岩溶塌陷.docx

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岩溶塌陷

岩溶塌陷地质灾害介绍及分析

本来前几天看过广东省岩溶塌陷的一个报道，就想起关注起岩溶塌陷。

本想以广东省一个省份为例进行分析，但是相关报道和资料也比较少，所以开始了全面的信息搜寻。

虽然针对性相对较弱了，但是也了解到了并自己切身分析我们国家岩溶塌陷灾害多发地的相关情况，主要就成因、分布、对环境的影响和防治几个角度来阐述。

其中穿插着几个报道，可以以实例的形式向我们更有代表性的说明几个常见因素。

在浏览了大量有关地质灾害网页之后，经过各方面归纳总结和借鉴，感觉收获确实很大。

也许真的自己查找资料、整合信息和分析的同时，才真的是知识的自我汲取和收获。

报道一：

益阳岩溶塌陷地质灾害为地下水位降低引发

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2012/3/711:

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zhangwei19910302

在经过一个多星期调查后，今年元月至2月24日发生在湖南省益阳市岳家桥镇的693处岩溶塌陷地质灾害原因查明。

湖南省国土资源厅地质环境处日前公布调查结果，当地特有的岩溶水文地质条件是灾害发生的重要原因，而人为活动大量抽排地下水造成水位明显降低则是诱发灾害的直接原因。

（具体报道略）

报道二：

报道三：

一．定义及成因

1.定义

岩溶塌陷是指在岩溶地区，下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞，因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下，顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。

岩溶塌陷灾变等级划分表

种类

指标

特大型

大型

中型

小型

地面塌陷

岩溶塌陷面积（km2）

>20

20~10

10~1.0

<1.0

采空塌陷面积（km2）

>5

5~1.0

1.0~0.1

<0.1

2.成因细致分析

岩溶地面塌陷是地面变形破坏的主要类型，多发生于碳酸盐岩、钙质碎屑岩和盐岩等可溶性岩石分布地区。

激发塌陷活动的直接诱因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外，往往与抽水、排水、蓄水和其他工程活动等人为因素密切相关，而后者往往规模大、突发性强、危害也就大。

岩溶地面塌陷发现于碳酸盐岩分布区，其形成受到环境和人类活动的双重影响。

　1）可溶岩及岩溶发育程度

　　可溶岩是由岩溶地面塌陷形成的物质基础，而岩溶洞穴的存在则为地面塌陷提供了必要的空间条件。

大量塌陷事件表明，塌陷主要发生在覆盖型岩溶和裸露型岩溶分布区，部分发育在埋藏型岩溶分布区。

　　溶穴的发育和分布受岩溶发育条件的制约，一般主要沿构造断裂破碎带、褶皱轴部张裂隙发育带、质纯层厚的可溶岩分布地段、与非可溶岩接触地带分布。

岩溶的发育程度和岩溶洞穴的开启程度，是决定岩溶地面塌陷的直接因素，可溶岩洞穴和裂隙一方面造成岩体结构的不完整，形成局部的不稳定；另一方面为容纳陷落物质和地下水的强烈运动提供了充分的空间条件。

一般情况下，岩溶越发育，溶穴的开启性越好，洞穴的规模越大，则岩溶地面塌陷也越严重。

　　2）覆盖层厚度、结构和性质

　　松散破碎的盖层是塌陷体的主要组成部分，由基岩构造成的塌陷体在重力作用下沿溶洞、管道顶板陷落而成的塌陷为基岩塌陷。

塌陷体物质主要为第四系松散沉积物所形成的塌陷叫土层塌陷。

据南方十省区统计，土层塌陷占塌陷总数的96.7%。

　　3）地下水运动

　　地下水运动是塌陷产生的动力条件——主要动力。

地下水的流动及其水动力条件的改变是岩溶塌陷形成的最重要动力因素，地下水径流集中和强烈的地带，最易产生塌陷，这些地带有：

（1）岩溶地下水的主径流带；

（2）岩溶地下水的（集中）排泄带；

　　（3）地下水位埋藏浅、变幅大的地带（地段）；

　　（4）地下水位在基岩面上下频繁波动的地段；

　　（5）双层（上为孔隙、下为岩溶）含水介质分布的地段，或地下水位急剧变化的地段；

　　（6）地下水与地表水转移密切的地段。

　　地下水位急剧变化带是塌陷产生的敏感区，水动力条件的改变是产生塌陷的主要触发因素。

　　水动力条件发生急剧变化的原因主要有降雨、水库蓄水、井下充水、灌溉渗漏、严重干旱、矿井排水、强烈抽水等。

此外，地震、附加荷载、人为排放的酸碱废液对可溶岩的强烈溶蚀等均可诱发岩溶地面塌陷。

所以分析来看，要发生岩溶塌陷首先是具备了灰岩可溶性的介质与结构条件:

例如鞍山、辽阳、瓦房店、大连金州区等地，都属于古生代寒武、奥陶系石灰岩,质较纯CaCO3含量高,利于地下水溶蚀,成为岩溶发育的含水层,再者这些地段属褶皱的轴部（背、向斜）、或断裂带密布区。

如瓦房店三家子就位于金州断裂带与多组断裂交汇复合部位,有利于岩溶的发育。

第三个条件就是这些地区灰岩都有厚8～30余m的第四系覆盖层,属亚砂土、亚粘土、砂砾石、砂层等,皆为隐伏岩溶分布区,易于产生潜蚀、管涌和塌陷。

3.成因机制分析及具体实例分析

岩溶塌陷按产生的原因,可分为自然塌陷及人为塌陷。

按岩溶塌陷成因机制分析,其产生的根本原因是盖层的部分土体受力失稳破坏,塌陷体受到的致塌力超过抗塌力。

由于所处的地质环境和引起塌陷的作用不同,对一个岩溶塌陷来说,不可能同时受到上述所有力的作用,因受力状态不同,产生的力学效应不一样,却有不同的成因机制,形成不同的致塌模式,所以岩溶塌陷的形成是多机制的。

如山东省泰安市某塌陷,该塌陷缘于隐伏灰岩岩溶洞穴发育和地下水位下降。

尤其是当岩溶水位处于岩溶水含水层顶板附近并上下波动时,灰岩以上第四系松散沉积物由于脱水、真空吸蚀、遭受岩溶水冲刷等作用而发生坍塌,从而产生土洞,并进一步波及地表附近,当土洞以上土体无法承受上覆盖层重量时即形成地面塌陷。

浙江省江山市城区灰岩分布广,并构成北东向向斜构造的核部,同方向的压性断裂和北西向张性或扭张性断裂构造也十分发育,为岩溶塌陷的形成创造了有利的自然条件。

当石灰岩、向斜构造、断裂构造,特别是断裂构造交叉同时叠加时,地下水十分丰富,水交替作用频繁,岩溶漏斗、落水洞、管道状暗沟或暗河等岩溶形态发育,地质结构非常脆弱。

在这些地质结构脆弱地段,其上又有砂性土层覆盖时,可因干旱或干旱后暴雨、震动等自然因素的影响而发生岩溶塌陷。

云南南伞盆地区地下水位升降幅度较大,雨季地下水位升至地表,枯季下降至地下暗河中。

雨季期间,由于降雨影响地下水位频繁升降产生压力差,对溶洞、溶隙开口处上覆土体产生潜蚀、渗压和真空吸蚀等作用或在土洞内产生气压作用,并通过地下暗

河、溶洞将土质排走,从而形成了土洞发育、塌陷的主要发展演化过程。

山东省临沂市城西地下水下降漏斗区,由于含水砂层已被排干或大部排干,加之垂直方向上不均匀静压力作用,已被排干的饱和砂层不断压实,体积缩小,地面会出现不均匀沉降及裂缝,溶洞顶板较薄的部位失去自撑力造成岩层塌陷]。

金沙江溪洛渡电站区由于本区第四纪以来,地壳一直处于间歇式强烈抬升,金沙江相对快速下切,造成两岸地下岩溶水系统水力坡度极大（200j）,溶蚀、冲蚀能力很强,岩溶发育很快。

当下伏灰岩中洞穴发育达到一定规模后,因重力负荷作用而垮塌,进而导致上覆柱状节理发育的玄武岩也垮塌,从而形成如今的半边式岩溶洼地[。

山东省枣庄市是北方岩溶塌陷的主要发育区之一。

该区岩溶塌陷主要分布在十里泉水源地及丁庄一东王庄水源地地下水降落漏斗中心范围内,第1阶段岩溶塌陷主要原因为抽排地下水引起的/真空吸蚀作用及/失托加荷作用;后阶段塌陷主要原因是降雨入渗诱发产生的渗压效应。

渗压效应是由于降水（或地表积水）入渗补给岩溶地下水时,对覆盖层岩土体产生的综合效应,包括静水增荷效应、垂直渗透效应,吸水软化效应以及负压封闭效应。

广西省桂林市西城区岩溶塌陷土洞的形成、发展直至产生塌陷的过程,实质上是岩溶空隙之上土层在地下水位变动带及其以下地带遭受潜蚀、吸蚀及散解脱落,土层成份不断转移到流动的地下水中,不断地被地下水搬运而形成土洞,并逐渐扩大,使土洞顶板厚度变薄,在其他力（如重力等）作用下,最后洞顶产生塌落的过程。

二．岩溶塌陷的时空分布规律

1．空间分布规律

在地形地貌上,主要发生于丘陵地带或中低山的山前,岩溶洼地及河谷低洼地段,特别是在河床沟塘及其两岸粗粒层分布地段。

这里有利于地表水的汇集及地下水的补给,使地下水的潜蚀作用增强。

岩溶塌陷随地下水抽排水量的增加和地下水位的降低而发展,多位于地下水的疏干漏斗内,并随漏斗的扩展而变大。

还多产生于浅部隐伏岩溶发育地段,特别是开口型岩溶形态发育地区。

在地层结构上,塌陷的产生与第四系岩性有关,第四系主要为松散冲积层,易产生塌陷。

在第四系岩性大体相同的情况下,塌陷则往往发生在土层厚度较薄的地段。

这些地段,由于地下水的潜蚀搬运作用,土层自然应力拱易失去平衡,引起地面塌陷。

岩溶塌陷多受地质构造控制,多沿断裂构造带分布。

可溶岩内的张性、张扭性断裂带岩石破碎,裂隙特别发育,往往是地下水补给、径流、排泄的通道。

当抽排水时这些地带特别易产生塌陷,产生的塌陷规模大且塌陷的延伸方向与构造线方向一致。

在地质发展史上,主要出现在浅层岩溶作用强烈的时期。

2．随时间的变化规律

塌陷随时间的变化规律主要受塌陷水位变动的控制,在抽排水初期,首先塌陷的是漏斗中心部位,因为此时漏斗中心部位的水位变动最大;之后随地下水降落漏斗的扩展,塌陷范围也扩大,其发展具有向源性。

一般自然塌陷多发生在雨季、降雨后期和春耕泡田季节,这个时期是地下水强烈变动期。

3．我国岩溶塌陷具有以下几方面的分布规律:

在地形地貌上,主要发生于丘陵地带或中低山的山前邝.

在地层结构上,上部为一定厚度的松散覆盖层、软弱岩层或石膏盐岩,下伏开口的岩溶洞穴,

在大地构造上,比较明显地受到新华夏系第二、第三隆起和阴山、秦岭与南岭三个巨型纬向构造体系的控制,.在地质发展史上,主要出现在浅层岩溶作用强烈的时期.

除了自身的基础条件外,现代岩溶塌陷主要由自然和人类活动双重作用所致,以人类活动的作用占主导地位.自然因素如地震、洪水或干旱造成急剧的盖层含水性变化和岩溶地下水位升降,人为因素如各种经济—工程活动造成的地表水下渗与地下水位变动、列车的反复振动菠劳作用和工程或军事爆破的冲击等。

三．岩溶地面塌陷的危害

岩溶地区特殊的地貌、水文地质和工程地址条件，造就了一种脆弱而易受损害的自然环境，一旦受到破坏，治理和恢复就相当困难。

岩溶地区的环境和工程问题是多种多样的，诸如岩溶地区大量分布的干谷、洼地、落水洞既能使这类地区的干旱加剧，又能使洪水加剧；隐伏洞隙引起的塌陷，经常影响到各种建筑工程的安全；可溶岩颇高的导水性给废物地下处置带来困难；地下存在的污染物快速入渗更快地在地下水系统中传递和扩散。

岩溶地面塌陷导致道路和建筑物破坏、农田破坏、水库渗漏、大量水溃入矿坑或隧道，以及使一些供水水源受到不同程度的污染，国内外已有一大批岩溶冲水矿区，因疏于排水、矿山突水而引起了严重塌陷，尤其是南非地区，开采岩溶地下水，已使许多水源地和城市发生岩溶塌陷。

岩溶塌陷又充当了人类破坏资源、环境的“工具”，进一步恶化了生态环境的稳定与平衡，造成了土地资源破坏、地下水资源污染、水土流失、农作物被破坏、居住环境恶化的一系列的资源、环境问题。

岩溶塌陷坑的存在还造成土地耕地面积减少，岩溶塌陷所形成的低洼地势造成土地资源的退化、污染和农作物的减产。

1.对矿山的危害

岩溶地面塌陷可成为矿坑充水的诱发型通道，严重威胁矿山开采。

如淮南谢家集矿区，因矿井疏于排水，在1978年7月河底岩溶盖层很快产生塌陷，河水瞬间灌入地下、岸边的房屋也遭受破坏。

湖北大门铁矿，1978年平巷突水引起沟河谷地面塌陷，出现70多个陷坑，河水因大量漏入地下而断流，岸边有4000m2建筑物被毁，矿山专用铁路和高压输电线遭受破坏，造成近百万元的经济损失。

湖北武汉中南轧钢厂，因附近开采岩溶地下水，于1977年在该厂区内发生地面塌陷，形成5个陷坑，大者直径达16-22m，深8-10m，共造成1500t生产用煤和600t钢坯陷入地下。

2.对城市建筑的危害

在城市地区，岩溶地面塌陷常常造成建筑物破坏、市政设施损毁。

如1981年5月8日发生在美国佛罗里达州WinterPark巨型塌陷，直径达106m、深30m，使街道、公用设施和娱乐场所遭受严重毁坏，损失超过400万美元。

1975年，辽宁省海城地区大地震诱发产生了大规模的岩溶地面塌陷。

共出现陷坑200多处，直径一般3-4m，最大达10m，深几米至几十米不等。

塌陷破坏了大量耕地，并造成个别民房倒塌。

1996年发生于桂林市市中心的体育场塌陷，虽然塌陷坑直径只有9.5m，深度也只有5m，但由于塌陷紧靠“小香港”商业街，造成整个商业街关闭15天，营业领损失近千万元。

1997年11月11日，桂林市雁山区拓木镇岩溶地面塌陷共形成塌陷坑51个，影响面积达0.2km2，使近100间民房受到破坏，直接损失达300多万元。

3.对道路交通的影响

根据我国铁道部门的统计，截至1989年2月，全国铁路沿线共发生岩溶塌陷376处，受害较重的有54处，这54处岩溶塌陷，多数是由沿线车站、城市、水源地抽取岩溶地下水诱发的，或者是由隧道施工排水诱发的。

塌陷造成车站破坏、路基沉陷、桥涵开裂，大量水和泥沙溃入施工隧道。

位于云南省境内的贵昆铁路沿线自1965年建成通车以来，西段陆续发现岩溶地面塌陷。

至1987年底，己发现塌陷117处。

1976年7月7日在K606+475路段发生塌陷，塌陷坑长15m、宽6m、深5m，中断行车61小时40分；1979年9月1日在K534+0.24路段发生塌陷，陷坑长6m、宽2.5m、深3m，造成2502次列车颠覆，断道14小时25分。

仅这两次塌陷造成的直接经济损失就达3000万元。

4.对坝体的影响

1962年9月29日晚，云南省个旧市云锡公司新冠选矿厂火谷都尾矿坝因岩溶地面塌陷突然发生垮塌，坝内150×104m3泥浆水奔腾而出，冲毁下游农田5.3km3和部分村庄、公路、桥梁等，造成174人死亡，89人受伤。

此外，美国、加拿大、前苏联、土耳其、捷克的一些水坝、水库、水电站也有塌陷报道。

根据文献资料，仅治理美国东部五座水坝的岩溶塌陷灾害，就花费1.3亿美元，水库和水坝塌陷带来的经济损失之大可见一斑。

5.对农田的毁坏

使得作物被毁，粮食减产，给人们群众带来较大危害，并且地面耕植土落入地下坑陷，做成耕作面积减少，未进行填埋或者不便进行填埋的地方则无法进行作物耕作。

6.污染水源

沟通地表地下水系，地下水得到污染，今年大部分河流水体水质较差，岩溶塌陷发生后，揭穿了灰岩水层顶板，沟通地表地下水系，使得地表水通过塌坑大量涌入岩溶含水层，加之岩溶裂隙、溶洞的连通性好，污水会在岩溶含水层中迅速扩散，污染岩溶地下水。

湖南益阳岩溶塌陷照片：

广东阳春岩溶塌陷照片：

建筑钻引发的岩溶塌陷

四．防治措施

　塌陷前的预防措施主要有：

合理安排厂矿企业建设总体布局；河流改道引流，避开塌陷区；修筑特厚防洪堤；控制地下水位下降速度和防止突然涌水，以减少塌陷的发生；建造防渗帷幕，避免或减少预测塌陷区的地下水位下降，防止产生地面塌陷；建立地面塌陷监测网。

　　塌陷后的治理措施主要有：

塌洞回填；河流局部改道与河槽防渗；综合治理。

　　一般来说，岩溶塌陷的防治措施包括控水措施、工程加固措施和非工程性的防治措施。

（一）控水措施

1.地表水防水措施：

防地表水进入塌陷区，可以：

（1）清理疏通河道，加速泄流，减少渗漏；

（2）对漏水的河、库、塘铺底防漏或人工改道；

　　（3）严重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填实。

　　2.地下水控水措施

　　根据水资源条件，规划地下水开采层位、开采强度、开采时间，合理开采地下水，加强动态监测。

危险地段对岩溶通道进行局部注浆或帷幕灌浆处理。

（二）工程加固措施

1.清除填堵法：

用于相对较浅的塌坑、土洞。

　　2.跨越法：

用于较深大的塌坑、土洞。

　　3.强夯法：

用于消除土体厚度小，地形平坦的土洞；

　　4.钻孔充气法：

设置通风调压装置，破坏岩溶封闭条件，减小冲爆塌陷发生的机会。

　　5.灌注填充法：

用于埋深较深的溶洞。

　　6.深基础法：

用于深度较大，不易跨越的土洞，常用桩基工程。

　　7.旋喷加固法：

浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，（厚10～20m即可），其上再设筏板基础。

（三）非工程性的防治措施

1.开展岩溶地面塌陷的风险评价。

　　2.开展岩溶地面塌陷的试验研究，找出临界条件。

　　3.增强防灾意见，建立防灾体系。

（四）举例分析

以广东省紫金县下告铁矿河道注浆加固工程为例,叙述了岩溶矿区塌陷点或塌陷区的防渗治理的治理方案、技术要求和施工工艺，为同类工程的设计、施工和质量检验提供宝贵的经验。

1．暴露塌洞治理方案

矿山目前对已有塌洞的治理主要是采取用废石或粘土袋回填的措施，该种简易处理方案具有见效快、成本低的优势，但也存在复发率高的缺陷。

2．塌洞底松散层厚度＜4米的塌陷

2.1、非重点地段塌陷治理

对于非重点地段的塌陷，一般仍可采取简单的回填措施，具体方案有两种：

一是用编织袋装粘土或粉质粘土对塌洞进行回填，上面2米则用粘土覆盖并夯实，防止积水入渗造成垂向潜蚀；二是用块径大于20cm的块石回填塌洞，上部2米仍用粘土覆盖压实，防止积水入渗。

本项措施能在一定程度上控制塌陷的复发规模及频率，但不能达到根治的目的。

2.2、重点地段塌陷治理

对于重点地段的这类塌陷，为防止塌陷反复活跃，主要技术思路是将回填塌洞与简易注浆充填结合起来，达到防止地表水入渗，加固洞口上土体或直接封堵洞口的目的。

针对本矿塌陷特点，可以采用埋管回填注浆方案。

该方案施工步骤如下：

3.塌洞底松散层厚度≥4m的塌陷

该类塌陷占下告矿区的大部分，对于其中非重点地段仍可采用上节所述回填方案。

而对于重点治理地段，其治理方案主要有两种：

一种是利用塌陷产生的地裂缝（或塌洞口），直接自溜灌注水泥尾砂浆、粘土水泥浆或水泥水玻璃双液浆，采用较少的工程措施治理塌陷；另一种是先用粘性土对塌洞进行回填后，再采用钻探及注浆措施直接封堵溶洞口、过水通道，达到根治塌陷的目的。

该方案注浆工艺有2种：

一是钻杆注浆，二是孔口压盖注浆。

4、含隐伏塌洞岩溶区的治理

根据浆液在管路和注浆孔中的运行方式，注浆方式可以分为三类：

压入式注浆法、循环式注浆法和自流式注浆法。

本工程设计采用分段下行自溜和压入式注浆相结合，如图所示：

压入式注浆结构设计图

五．我们的任务和职责

作为环境人，我们有义务为我们赖以生存的地球贡献自己的一份力量。

岩溶塌陷作为一种环境地质灾害，虽然不像泥石流和大地震一样造成那么巨大的损失，但是其多发性和不确定性提醒我们不得不提高警惕。

我们环境人对于岩溶塌陷可以做一下几方面的内容：

1秉承预防为主的主旨，在掌握矿区和区域塌陷规律的前提下，对塌陷做出科学的评价和预测。

在进行建筑施工的环境影响评价时，对所做工程对环境的影响以及工程的环境风险性做出科学合理的评价，真正发挥环境评价的目的和意义。

2在发生岩溶塌陷之后，要针对其造成的水污染、生态破坏等环境相关的内容做出合理的治理计划，针对具体的岩溶塌陷实况，对水污染的处理、景观的恢复提出建议和计划。