地面沉降,作为一种缓发性的地质灾害,正悄然影响着众多城市和地区,它不仅会对建筑物、地下设施等造成严重破坏,威胁到人们的生命财产安全,还可能改变区域的水文地质条件,影响生态平衡,深入探究地面沉降的原因,对于有效防治这一灾害具有至关重要的意义。
过度抽取地下水
在诸多导致地面沉降的因素中,过度抽取地下水占据着主导地位,随着经济的发展和人口的增长,对水资源的需求急剧增加,许多地区,尤其是水资源相对匮乏的城市,将地下水作为主要的供水水源,长期大规模地抽取地下水,使得地下水位大幅下降。
以华北平原为例,由于多年来持续超采地下水,形成了世界上最大的地下水降落漏斗区,在这种情况下,含水层中的孔隙水压力降低,颗粒间的有效应力增加,导致土层被压缩,就如同一个充满水的海绵,当水分被大量挤出后,海绵就会逐渐干瘪,黏性土和粉土等压缩性较强的土层在地下水压力变化的作用下,发生压缩变形,进而引起地面沉降,这种因地下水超采引发的地面沉降往往具有区域性和持续性的特点,一旦形成,治理难度极大。
大规模开采地下矿产资源
地下矿产资源的开采,也是导致地面沉降的重要原因之一,无论是煤炭、金属矿等固体矿产,还是石油、天然气等流体矿产的开采,都会对地下岩土体的结构造成破坏。
在煤矿开采过程中,通常采用地下开采的方式,采空区上方的岩层在失去支撑后,会发生弯曲、变形,进而断裂、垮落,随着采空区范围的不断扩大,这种变形会逐渐向上传递至地表,引起地表的下沉和塌陷,在我国的一些煤炭资源型城市,如大同、淮南等,由于长期大规模的煤炭开采,地面沉降现象十分严重,部分地区甚至形成了大面积的塌陷区,房屋开裂、道路变形,给当地居民的生活和生产带来了极大的困扰。
石油和天然气的开采同样会引发地面沉降,在开采过程中,随着地下油气的抽出,地层孔隙压力降低,导致地层压实,尤其是在一些海上油气田开采区域,由于海底地层相对较为松软,地面沉降的问题更为突出,开采过程中可能还会伴随着注水等增产措施,若注水方式不合理,也可能对地层结构产生不良影响,进一步加剧地面沉降。
工程建设活动的影响
现代社会大规模的工程建设活动,也在一定程度上对地面沉降起到了推动作用,高层建筑和大型基础设施的建设会对地基施加巨大的压力,当在软土地基上建造高层建筑物时,建筑物的重量会使地基土产生压缩变形,为了满足建筑物的稳定性要求,往往需要进行大规模的地基处理和基础施工,这一过程可能会扰动周边的岩土体,改变其应力状态,从而引发地面沉降。
海为例,随着城市的快速发展,大量高层建筑拔地而起,为了保证建筑物的稳定,在基础施工时需要进行深层地基处理,如打桩等,这些工程活动在一定程度上改变了上海软土地层的应力分布,使得地面沉降问题日益凸显。
地下工程的建设,如地铁、地下隧道等,也会引发地面沉降,在地下工程施工过程中,通常需要进行挖掘作业,这会导致周围岩土体的应力释放和变形,施工过程中的降水、盾构推进等操作,也可能对周边地层造成扰动,引起地面的沉降,特别是在一些富水地层中进行地下工程施工时,如果防水、排水措施不当,很容易造成地下水的流失,进一步加剧地面沉降。
自然因素的作用
除了人为因素外,一些自然因素也会导致地面沉降,新构造运动是地球内部动力作用的表现,它会使地壳发生升降运动,在一些区域,由于处于新构造运动的下降区,地面会自然缓慢下沉,这种自然沉降的速率相对较慢,但在长时间的积累下,也会对地面高程产生明显的影响。
地震也是引发地面沉降的自然因素之一,强烈的地震会使地层发生震动和变形,破坏岩土体的结构,降低其承载能力,在地震活动频繁的地区,地震过后往往会出现局部的地面沉降现象,尤其是在一些软土地基区域,地震引起的地面沉降可能更为严重,会对建筑物和基础设施造成更大的破坏。
地面沉降是多种因素共同作用的结果,过度抽取地下水、大规模开采地下矿产资源、工程建设活动以及自然因素等,都在不同程度上影响着地面的稳定性,为了有效应对地面沉降问题,我们需要全面认识这些成因,采取针对性的措施,包括合理开发利用水资源、科学规划矿产资源开采、规范工程建设活动以及加强对自然因素的监测等,以保护我们的生存环境,确保城市和地区的可持续发展。