岩溶地面塌陷类型及其发生、分布规律

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1、岩溶地面塌陷类型及其发生、分布规律近年在一些城市圈内的隐伏岩溶分布区，岩溶地面塌陷时有发生。如武汉、广州、深圳等大城市，由隐伏岩溶造成覆盖层地面塌陷曾导致居民财产严重受损，或建筑工程停顿，或堤防受损加固，其经济损失非常巨大。其中以武汉市最为突出，2000年4月近郊的烽火村出现22个塌陷坑，造成49栋农居楼房易地重建，经济损失500余万元；2008年4月汉南纱冒镇邻近长江大堤发生地面塌陷，仅加固堤防就耗资近3000万元；深圳某体育中心，施工过程中发生地面塌陷，不但使工程停顿，还增加了大量勘探工作和加固费用，总增加投资超过1000万元。由此可见岩溶地面塌陷的危害

2、之大。岩溶地面塌陷这一不良地质现象，似乎是大家都熟知的一种地质灾害。但事实证明，许多人对它的实质含义、类型、发生及分布规律并不真正了解，甚至存在一些误区。比如一遇到地面塌陷就误认为是地下溶洞发生垮塌，这类塌陷本来是一种自然的物理地质现象，人为活动在多数情况下是诱发因素，只是在特殊情况下成为主导因素。但在塌陷发生后，往往是不分青红皂白地追究人为责任，而不去深入探讨自然规律。有鉴于此，特作如下阐述。一、定义所谓“岩溶地面塌陷”，是指隐伏在第四纪覆盖层下的可溶岩中存在岩溶空洞，且存在与覆盖层相连的通道。在某些自然因素或人为因素作用下，覆盖层物质沿着岩溶通道漏失到岩

3、溶空洞中，引起覆盖土体发生塌陷，导致地面出现塌陷的自然现象。这里要强调两层含义，一是“地面塌陷”，二是“覆盖层土体”塌陷，而非可溶岩溶洞塌陷。二、机理不同地质条件具有不同的塌陷机理。最早流行的是“潜蚀”机理。上世纪80年代出现了“真空吸蚀”机理。本文提出“潜蚀——液化——漏失”机理。实际情况是三种机理并存，不同地质条件下的塌陷符合不同机理。1、潜蚀机理所谓“潜蚀”6是泛指地下水在运动过程中不断带走土中物质的机械作用过程。岩溶地面塌陷过程中的“潜蚀”一般是发生在土岩接合面附近的土中。最有利于发生潜蚀的条件是覆盖层为粘性土，且岩溶地下水位已脱离基岩顶面降至岩体中

4、而在地下水位以上存在饱气带，亦即岩面上下地下水的垂直循环带。由于基岩面的高低变化，特别是在溶沟、溶槽中易形成土层底部的小径流，在漫长的潜蚀过程中将土中物质带入溶洞中，在上覆粘性土层中形成“土洞”。当土洞顶板土层超越自撑能力时，发生地面塌陷。土洞形成要两个重要条件，一是岩溶地下水位低于土岩界面，二是土岩界面高差较大。因此，土洞多数分布在山前或山间谷地。2、潜蚀——渗流液化——漏失机理这是一种混合类型。当覆盖层为二元结构冲积层且冲积层下部饱和粉土、砂、砾石层直接盖在岩面之上时，在粉土、砂、砾石层中的孔隙水与可溶岩中的岩溶裂隙、管道水发生直接联系，形成统一运动情况

5、下，由于水位不断升降变化，尤其是岩溶地下水位或承压水头低于孔隙水位时，发生垂直渗流。先是在粉土、砂、砾石层中发生潜蚀作用，形成“漏斗状疏松体”，进而因垂直渗流加剧，局部水力坡度加大，砂、砾石土呈液化状态流入岩溶空洞，地面出现塌陷坑。3、真空吸蚀机理所谓“真空吸蚀”是指岩溶地下水在大量抽取或因矿井大量排水后水位在短时间内急剧下降过程中的“活塞”作用下形成负压至真空状态。在这种负压或真空作用下，覆盖土层对应岩溶地下通道的薄弱位置在瞬间产生陷坑或陷洞。这种由负压或真空对覆盖层的抽吸作用称为“真空吸蚀”。这种作用所产生的塌陷确实存在，但主要发生在矿山地区和集中抽取岩

6、溶地下水的群井水源地，有时也发生在公路、铁路隧道施工的突水地段。这种因“真空吸蚀”产生的塌陷坑往往成群出现，在短时间内可产生几十甚至上百个陷坑或陷洞，其危害相当严重。是否会发生真空吸蚀，主要有两个特殊条件：其一是大量抽排岩溶地下水，水位在短时间内急剧下降；其二是覆盖层对地下岩溶有良好的封闭作用，能使在水位下降的过程中形成充分的负压或真空。这两个条件就决定了这类塌陷分布的特殊地域性。比如在岩溶地下水的补给区和排泄区（可溶岩出露区）和不存在水位急降条件的地区，就不易发生这类塌陷。6上述三种机理是指三种不同地质条件下的塌陷过程特点，也就是说不同条件符合不同机理。其

7、共同特点是，必须具备岩溶空洞及联系通道和地下水的运动，所不同的是覆盖土层与岩溶的组合性质不同和触发因素不同。前两者机理是以自然因素为基本因素，最后一种则以人为因素为主。三、类型岩溶地面塌陷基本上分为三种类型：一是饱和松散层（粉土、砂、砾石）“漏失”型，即饱和松散层在地下水位变化过程中发生潜蚀——液化，直接漏失到岩溶空洞中，造成地面塌陷。此类塌陷规模大，突发性强，危害最大。如武汉市汉南纱冒镇塌陷，最大陷坑160m×60m，最深处10m，陷入土方达15000方；烽火村塌陷22个陷坑，最大者达60m×50m，深10余米，其中三栋小楼陷入坑中（图1）。图1烽火村岩溶

8、地面塌陷地质剖面图二是“土洞塌陷型”，即粘性土（多为