工程施工进度密切相关，沉降主要集中于浅部工程活动相对频繁和集中的地层中，与开采地下水引起的沉降主要发生在深部含水砂层有根本区别。
(2)建筑物增加荷载引起地面沉降
最为突出的是上海。上海有3000多幢18层以上的高楼，另有3000幢正在兴建或计划中。地表不堪负荷，地面沉降现象日益严重，平均每年下沉1.5cm，最严重的是浦东区某年平均下沉3cm，已经影响到地铁和高层建筑结构的稳定。
地壳升降活动、松散沉积物的自然固结、人类开采地下水或油气资源，都会引起地面沉降。从灾害研究角度而言，地面沉降主要是指人类活动引起的或者是以人类活动为主、自然动力为辅而引起的。地面沉降的形成条件，一是地质条件(具有较高压缩性的厚层松散沉积物);二是动力条件(如长期过量开采地下水和地下油气资源等)。
经过多年的研究，影响上海地面沉降的因素归纳为:海平面上升、新构造运动、静荷载、动荷载、开采天然气、开采地下水、地下取土、深井出砂、人工填土和黄浦江疏浚等十大因素。过量开采地下水是引起地面沉降的主要外在因素，可压缩饱和粘性土层的存在是引起地面沉降的内在因素(周益群等，2007)。
二、地面沉降的原因有哪些？
分享到更多地面沉降的原因有两种，一种是地质原因，另一种是人为原因造成的。一、地面沉降的地质原因 从地质因素看,自然界发生的地面沉降大致有下列三种原因: (1)地表松散地层或半松散地层等在重力作用下,在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时,地面会因地层厚度的变小而发生沉降。 (2)因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。 (3)地震导致地面沉降。二、地面沉降的人为原因 地面沉降现象与人类活动密切相关。现在我们研究地面沉降的原因时,不难发现,人为因素已大大超过了自然因素。尤其是近几十年来,人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等地下资源,使贮存这些固体、液体和气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低,有效应力增大,从而导致地层的压密。直接导致了今天全球范围内的地面沉降。人为的地面沉降广泛见于一些大量开采地下水的大城市和石油或天然气开采区。地面沉降主要由抽水作用形成,但又与软土层的厚度、地壳下沉,以及高层建筑等因素密切相关。 薛禹群认为,造成我国地面沉降的成因,主要是地下水的长期超量开采,同时,第四纪以来的的活动断裂和构造沉降,加剧了这一灾害的发生和危害。
三、地面沉降的原因有哪些
一、什么是地面沉降
地面沉降又称为地面下沉或地陷,它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。
二、地面沉降能造成哪些危害
地面沉降会对地表或地下构筑物造成危害,在沿海地区还能引起海水入侵、港湾设施失效等不良后果,其危害主要有:①毁坏建筑物和生产设施,不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地区属于地层不稳定的地带,在进行城市建设和资源开发时,需要更多的建设投资,而且生产能力也受到限制。②造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带,地面沉降到接近海面时,会发生海水倒灌,使土壤和地下水盐碱化。
三、地面沉降有哪些类型
地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降:一种是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下,由松散到细密的成岩过程;另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。人为的地面沉降主要是过量开采地下液体或气体,致使贮存这些液体、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低,有效应力相应增大,从而导致地层的压密。
我国出现地面沉降的城市较多。按发生地面沉降的地质环境可分为3种模式:①现代冲积平原模式,例如,我国的几大平原。②三角洲平原模式,尤其是在现代冲积三角洲平原地区,例如,长江三角洲就属于这种类型。常州、无锡、苏州、嘉兴、萧山的地面沉降均发生在这种地质环境中。③断陷盆地模式,它又可分为近海式和内陆式两类。近海式指滨海平原,如宁波;内陆式为湖冲积平原,如西安市、大同市。
不同地质环境模式的地面沉降具有不同的规律和特点,在研究方法和预测模型方面也应有所不同。
另外,根据地面沉降发生的原因还可分为①构造沉降:由地壳沉降运动引起的地面下沉现象。②抽汲地下水引起的地面沉降:由于过量抽汲地下水(或油、气)引起水位(或油、气压)下降,在欠固结或半固结土层分布区,土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。③采空沉降:因地下大面积开采石油、天然气,采空引起顶板岩(土)体下沉而造成的地面碟状洼地现象。④抽汲卤水引起的地面沉降。
中国出现地面沉降的城市较多。我国已经陆续发现具有不同程度的区域性地面沉降的城市有30多座。可能还有一些城市虽已发生沉降,但因没有进行全国性全面的城市精密测量,所以不能给出沉降城市的准确数字。以下简要介绍几座地面沉降较严重的城市。
1)上海市。从1921年发现地面下沉开始,到1965年止,最大的累计沉降量已达2.63米,影响范围达400平方千米。有关部门采取了综合治理措施,采用人工回灌方法,使地下水位回升,地面部分回弹,市区地面沉降已基本上得到控制。从1966~1987年22年间,累计沉降量36.7毫米,年平均沉降量为1.7毫米。
2)天津市。从1959~1982年间最大累计沉降量为2.15米。1982年测得市区的平均沉降速率为94毫米。目前,最大累计沉降量已达2.5米,沉降量100毫米以上的范围已达900平方千米。
3)北京市。自20世纪70年代以来,北京的地下水位平均每年下降1~2米,最严重的地区水位下降可达3~5米。地下水位的持续下降导致了地面沉降。有的地区(如东北部)沉降量590毫米。沉降总面积超过600平方千米。而北京城区面积仅440平方千米,所以,沉降范围已波及郊区。
4)西安市。地面沉降发现于1959年,1971年后随着过量开采地下水而逐渐加剧。1972~1983年,最大累计沉降量777毫米,年平均沉降量30~70毫米的沉降中心有5处。1983年后,西安市地面沉降趋于稳定发展,部分地区还有减缓的趋势。到1988年最大累计沉降量已达1.34米,沉降量100毫米的范围达200平方千米。
5)太原市。经1979年、1980年、1982年3次在市区600平方千米范围的测量,发现沉降量大于200毫米的面积有254平方千米,大于1000毫米的沉降区面积达7.1平方千米。最严重的是吴家堡,其次是小店。吴家堡水准点的累计沉降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累计沉降量达1380毫米。
此外,还有宁波市,常州市,苏州市,无锡市,嘉兴市,杭州市,台湾省的屏东、彰化、云林、嘉义、台中和台北等6个县(市),均发生了不同程度的地面沉降。
四、地面沉降发生的原因
产生地面沉降虽然与许多因素有关,但导致地面沉降灾害的主要原因是人类工程经济活动。人类工程经济活动的作用有两个方面:一是有可能加剧地面沉降;二是也能减缓地面沉降的速率与强度。人类活动加剧地面沉降,主要表现在以下几个方面:①大量开采地下水、地下水溶性气体或石油等活动,已被公认为人类活动中造成大幅度、急剧地面沉降的最主要原因;②开采地下固体矿藏特别是沉积矿床,例如,煤矿、铁矿,将形成大面积的地下采空区,导致地面变形(下沉);③重大的工程建筑物对地基施加的静荷载,使地基土体发生变形;④即使是在低荷载的持续作用下,土体的蠕变也可引起地基土的缓慢变形。地面上的动荷载(振动作用)在一定条件下也将引起土体的压密变形。
五、地面沉降的观测和普查
地面沉降的观测主要是:①对研究区的水准测量点定期进行测量;②对含水层地下水开采量(含回灌量)及地下水位进行长期观测;③室内试验和野外试验,包括常规试验、微观结构研究、高压固结、三轴剪切、长期流变、孔隙水压力消散、室内模型试验等,野外试验主要有抽水试验、口灌试验、静力触探等;④设立沉降标、孔隙水压力标和基岩标用以深入了解各上层和含水层的变形规律及地下水位动态变化规律。
四、地面沉降原因 地面下沉的原因是什么
1、原因有两种，一种是地质原因，另一种是人为原因造成的。
2、地面沉降的地质原因。从地质因素看，自然界发生的地面沉降大致有下列三种原因：地表松散地层或半松散地层等在重力作用下，在松散层变成致密的、坚硬或半坚硬岩层时，地面会因地层厚度的变小而发生度沉降。因地质构造作用导致地面凹陷而发生沉降。地震导致地面沉降。
3、地面沉降的知人为原因：地面沉降现象与人类活动密切相关。现在们研究地面沉降的原因时，不难发现，人为因素已大大超过了自然因素。尤其道是近几十年来，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水等地下资源，使贮存这些固体、液体和气体的沉积层的孔隙压力发生趋内势性的降低，有效应力增大，从而导致地层的压密。直接导致了今天全球范围内的地面沉降。
4、人为的地面沉降广泛见于一些大量开采地下水的大城市和石油或天然气开采区。地面沉降主要由抽水作用形成，但又与软土层的厚度、容地壳下沉，以及高层建筑等因素密切相关。
