地面沉降成因主要包括新構(gòu)造運動、開發(fā)利用地下流體資源、開采地下固體礦產(chǎn)、巖溶塌陷、凍土融化和工程建設(shè)等因素。其成因機制和形成條件如下：

（1）地面沉降的成因機制

由于地面沉降的影響巨大，因此早就引起了各國政府和研究人員的密切注意。早期研究者曾提出一些不同的觀點，如新構(gòu)造運動說、地層收縮說和自然壓縮說、地面動靜荷載說、區(qū)域性海平面上升說等。大量的研究證明，過量開采地下水是地面沉降的外部原因，中等、高壓縮性黏土層和承壓含水層的存在則是地面沉降的內(nèi)因。因而多數(shù)人認為沉降是由于過量開采地下水、石油和天然氣、鹵水以及高大建筑物的超量荷載等引起的。

在孔隙水承壓含水層中，抽取地下水所引起的承壓水位的降低，必然要使含水層本身及其上、下相對隔水層中的孔隙水壓力隨之而減小。根據(jù)有效應力原理可知，土中由覆蓋層荷載引起的總應力是由孔隙中的水和土顆粒骨架共同承擔的。由水承擔的部分稱為孔隙水壓力（pw），它不能引起土層的壓密，故又稱為中性壓力；而由土顆粒骨架承擔的部分能夠直接造成上層的壓密，故稱為有效應力（ps）；二者之和等于總應力。假定抽水過程中土層內(nèi)部應力不變，那么孔隙水壓力的減小必然導致十中有效應力等量增大，結(jié)果就會引起孔隙體積減小，從而使土層壓縮。

由于透水性能的顯著差異，上述孔隙水壓力減小、有效應力增大的過程，在砂層和粘土層中是截然不同的。在砂層中，隨著承壓水頭降低和多余水分的排出，有效應力迅速增至與承壓水位降低后相平衡的程度，所以砂法壓密是“瞬時”完成的。在黏性土層中，壓密過程進行得十分緩慢，往往需要幾個月、幾年甚至幾十年的時間；因而直到應力轉(zhuǎn)變過程最終完成之前，黏土層中始終存在有超孔隙水壓力（或稱剩余孔隙水壓力）。它是衡量該土層在現(xiàn)存應力條件下最終固結(jié)壓密程度的重要指標。

相對而言，在較低應力下砂層的壓縮性小且主要是彈性、可逆的，而黏土層的壓縮性則大得多且主要是非彈性的永久變形。因此，在較低的有效應力增長條件下，黏性土層的壓密在地面沉降中起主要作用，而在水位回升過程中，砂層的膨脹回彈則具有決定意義。

此外，土層的壓縮量還與土層的預固結(jié)應力（即先期固結(jié)應力）、土層的應力—應變性狀有關(guān)。由于抽取地下水量不等而表現(xiàn)出來的地下水位變化類型和特點也對土層壓縮產(chǎn)生一定的影響。設(shè)計學徒自學網(wǎng)www.sx1c.com

（2）地面沉降的產(chǎn)生條件

從地質(zhì)條件，尤其是水文地質(zhì)條件來看，疏松的多層含水層體系、水量豐富的承壓含水層、開采層影響范圍內(nèi)正常固結(jié)或欠固結(jié)的可壓縮厚層黏土層等的存在，都有助于地面沉降的形成。從土層內(nèi)的應力轉(zhuǎn)變條件來看，承壓水位大幅度波動式的持續(xù)降低是造成范圍不斷擴大累進性應力轉(zhuǎn)變的必要前提。具體體觀在以下五個方面：

① 厚層松散細粒土層的存在

地面沉降主要是抽采地下流體引起土層壓縮而引起的，厚層松散細粒土層的存在則構(gòu)成了地面沉降的物質(zhì)基礎(chǔ)。在廣大的平原、山前傾斜平原、山間河谷盆地、濱海地區(qū)及河口三角洲等地區(qū)分布有很厚的第四系和新近系松散或未固結(jié)的沉積物，因此，地面沉降多發(fā)生于這些地區(qū)。如在濱海三角洲平原，第四紀地層中含有比較厚的淤泥質(zhì)黏土，呈軟塑狀態(tài)或流動狀態(tài)。這些淤泥質(zhì)黏性土的含水量可高達60%以上，孔隙比大、強度低、壓縮性強，易于發(fā)生塑性流變。當大量抽取地下水時，含水層中地下水壓力降低，淤泥質(zhì)黏土隔水層孔隙中的弱結(jié)合水壓力差加大，使孔隙水流入含水層有效壓力加大，結(jié)果發(fā)生黏性十層的壓縮變形。CAD軟件素材教程下載www.9npx.com

易于發(fā)生地面沉降的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂層、粘土層互層的松散土層結(jié)構(gòu)。隨著抽取地下水，承壓水位降低，含水層本身及其上、下相對隔水層中孔隙水壓力減小，地層壓縮導致池面發(fā)生沉降。

② 長期過量開采地下流體

未抽取地下水時，黏性土隔水層或弱隔水層中的水壓力與含水層中的水壓力處干平衡狀態(tài)。抽水過程中，由于含水層的水頭降低，上、下隔水層中的孔隙水壓力較高，因而向含水層排出部分孔隙水結(jié)果使上、下隔水層的水壓力降低。在上覆土體壓力不變的情況下，黏土層的有效應力加大，地層受到壓縮，孔隙體積減小。這就是黏土層的壓縮過程。

由于抽取地下水，在井孔周圍形成水位下降漏斗，承壓含水層的水壓力下降，即支撐上覆巖層的孔隙水壓力減小，這部分壓力轉(zhuǎn)移到含水層的顆粒上。因此，含水層因有效應力加大而受壓縮，孔隙體積減小，排出部分孔隙水。這就是含水層壓縮的機理。

地面沉降與地下水開采量和動態(tài)變化有著密切聯(lián)系：地面沉降中心與地下水開采漏斗中心區(qū)呈明顯一致性；地面沉降區(qū)與地下水集中開采區(qū)域大體相吻合；地面沉降量等值線展布方向與地下水開采漏斗等值線展布方向基本一致，地面沉降的速率與地下液體的開采量和開采速率有良好的對應關(guān)系；地面沉降量及各單層的壓密量與承壓水位的變化密切相關(guān)；許多地區(qū)已經(jīng)通過人工回灌或限制地下水的開采來恢復和抬高地下水位的辦法，控制了地面沉降的發(fā)展，有些地區(qū)還使地面有所回升。這就更進一步證實了地面沉降與開采地下液體引起水位或液體沉降之間的成因聯(lián)系。

③ 新構(gòu)造運動的影響

平原、河谷盆地等低洼地貌單元多是新構(gòu)造運動的下降區(qū)，因此，由新構(gòu)造運動引起的區(qū)域性下沉對地面沉降的持續(xù)發(fā)展也具有一定的影響。

西安地面沉降區(qū)位于西安斷陷區(qū)的東緣，由于長期下沉，新生界累計厚度已經(jīng)超過3000m。1970～1987年，渭河盆地大地水準測量表明，西安的斷陷活動仍在繼續(xù)，在北部邊界渭河斷裂及東有部邊界臨渝-長安斷裂測得的平均活動速率分別為3.37mm/a和3.98mm/a，構(gòu)造下沉約占同期沉降速率的3.1%～7%。

④ 城市建設(shè)對地面沉降的影響

相對于抽采地下流體和構(gòu)造運動引起的地面下沉，城市建設(shè)造成的地面沉降是局部的，有時也是不可逆轉(zhuǎn)的。咩票優(yōu)惠電影票www.miepiao.com

城市建設(shè)按施工對地基的影響方式可分為以水平方向為主和以垂直方向為主的兩種類型。前者以重大市政工程為代表，如地鐵、隧道、給排水工程、道路改擴建等，利用開挖或盾構(gòu)掘進，并鋪設(shè)各種市政管線。后者以高層建筑基礎(chǔ)工程為代表，如基坑開挖、降排水、沉樁等。沉降效應較為明顯的工程措施有開挖、降排水、盾構(gòu)掘進、沉樁等。

若揭露有流砂性質(zhì)的飽水砂層或具流變特性的飽和淤泥質(zhì)軟土，在開挖深度和面積較大的基坑時則有可能造成支護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，從而導致基坑周邊地區(qū)地面沉降。而規(guī)模較大的隧道、涵洞的開挖有時具有更顯著的沉降效應。降排水常作為基坑等開挖工程的配套工程措施，旨在預先疏干作業(yè)面滲水，其機理與抽取地下水引發(fā)地面沉降一致。共丟廢品回收網(wǎng)www.gongdiu.com

城建施工造成的沉降與工程施工進度密切相關(guān)，沉降主要集中于淺部工程活動相對頻繁和集中的地層中，與開采地下水引起的沉降主要發(fā)生在深部含水砂層有根本區(qū)別。

總言之，地殼沉降活動、松散沉積物的自然固結(jié)、人類開采地下水或油氣資源引起的土層壓縮等因素都會引起地面沉降，但從災害研究角度而言的地面沉降是指人類活動引起的地面沉降，或者是以人類活動為主、自然動力為輔而引起的地面沉降。地面沉降的形成條件主要包括兩個方面：一是具有地面沉降的地質(zhì)條件，即具有較高壓縮性的厚層松散沉積物；二是具備地面沉降的動力條件，如人類長期過量開采地下水和地下沼氣資源等。