某地面塌陷地質災害形成機制及影響因素

謝名洋，楊旭東（湖南省勘查設計研究院，湖南長沙410014）

某地面塌陷地質災害形成機制及影響因素

謝名洋，楊旭東（湖南省勘查設計研究院，湖南長沙410014）

本文以湖南省漣源市伏口鎮(zhèn)溫泉村、易家村為例，介紹地面塌陷的形成機制及影響因素。

地面塌陷；形成機制；影響因素

1　引言

本文以湖南省漣源市伏口鎮(zhèn)溫泉村、易家村為例，介紹地面塌陷的形成機制及影響因素。

2012年8月，湖南省漣源市伏口鎮(zhèn)溫泉村、易家村發(fā)生大面積地面塌陷地質災害，主要分布在溫泉村、易家兩村丘間谷地一帶，發(fā)現(xiàn)塌陷坑16個，至2014年10月，塌陷坑增至25個，最大塌陷坑面積約為631m2，塌陷最大深度達6m，一般塌陷坑面積20～200m2，深3～10m，共損毀民房4棟，開裂8棟，破壞水井5處，影響500多畝農田灌溉和4000名群眾的生產(chǎn)、生活用水，并對人、畜安全造成一定威脅。

2　地面塌陷區(qū)基本地質條件

2.1地形地貌

塌陷區(qū)屬丘陵巖溶地貌，四周地勢較高，溫泉村和易家村居民集中在一小型盆地內。北部最高點標高約460m，最低點溫泉村南落水洞底，標高約345m，最大高差115m。周邊出露石炭系壺天群灰?guī)r，地勢較為陡峭，局部坡度達70°，一般20～35°。丘脊走向與巖層走向基本一致（地層產(chǎn)狀125°∠25°）地表灰?guī)r巖溶發(fā)育，巖溶形態(tài)為溶溝、溶槽、石筍和落水洞，地下水易沿地表巖溶帶補給地下水。

2.2地層巖性

根據(jù)初步勘查資料，塌陷區(qū)覆蓋層主要為第四系殘坡積層（Qel+dl），下伏基巖為壺天群（C2+3）灰?guī)r。

（1）第四系殘積粉質黏土：棕紅色、黃褐色，分布于低洼地帶表面，厚度不均勻，一般3～8m，局部厚度達10m以上。

（2）石炭系壺天群灰?guī)r：灰白色、灰色，出露于塌陷區(qū)周邊丘坡，表層巖溶不均勻發(fā)育。

3　地面塌陷形成機制分析及影響因素

3.1地面塌陷形成機制

巖溶地面塌陷的形成要具備三個基本條件：①下部有巖溶化地層，有溶蝕的空間（溶洞或土洞）；②上部有一定厚度的覆蓋層；③要有使塌陷產(chǎn)生的作用力，這種力主要來自地下水位的改變及水流產(chǎn)生的水、氣作用力及巖、土的自重。

塌陷區(qū)處于四周山地的“盆地”中，地勢低平，地表和淺部廣泛出露有巖溶強烈發(fā)育的壺天群灰?guī)r，區(qū)內巖溶發(fā)育，地下暗河、巖溶空腔、巖溶裂隙強烈發(fā)育?！芭璧亍备采w型巖溶區(qū)的表土厚度小，一般厚僅3.0～8.0m，靠近山麓坡角處的土層則較薄，一般厚0.5～1.5m?！芭璧亍备采w型巖溶區(qū)地勢低洼為地下水的匯集區(qū)、垂直補給及徑流區(qū)，地表水與地下水異常活躍，地下水位埋藏淺，由此容易受自然、人為因素而導致地下水波動，進而容易產(chǎn)生巖溶塌陷災害。因此，溫泉村、易家村“盆地”覆蓋型巖溶區(qū)容易受自然或外界影響而致災。

大氣降水隨季節(jié)急劇變化和人工抽排地下水導致地下水位變化頻繁、地下水活動強烈，隨著礦坑開采深度不斷延伸，排水疏干形成的降落漏斗進一步擴大，增強了地下水動力。區(qū)內地下河及巖溶發(fā)育，加劇了地表水與地下水的水力聯(lián)系，形成地下通道，加大地下水對巖溶洞隙中松散充填物及覆蓋層土層的潛蝕、沖刷和掏空作用，容易在土巖接觸面處形成土洞，為地面塌陷提供了地下空間。

本區(qū)巖溶塌陷的形成過程大體可分為四個階段：

（1）地下水位下降，水對覆蓋層的浮托力減小，水力坡度增大，水流速度加快，水的潛蝕作用加強。溶洞充填物在地下水的潛蝕、搬運作用下被帶走，松散層底部下落、流失而出現(xiàn)拱形崩落、形成隱伏洞體；

（2）隱伏洞體在地下水持續(xù)的動水壓力及覆蓋層的自重作用下，隱伏洞體崩落、遷移，洞體不斷向上擴展，引起地面塌陷；

（3）地下水不斷侵蝕、搬運崩落體，隱伏洞體繼續(xù)向上擴展，當覆蓋層的自重壓力逐漸接近洞體的極限抗剪強度時，地面沉降加劇，在張性壓力作用下，地面產(chǎn)生開裂；

（4）當覆蓋層自重壓力超過了洞體的的極限強度時，地面產(chǎn)生塌陷。塌陷過程中水平方向也將產(chǎn)生張力作用，塌陷周圍伴生有開裂現(xiàn)象。

3.2地面塌陷影響因素

3.2.1地質構造

金盤侖逆斷層為縱貫全區(qū)的主干斷層之一，是一條基本順層的走向逆斷層，走向約北東25°，傾向北西。金盤侖斷層面介于5煤組與其頂板之間，基本順層。斷層傾角和地層傾角基本一致（地層產(chǎn)狀125°∠25°），約15～20°。淺部斷層傾角略小于地層傾角，該斷層造成測水地層不同程度的缺失，缺失厚度10～40m，一般約25m。龔家排正斷層亦為縱貫礦井全區(qū)的主干順層斷層，該斷層使本礦井范圍內缺失梓門橋組和測水組上段地層，該斷層基本順層，斷層面產(chǎn)狀（110～123°∠15～25°）與下盤測水組地層（地層產(chǎn)狀123°∠22°）產(chǎn)狀基本一致。

受上述構造的影響，勘查區(qū)內巖溶洼地、漏斗、溶洞及地下暗河極為發(fā)育。

3.2.2降 雨

在自然因素作用下，區(qū)內壺天群灰?guī)r的差異性溶蝕，形成溫泉“盆地”狀地貌，“盆地”為覆蓋型巖溶區(qū)，而四周山體則為裸露型巖溶區(qū)?！芭璧亍眳^(qū)山坡坡腳地帶的巖溶泉作為周邊巖溶地下水的排泄口，周邊的地下水匯入至洼地凹陷區(qū)。一旦強降雨或持續(xù)降雨，地表水順著分水嶺下方往低洼處匯集，而洼地的落水洞、巖溶裂隙、巖溶管道為地表水滲入地下的主要通道，地下水的補給、徑流異常活躍。因此，強降雨或持續(xù)降雨是產(chǎn)生地面塌陷的誘發(fā)因素。

3.2.3地層巖性

塌陷區(qū)處于四周山地的“盆地”中，地勢低平，地表和淺部廣泛出露有巖溶強烈發(fā)育的壺天群灰?guī)r，據(jù)物探資料，塌陷區(qū)下方存在89處巖溶發(fā)育區(qū)及兩處大型地下暗河發(fā)育影響區(qū)，物探測試剖面測試可巖溶面積約3543750m2，遇見巖溶發(fā)育面積319056m2，面巖溶率9.02%。最大巖溶發(fā)育影響區(qū)面積達19579m2，最小僅為63m2。巖溶發(fā)育影響區(qū)主要分布在高程330～440m之間（相當于地面標高下5～100m），該高程范圍巖溶發(fā)育影響區(qū)處數(shù)為81處，占總處數(shù)的91.01%，巖溶發(fā)育影響區(qū)面積197704m2，占總巖溶發(fā)育影響區(qū)面積的93.31%，地下巖溶相對集中發(fā)育。區(qū)內覆蓋層厚度小，一般厚僅5.0～8.1m，靠近山麓坡角處的土層則較薄，一般厚0.5～1.5m，土層中含鐵錳質結核，底部巖、土接觸帶含灰?guī)r碎塊，抗侵蝕、崩解能力較弱，因此在巖性上及地形上有利于產(chǎn)生塌陷，這是產(chǎn)生地面塌陷的基礎內因。

3.2.4采煤活動抽排地下水

2003年以后，由于受溫泉煤礦礦井抽排地下水的影響，巖溶水天然狀態(tài)早已不復存在，地下水的徑流途徑發(fā)生改變。根據(jù)實測鉆孔地下水位資料，地下水位埋深不一，地下水位與可溶巖頂界面分布有相似之處，整體呈現(xiàn)可溶巖頂界面分布低，地下水位埋藏深；可溶巖頂界面分布高，地下水位埋深淺的特點。地下水位埋深一般介于8.8～27.2m之間，分布高程為345.63～361.15m，最大高差達15.72m，與可溶巖頂界面最大起伏差接近。

4　結論及建議

湖南省漣源市伏口鎮(zhèn)溫泉村、易家村地面塌陷地質災害的發(fā)生具有自然的因素也有人為的因素，自然因素主要為地質構造、降雨、地層巖性，人為因素主要為采煤活動抽排地下水。

區(qū)內屬于地下巖溶強烈發(fā)育區(qū)，地下水交替循環(huán)及補、徑、排條件活躍，敏感性強，受自然極端氣候如長期干旱遇長期暴雨而致使的地下水位急劇變化下，隨著時間的推移，在“盆地”覆蓋型巖溶區(qū)內地下潛在“天窗”處發(fā)生塌陷的可能性大，尤其是在“盆地”覆蓋型巖溶區(qū)地下“天窗”與地下暗河聯(lián)系緊密處極易發(fā)生地面巖溶塌陷，應密切注視。

[1]陳國亮.巖溶地面的塌陷與防治[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

P642.26

A

2095-2066（2016）31-0101-02

2016-10-23

謝名洋（1983-），男，工程師、一級建造師，碩士，主要從事巖土工程等工作。

楊旭東（1983-），男，工程師，本科，主要從事巖土工程等工作。