地面沉降，又稱為地面下沉，是一種在人類工程經(jīng)濟(jì)活動影響下，由于地下松散地層固結(jié)壓縮，導(dǎo)致地殼表面標(biāo)高降低的局部下降運(yùn)動。它不僅對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用、城市建設(shè)造成嚴(yán)重影響，還直接威脅到人民的生命安全。為了有效監(jiān)測和控制地面沉降，現(xiàn)代科技，特別是傳感器技術(shù)，發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

　　一、地面沉降的主要原因

　　自然因素

　　地質(zhì)構(gòu)造：地表松散地層或半松散地層在重力作用下，隨著地層厚度的變化而發(fā)生沉降。

　　地震活動：地震可能導(dǎo)致地面沉降，尤其是當(dāng)?shù)卣鹨鸬貙訑嗔鸦蝈e位時。

　　地質(zhì)作用：如巖溶塌陷等自然現(xiàn)象，也會導(dǎo)致局部地面沉降。

　　人為因素

　　地下水開采：過度抽取地下水會導(dǎo)致含水層孔隙壓力降低，使土體被壓密，進(jìn)而引發(fā)地面沉降。

　　礦產(chǎn)資源開采：開采石油、天然氣和固體礦產(chǎn)(如煤炭)會導(dǎo)致地層空洞，進(jìn)而引發(fā)地面塌陷。

　　工程降水：深基坑和地下構(gòu)筑物開挖過程中，降水方案不當(dāng)也會引起地面沉降。

　　高層建筑：密集的高層建筑群增加了地面荷載，可能加劇地面沉降。

　　、地面沉降監(jiān)測方法及相關(guān)傳感器

　　(一)水準(zhǔn)測量法

　　基本原理：水準(zhǔn)測量是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，讀取豎立于兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺讀數(shù)，來測定兩點(diǎn)間的高差，進(jìn)而獲取各監(jiān)測點(diǎn)的高程變化，以此反映地面沉降情況。它是一種傳統(tǒng)且精度較高的測量方法，廣泛應(yīng)用于地形測量、工程測量等領(lǐng)域。

　　用到的傳感器 ——靜力水準(zhǔn)儀：靜力水準(zhǔn)儀由2套以上儀器組成系統(tǒng)，通液管相互連接，傳感器的磁浮子隨液位同步變化，變化的液位由磁致伸縮式傳感器測出，通過計算可得出各測點(diǎn)的沉降量。

　　(二)分層沉降監(jiān)測法

　　基本原理：考慮到地面沉降往往是不同土層在不同深度發(fā)生變形的綜合結(jié)果，分層沉降監(jiān)測就是通過在地下不同土層深度處埋設(shè)沉降監(jiān)測儀器，分別測量各土層的沉降量，這樣可以更詳細(xì)、準(zhǔn)確地了解地層內(nèi)部的沉降變化規(guī)律，對于分析沉降原因和預(yù)測沉降發(fā)展趨勢十分有幫助。

　　用到的傳感器 —— 分層沉降儀：分層沉降儀通常由探頭、測管、磁性環(huán)、沉降傳感器等部件組成。磁性環(huán)預(yù)先埋設(shè)在不同深度的土層中，當(dāng)土層發(fā)生沉降時，磁性環(huán)也隨之同步沉降。沉降傳感器通過探測磁性環(huán)的位置變化來確定對應(yīng)土層的沉降量。其測量精度可以達(dá)到毫米級，能夠清晰地反映出不同深度土層的沉降差異，為準(zhǔn)確掌握地面沉降機(jī)理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

　　(三)孔隙水壓力監(jiān)測法

　　基本原理：孔隙水壓力與土層的有效應(yīng)力密切相關(guān)，當(dāng)?shù)叵滤蛔兓蛲翆邮艿酵饬ψ饔脮r，孔隙水壓力會相應(yīng)改變，進(jìn)而影響土層的固結(jié)和沉降情況。通過在地下土層中埋設(shè)孔隙水壓力傳感器，實(shí)時監(jiān)測孔隙水壓力的變化，可以間接推斷地面沉降的發(fā)展趨勢。

　　用到的傳感器 ——滲壓計：以振弦式滲壓計為例，它內(nèi)部有一根受拉的鋼弦，當(dāng)外界孔隙水壓力作用于傳感器的感應(yīng)膜片時，膜片產(chǎn)生變形，使鋼弦的張力發(fā)生變化，進(jìn)而改變鋼弦的振動頻率，通過測量鋼弦的振動頻率就可以換算出孔隙水壓力的大小。這類傳感器具有精度高、穩(wěn)定性好、能夠長期埋設(shè)在地下工作等特點(diǎn)，為地面沉降的預(yù)警提供了重要的參數(shù)依據(jù)。

　　地面沉降是一個復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，其成因多樣，影響廣泛。為了有效監(jiān)測和控制地面沉降，現(xiàn)代科技提供了多種方法，其中傳感器技術(shù)以其高精度、實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理能力，成為地面沉降監(jiān)測的重要工具。通過合理選擇和布置傳感器，可以實(shí)時監(jiān)測地面的變形情況，及時發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的安全隱患，為城市建設(shè)和人民生命財產(chǎn)安全提供有力保障。未來，隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，地面沉降監(jiān)測將更加智能化和高效化，為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防和控制提供更加可靠的技術(shù)支持。