地面沉降特征分析及影响因素研究

（1）地下水禁采前后地面沉降特征分析

依据相关资料统计分析，地下水禁限采期间开采量，地面沉降监测中心年沉降速率与年份关系见图7-21、7-22。

图7-21　禁采前地下水开采量-年份关系曲线

图7-22　禁采前地面沉降速率-年份关系曲线

图7-21、7-22地面沉降监测中心累计沉降量与地下水累计开采量关系曲线表明，二者具有较好的线性关系。1986—2008年宁波市地下水限采期间，年地面沉降速率整体上随着地下水开采量的减小而逐年降低。

2008年后，宁波市区实施对地下水全面禁采的措施，基本实现了地下水的零开采。禁采后相关关系曲线见图7-23。

图7-23　禁采后地面年沉降速率变化

自2008年对市区地下水全面禁采后，除2012—2013年有一定幅度波动外（期间周边基坑开挖及工程建设的影响），其余年份年沉降速率整体上较稳定，速率相对较小，保持在10 mm/a以下。2008—2017年年均沉降速率为9.3 mm/a，虽沉降速率较稳定，但监测数据表明宁波市地面沉降现象并未停止。

综合分析表明：在宁波市区地下水开采期间，地面沉降特征与地下水的开采量的关系密不可分，在相当一段时期地下水开采量是导致宁波发生地面沉降的主要因素，但随着1986年宁波市政府对市区地下水的限采，宁波市地面沉降速率逐渐得到控制，呈现出稳定的发展态势，到2008年宁波市地面沉降基本稳定。但自2008年后，在市区地下水零开采的情况下，宁波市地面沉降仍呈现一定的速率，表明地下水已不再是引发当前宁波地面沉降的主导因素。

（2）人类城市活动荷载作用下地面沉降特征分析

人类城市活动荷载作用主要包括地面堆载、交通动荷载、大型建（构）筑物荷载等。

①地面堆载

地面堆载主要是在宁波新城区新近建（构）筑物、道路、绿化等建设过程中为获得较高的地面高程或对原存在的河沟进行填埋，从而在原地表处回填一层由碎石、砾石、黏性土等土质组成的填土层，厚度最大5 m左右，其密实度较差，在上部荷载及自身重力作用下易产生压密沉降变形。沉降监测区地面堆载厚度空间分布见图7-24、7-25。依据沉降监测点监测数据，不同填土厚度下部分监测点历年沉降变形见图7-26。监测点沉降速率随时间变化曲线表明，填土厚度越大，监测点沉降速率越大。对于监测点IJC117、JC207，监测期间，随着时间的推移，前期沉降速率呈现出递减的变化趋势，后期沉降基本稳定，但仍以10 mm/a左右的沉降速率发展。监测点IJC045地面填土厚度为零，下部土体由于不受外部附加荷载的作用，其应力状态基本维持不变，从而不会产生沉降变形，监测年沉降速率在0 mm/a上下波动，稳定在测量误差范围内。填土荷载作用下，由于填土自身在自重作用下的挤密、压缩和下部软土层的压缩固结变形，从而导致前期沉降变形速率较大，后期由于填土自身压密变形停止，主要由下部软土层的压缩固结沉降引起的地面沉降变形，但由于填土附加荷载的长期存在和软土的低渗透性导致其压缩固结变形是一个长期排水固结过程，由此后期沉降变形将持续存在。综合分析表明：填土荷载作用下的宁波地面沉降变化特征是由填土自身和下部软土的物理力学特性共同作用叠加的结果，其沉降变形将持续较长一段时间。

图7-24　填土厚度分布等值线图

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图7-25　填土厚度分布表面图

图7-26　不同填土厚度下监测点沉降速率随时间变化曲线

②交通动荷载

填土厚度H=0时，地面动荷载（车辆振动荷载）作用下监测点沉降变形曲线见图7-27。

图7-27　地面动荷载作用下各监测点年沉降变形量随时间变化曲线

监测数据显示：各监测点由于紧靠市政道路，在地面交通荷载速度效应和循环效应作用下，使得下部具有震陷特性的软土产生固结变形，以较大的年沉降速率（＞10 mm/a）发展。结合监测数据、交通荷载特性及软土的工程特性，在其作用下地面沉降速率在短期内无减小的发展趋势。

③大型建（构）筑物荷载

地表各类建（构）筑物的荷载全部是由相应地下土体承担，从而对地质环境造成显著的影响，对地面沉降的影响也很明显。宁波市地面沉降监测区部分建筑物附近沉降监测点历年沉降监测数据见图7-28。

图7-28　建筑物荷载作用下监测点年沉降变形量随时间变化曲线

结合沉降监测点现场状况及沉降监测点历年沉降监测数据综合分析：在建筑物荷载作用下，其周围地面沉降监测点的地面沉降速率与监测点和建筑物的位置密切相关，即沉降监测点距离建筑物越近，沉降变形速率越大，距离越远，沉降速率越小；在建筑物荷载作用下，其周围监测点整体上呈现前期沉降速率稍大，后期趋于稳定的沉降变形特征，且沉降速率不大，维持在较低的水平。监测数据分析表明，建筑物荷载引起的地面沉降仅限于建筑物自身及其周围，当以建筑群的形式出现时，由于沉降的叠加作用，地面将以区域性的沉降漏斗的形式出现。

综上分析，可以得到以下结论：

①在宁波市区地下水开采期间，地面沉降与地下水的开采量的关系密不可分，在相当一段时期地下水开采量是导致宁波发生地面沉降的主要因素。

②填土荷载作用下，地面沉降变形量由其自身与下部土体共同组成，呈现出前期沉降速率大，后期以稍大的速率持续发展的特征；由交通动荷载引发的地面沉降将长期保持较大速率，且随着交通量的增大其沉降速率有进一步增大的趋势；建（构）筑物引发的地面沉降与距自身的距离有关。

③填土引发的地面沉降区域主要由填土的范围、厚度及地下浅部软土层厚度决定；而交通动荷载引发的地面沉降具有沿线路带状分布的特征；建（构）筑物群易引发区域性沉降漏斗。

④人类活动引发的城市地面沉降现象是一种缓慢发展的城市地质灾害现象，也是现代城市快速发展中常见的地质现象，将伴随着城市的发展持续存在。

⑤交通荷载（线路工程地面沉降）、地面填土堆载是现阶段诱发宁波市地面沉降的主导因素。