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地下水位下降与地基附加应力引起的沉降分析 　　【摘要】：随着现代工业化的发展，人们对地下水的开采量在逐年的增加，因此而引起的整个地下含水层的地下水位显著下降，进而引起地面沉降日趋严重。而随着高层甚至超高层建筑的兴起，由此次引起的地面问题也日趋增多，被称为“地面不能承受之重”。现主要针对这两方面分析其产生的原因及变形机理，针对学术界普遍应用的理论做进一步的阐述。 　　【关键词】：地下水；地基基础；附加应力；地面沉降 　　地面沉降 （ land subsidence）又称为地面下沉或地陷 ，是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象。作为自然灾害，古代很久以前就有记载，但随着人类社会经济的发展、人口的膨胀，由人类活动而造成的沉降问题已远超过了自然灾害。 　　1 地面沉降的成因 　　1.1 自然因素 　　（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。 　　1.2 人为因素 　　近几十年来 ，人类过度开采石油、天然气、固体矿产、地下水、地热等地下资源 ，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。由于城市规模扩大 ，高大建筑物不断增加 ，铁路、桥梁等交通设施及运输荷载的影响 ，地表荷载加重 ，也加速了地面的沉降。 　　现主要针对抽取地下水引起的地下水位下降和地表荷载作用引起的地面沉降分别说明其原因和机理。 　　2 由抽取地下水引起的地面沉降分析 　　根据有效应力原理可知，σ=σ′+u，σ′为土的有效应力；u为孔隙水压力；σ为总应力。假定抽水过程中土层内的总应力不变，那么孔隙水压力的减小必然导致土中有效应力的等量增大，结果就会引起土层成比例的固结。水位下降范围内有效应力增量一般按γwΔH计算，水位下降位置以下为常数即水位处有效应力增加值。对于多个岩土地层沉降计算公式： 　　粘性土及粉土计算公式： S =P0·H·a/（1+e）；砂土计算公式：S =P0·H/Esi。 　　现以某市为例说明地面沉降的计算。 　　某市地下水水位埋深1.5 m，由于开采地下水，水位每年下降0.5 m，20年后地下水位降至11.5 m，城市地层资料如下表所示： 　　序号 　　土名 　　层底深度（m） 　　层厚（m） 　　孔隙比 　　压缩系数 　　/Mpa-1 　　压缩模量 　　/Mpa 　　重度/kN/m3 　　备注 　　① 　　粘土 　　0.0 　　～ 　　2.0 　　2.0 　　0.921 　　0.620 　　3.1 　　18.9 　　② 　　粉土 　　2.0 　　～ 　　5.8 　　3.8 　　0.882 　　0.429 　　4.2 　　18.1 　　③ 　　粉砂 　　5.8 　　～ 　　7.9 　　2.1 　　0.894 　　0.237 　　7.9 　　18.0 　　④ 　　粉质粘土 　　7.9 　　～ 　　18.0 　　10.1 　　0.911 　　0.596 　　3.2 　　18.7 　　⑤ 　　细砂 　　18.0 　　～ 　　42.0 　　24.0 　　0.782 　　0.131 　　13.5 　　18.0 　　⑥ 　　花岗岩 　　42 以下 　　根据沉降计算公式分层计算沉降量，最终沉降量等于各层沉降量总和为507.98 mm。 　　无粘性土的固结过程所用的时间可以忽略。对粘性土有效应力增长与粘性土相应的压密过程之间存在时间滞后。随着时间的推移，标志着固结进程的应力转换线逐渐向最终边界线推进，而往往需要几个月、几年甚至几十年，滞后于该地下水位的下降期，主要取决于土层厚度及透水性。 　　3 由基底附加应力引起的地面沉降分析 　　与地下水位下降相似，引起地面沉降的为地基底面附加应力，但其分布与水位下降不同，从基底下竖向附加应力分布图及《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）最终变形量可按下列公式可知，附加应力在持力层中的分布主要在基础底面一定范围内随深度增加而减小，而超过一定深度，附加应力与土的自重应力相比很小。但对于城市高层及超高层建筑，附加应力的影响及对一定范围内周围建筑影响是不可忽视的，有时甚至是破坏性的。 　　4 地下水下降与基底附加应力引起的地面沉降对比 　　引起地面沉降的原因不同，沉降的程度及影响范围等均有不同，只有明确各种沉降的成因，掌握其发生发展的规律才能有针对性的进行预防和治理。下面针对上述两种因素造成的沉降进行分析。 　　4.1 不同之处 　　因地下水