地面沉降是地面由于地下物质运移而发生的渐进下陷或急剧下沉
这是一个全球性问题,仅在美国,已经有遍及 45 个洲超过 44030km2的土地受到了地面沉降的影响,相当于新汉布什尔州与佛蒙特州的总和
由此引发的经济损失更是惊人:仅在圣克拉拉山谷,沉降所造成的直接经济损失,在 1979 年大约为1
31 亿美元,而到了 1998 年则高达 3 亿美元
造成这一灾害的原因主要有含水层的压实、有机质土的疏干排水、地下采矿、自然压实、溶坑以及永冻土的解冻等
一、地面沉降类型根据土质条件,美国的地面沉降主要可以分为三大类:第一类,含水层压实引发的地面沉降；第二类,有机土的疏干引发地面沉降；第三类,洞穴塌陷引发的地面沉降
(一) 水层压实引发的地面沉降抽汲地下水(或石油与天然气)时,伴随着地下水从沉积含水层组中,尤其在那些厚层的半固结淤泥、粘土层(弱含水层)组中排出,含水层的孔隙体积和总体蓄水能力大幅度减少,并且不能完全恢复,最终表现为地面沉降
这类沉降的成因有二种机理:一个是有效应力原理,另一个是水动力固结理论
这两个原理将含水层的压实分为两个过程,前者解释了含水层在抽水过程中的压实引发的地面沉降,后者解释了抽水以后的残余压实引发的地面沉降
根据有效压应力理论,抽水以前,上覆土层和水的重力由孔隙水压力和粒间有效压力共同平衡；抽水后总压力不变,孔隙水压力降低,有效压力增加;这样,颗粒骨架所受压力增加,土层被压缩,微观上表现为颗粒之间的孔隙度降低,宏观上表现为含水层变薄,其过程见图 1
抽水结束后,地面沉降并未停止,这可以用水动力固结理论来解释,在抽水过程中透水层的放水速度比弱透水层快,因而水位下降也快,停止抽水后,由于两类含水层之间水位高度不同,存在水位差,而表现为弱透水层向透水层渗水,弱透水层因而继续有压实作用,仍有沉降发生
(二)有机质土的疏干引发的地面沉降在自然条件下,有机质土含水量
