巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究成果摘要

【學(xué)員問題】巖溶塌陷的類型及其特征？

【解答】一、巖溶塌陷的類型劃分

我國巖溶塌陷類型繁多

（二）各種成因類型的發(fā)育特征

我國巖溶塌陷主要發(fā)育于華南的連片巖溶區(qū)。

（一）自然塌陷

在天然作用下產(chǎn)生的塌陷，約占總數(shù)的33%（不包括陷落柱），是各類塌陷中最多的一種。

古塌陷：形成于第四紀(jì)以前，如“陷落柱”；

老塌陷：形成于第四紀(jì)期間，具殘留形態(tài)，往往為后期堆積物充填或掩蓋；

新塌陷：新近時(shí)期產(chǎn)生，或形成時(shí)期不明，但形態(tài)保持較好。它們多發(fā)育于地下水變化迅猛的巖溶山地的洼地、槽谷中，塌陷范圍小。強(qiáng)度弱，往往呈單個(gè)坑零星分布，塌陷規(guī)模隨結(jié)構(gòu)不同而差異很大。按其成因，又可分為：

1.暴雨引起的塌陷：暴雨可導(dǎo)致土體迅速充水和地表水的強(qiáng)烈滲透，并在一定條件下引起巖溶地下水位的急劇上升而產(chǎn)生正壓沖爆作用，易于產(chǎn)生塌陷。

2.洪水引起的塌陷：在近岸地帶第四系沖積層中潛水位和巖溶地下水位均隨洪水位而波動，由于兩者滲透性的差異，在波動過程中不但可產(chǎn)生有利于滲透潛蝕作用的附加水頭，而且還產(chǎn)生正負(fù)壓力的作用，這些作用都可導(dǎo)致塌陷的產(chǎn)生。

3.重力引起的塌陷：在巖溶發(fā)育過程中，地下洞穴，管道在崩塌作用下不斷擴(kuò)展，最后導(dǎo)致頂板蓋層在重力作用卞失穩(wěn)陷落的現(xiàn)象。在巖溶山區(qū)并不罕見。巖溶漏斗、地下河天窗巖溶障谷、天生橋等地巖溶形態(tài)有許多就是塌陷的遺跡，這些基、巖塌陷規(guī)模一般較大，形成之后一般不再復(fù)活。

4.地震引起的塌陷：在構(gòu)造地震作用下，在覆蓋層比較薄弱的地段也可產(chǎn)生一系列的塌陷，如1853年2月在湖南新寧，5級地震的歷史記載c“有聲如雷，陷成七潭，大小不一，皆有水涌出”。此外，近幾十年來地震塌陷也常有，如：1976年唐山地震引起數(shù)十處塌陷等。

（二）人類活動誘發(fā)的塌陷（簡稱人為塌陷）

是由于人類的工程——經(jīng)濟(jì)活動，改變了巖溶洞穴及其上覆蓋層的穩(wěn)定平衡狀態(tài)而引起的塌陷，約占總數(shù)的60%，可見人為作用已成為現(xiàn)代塌陷的重要動力。人為塌陷按成因又可分為坑道排水或突水、抽汲巖溶地下水、水庫蓄引水、震動加載及表水、污水下滲引起等類型塌陷+前三者共古人為塌陷的92%.

1.坑道排水或突水引起的塌陷

是指由于礦坑、隧道、人防及其它地下工程排水或突水引起的塌陷，其中以礦坑排、突水塌陷為主，占人為塌陷的17%.

巖溶地區(qū)由于礦產(chǎn)資源的開發(fā)，礦坑排水或突水引起的塌陷較為頻繁。凡處于復(fù)蓋巖溶區(qū)的礦區(qū)，在其排水疏干過程中，幾乎都不可避免地產(chǎn)生塌陷，主要分布于湘中、鄂東南、贛中——贛東北及安徽的沿江地帶。由于礦坑排水降深達(dá)數(shù)十米至上百米，疏干影響范圍達(dá)數(shù)公里至一、二十公里以外。因此在所有各類塌陷中，這類塌陷范圍最廣，達(dá)數(shù)至數(shù)十平方公里；塌陷坑數(shù)量最多，達(dá)數(shù)百至數(shù)干個(gè)；持續(xù)時(shí)間最長，有的20年尚在繼續(xù)；影響也最嚴(yán)重，多屬大、中型塌陷。以土層塌陷為主，見有基巖塌陷；除碳酸鹽巖類塌陷外，還有少量紅層巖溶塌陷。

例如湖南恩口煤礦于1972年3月21日恩Ⅱ井放水試驗(yàn)，4月溫塘泉水減少，6月20日開始塌陷，8月20日北面三口沖塌陷，以后河床附近排泄區(qū)相繼發(fā)展。1975年恩I井一150米水平開始排水后，塌陷加劇。1977—1979年因25號點(diǎn)突水，水量1400噸/時(shí)，塌陷劇烈發(fā)展達(dá)到高峰。隨后逐漸減弱。但仍向外圍緩慢擴(kuò)展。至1986年塌陷總數(shù)達(dá)6100多個(gè)，主要發(fā)育于煤系底板茅口灰?guī)r中，呈條帶狀分布，總長度20公里以上，煤系頂板長興灰?guī)r及大冶灰?guī)r中亦有少量塌陷發(fā)育，塌陷影響范圍達(dá)20平方公里。以土層塌陷為主，并見有紅層巖溶的基巖塌陷。礦坑最大排水量8165噸/時(shí)，最低排水標(biāo)高一350米，塌陷破壞農(nóng)田9500畝，拆遷民房18300平方米，毀壞小水庫8座，山塘180多口，河床塌陷改河鋪底5300米，河水灌入增加礦坑涌水量，最大灌入量8000噸/時(shí)，并將泥砂帶入礦坑；農(nóng)業(yè)賠償和塌陷綜合治理費(fèi)用每年平均150萬元至1982年賠償費(fèi)用共980萬元。

人為塌陷中的基巖塌陷都與礦坑排水或突水有關(guān)?；鶐r塌陷的蓋層可以是碳酸鹽巖，各種碎屑巖甚至火成巖（如大廣山鐵礦見于巖體邊緣的強(qiáng)風(fēng)化帶中）。基巖塌陷一般具備兩個(gè)條件：一是有較大的隱伏洞穴，二是蓋層巖層（體）受構(gòu)造破碎或風(fēng)化而較軟弱。基巖塌陷的特征是：

（1）其規(guī)模不等，大者居多，塌陷直徑從數(shù)米到數(shù)十米甚至數(shù)百米，塌陷坑深度和塌陷蓋層厚度可達(dá)數(shù)十米至百米以上。

（2）其分布明顯地受斷裂構(gòu)造控制，一般多發(fā)育于構(gòu)造交匯破碎帶。

2.抽汲巖溶地下水引起的塌陷

主要由于水井抽水引起，分布較為普遍，約占人為塌陷的49%，均為土層塌陷。當(dāng)覆蓋層厚度較?。ㄒ话阈∮?0—20米），抽水降深達(dá)到5—10米時(shí)，多有塌陷產(chǎn)生。由于抽水降深有限，其影響范圍約數(shù)百米至一、二公里；塌陷坑數(shù)量較少，一般數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)，僅在集中供水水源地有較大規(guī)模的塌陷產(chǎn)生，如貴州水城水鋼供水水源地，16口抽水井中有14口井周圍出現(xiàn)塌陷1000多個(gè)，范圍達(dá)4平方公里；河北秦皇島柳江供水水源地自1987年抽水以來，不到一年的時(shí)間產(chǎn)生塌陷286個(gè)，范圍達(dá)3.7平方公里。抽水塌陷影響最大的是城市地‘區(qū)和鐵路沿線。前者已見于貴陽、昆明、武漢、杭州、南京、廣州等六個(gè)省會和20余個(gè)中小城市。損壞建筑物，破壞風(fēng)景名勝。并危及人身及財(cái)產(chǎn)安全；后者影響顯著的有津浦線泰安車站、浙贛線分宜車站及沈大線瓦房店三家子等處，往往造成斷道停運(yùn)，甚至列車脫軌、顛復(fù)的災(zāi)害。

3.水庫蓄水或引水引起的塌陷

巖溶山區(qū)、洼地、谷地的小型水庫及少量中型水庫，多在水體增荷，滲漏潛蝕及雨季地下水位迅猛變化產(chǎn)生的正負(fù)壓力和沖爆等多種作用下而在庫內(nèi)產(chǎn)生塌陷，成為廢庫或病庫。這類塌陷約占人為塌陷的26%，主要分布于廣西、貴州、四川、湖南、云南等省區(qū)，湖北、江西等省也有發(fā)生。一般規(guī)模較小，塌陷坑數(shù)量少，強(qiáng)度較弱，但往往多次復(fù)活而不易穩(wěn)定。水庫塌陷在懸托型河谷中極易產(chǎn)生，如云南以禮河水槽子水庫，庫區(qū)第四紀(jì)復(fù)蓋層厚達(dá)30余米，上部1.5—2米為粘土，下為砂礫石粘土層，基巖為灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，有地下管道，地下水時(shí)期很深，達(dá)103米，水庫建成后自1958—1965年每年塌陷數(shù)十個(gè)，累計(jì)達(dá)117個(gè)，形成長400米、寬100米的塌陷區(qū)，庫水漏失。后經(jīng)處理，塌坑開挖開至基巖，先填大石塊，再填小石塊，其上鋪蓋1—2米的水泥板，再回填粘土，效果良好。此外，在峰叢、丘叢洼地中的水庫，其下往往有暗河管道發(fā)育，也易塌陷，如江西德興萬村掛袍山水庫塌陷。這類水庫地下水位埋深很大，但季節(jié)變化帶常達(dá)到地表，在這種情況下，其處理一定要采取通氣減壓措施，作為地下管道的調(diào)壓井才能收效。貴州普定火石坡水庫的一個(gè)塌陷，多次處理，多次復(fù)活，甚至用鋼筋混凝土蓋板也未收效，原因恐在于此。引水渠道通過巖溶發(fā)育地段，也往往因渠水滲漏潛蝕形成塌陷。如湖南鳳凰龍溪河水庫引水渠道塌陷。

蓄水和坑道排水、抽水還往往引起紅層巖溶的塌陷，它們產(chǎn)生于洞隙型巖溶發(fā)育的紅色鈣質(zhì)膠結(jié)灰質(zhì)礫巖，砂礫巖（湘、贛）及泥灰?guī)r夾層（四川）中。一般規(guī)模小，零星分布。

4.震動或加載引起的塌陷

震動或加載是使復(fù)蓋巖溶區(qū)處于接近極限平衡狀態(tài)的隱伏土洞產(chǎn)生塌陷的導(dǎo)因，它們往往與其它因素聯(lián)合作用。該類塌陷占人為塌陷的6%.如武漢中南軋鋼廠堆料場的塌陷，就是在抽水的潛蝕作用形成隱伏土洞的基礎(chǔ)上，經(jīng)鋼錠和煤堆的加載作用而塌陷的。震動引起的塌陷在鐵路路基附近較為常見，貴昆線K586—K612一段長26公里，屬丘狀溶原，多漏斗狀洼地，復(fù)蓋層為厚度不足10米的殘坡積紅色粘性土，地下水位在基巖頂板以下，1974年—1980年沿路基塌陷4段共38個(gè)塌陷坑，其中，渾水塘車站、秧田沖車站及其區(qū)間內(nèi)最為發(fā)育，見塌陷坑25個(gè)，單個(gè)塌坑規(guī)模小，多發(fā)生于雨季。其成因除了表水下滲潛蝕作用外，主要是火車通過時(shí)的震動。浙贛線分宜車站的塌陷除抽水因素外與火車的震動也有密切關(guān)系。公路上汽車的震動也能導(dǎo)致塌陷。如江西樂平縣邵家板前堂村樂（平）弋（陽）公路西側(cè)的粘性土中因汽車震動產(chǎn)生塌陷坑5個(gè)。以上這些塌陷都是發(fā)生于隱伏土洞發(fā)育的地區(qū)。

5.表水或污水滲引起的塌陷

在廠礦建筑區(qū)，由于場地排水不良造成表水下滲或化學(xué)污水下滲溶濾也能導(dǎo)致塌陷的產(chǎn)生，如云南鎮(zhèn)雄板橋氮肥廠廠址，復(fù)蓋層為亞粘土、含卵礫石粘土層，厚5米左右，最大19米，發(fā)育有土洞數(shù)十個(gè)，基巖為灰?guī)r，地下水位7.6—15.7米，位于基巖頂板以下，1972年產(chǎn)生塌陷15個(gè)，使工廠設(shè)備陷落。其中13個(gè)塌陷分布于流水池和污水池一帶，顯示與表水和污水下滲作用有關(guān)。

桂林市第二造紙廠位于桂林市西北部，陽江右岸的巖溶洼地中，地面高出陽江水面約3~5m.廠區(qū)表層為棕黃色及紅黃色粘性土層，一般厚7~10m，最厚達(dá)12m以上，據(jù)桂林地區(qū)所見，這類土層中往往有裂隙發(fā)育?；鶐r為灰?guī)r，巖溶發(fā)育。廠區(qū)地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，地表水滲入覆蓋土層后，一部分在土層中形成裂隙潛水，呈水平徑流緩慢排向陽江一級階地，大部分的入滲水流沿土層裂隙向下滲到基巖面后，通過基巖中巖溶洞隙的開口處匯入巖溶洞穴通道，排出陽江。

該廠于1973年建成投產(chǎn)。生產(chǎn)排放的廢水平均每日約10~20立方米，含鹽酸約1~2%，具強(qiáng)腐蝕性。這些含酸廢水由磚砌及水泥沙砂漿抹面地溝或排水溝排入陽江。由于水的酸性腐蝕，使地和排水溝逐漸破壞漏水，而終致完全失效。車間排放的含酸廢水及雨水幾乎全部由車間內(nèi)外的一些漏水點(diǎn)就地漏入地下。

自1977年以來，水處理車間內(nèi)及沿排水溝附近地面曾多次出現(xiàn)塌陷洞或坑。1983年8月11日下午一時(shí)零五分，一號混合罐地基突然陷落，罐體向北325°西方向傾覆，部分輸水管道扭斷壓碎，致使生產(chǎn)停頓。塌陷范圍包括一號罐體基礎(chǔ)及其周圍地面，略呈橢圓形，東西長約3m多，南北寬2m多。地面一般下陷0.5~0.8m，周壁直立，且多向外凹進(jìn)呈倒坡，罐體底部直徑2m、厚0.9m的混凝土基座隨罐體陷落掀倒，周圍為虛土掩蓋。在相鄰的W3罐體東南角基礎(chǔ)暴露，見其下有空隙存在。

造成塌陷的原因：一是地基土層中有隱伏土洞；二是含酸廢水和地表雨水 集中滲漏，既造成了對混凝土的強(qiáng)烈腐蝕，又對土體中可溶鹽的化學(xué)溶濾，使土體結(jié)構(gòu)被散解，并促進(jìn)機(jī)械潛蝕作用的發(fā)展，從而造成了地面塌陷，這是造成塌陷的主要原因。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時(shí)溝通、指正。