一種地面塌陷模式分析研究

（合肥工業(yè)大學(xué) /安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站安徽合肥230001）

（合肥工業(yè)大學(xué) /安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站安徽合肥230001）

本文以馬鞍山市一處地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)為研究對(duì)象，具體分析沉陷式地面塌陷模式形成原因，并提出有效的防范措施。

地面塌陷沉陷式地質(zhì)災(zāi)害

我國(guó)的鐵礦資源比較豐富，在長(zhǎng)期開(kāi)采的背景下，容易發(fā)生地面坍塌、滑坡、地裂縫、泥石流、崩塌等現(xiàn)象，具有比較大的危害[1]。地面塌陷主要有三種模式：地塹式地面塌陷、冒落式地面塌陷、沉陷式地面塌陷。

2016年5月，馬鞍山市一處地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)再次發(fā)生塌陷。塌陷坑剖面形態(tài)呈上大下小的碗形，塌陷坑四周陡立，高差約為3-5m，中下部向塌陷中心傾斜，坑底塌落物成分為粉質(zhì)粘土與粉細(xì)砂，呈流塑狀態(tài)。

1 工程地質(zhì)特征分析

1.1 巖體

主要為以凝灰?guī)r為主火山質(zhì)碎屑巖巖組（Hs）：由白堊系下統(tǒng)姑山組火山碎屑巖組成，巖石蝕變強(qiáng)烈，多為松軟-半堅(jiān)硬塊狀，裂隙不發(fā)育。據(jù)區(qū)內(nèi)勘察資料，其單軸抗壓強(qiáng)度26.0-44.0MPa，工程地質(zhì)條件較好。

1.2 土體

主要由沖積形成的粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土與粉砂互層、粉質(zhì)粘土夾粉砂和砂卵石組成，按照工程地質(zhì)特征分為9個(gè)工程地質(zhì)層:（1）粉質(zhì)粘土：層厚2.00-5.10m，褐黃色，稍濕，可塑。（2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：厚約0-2.00m，黑灰色，濕，飽和，流塑狀態(tài)。（3）粉質(zhì)粘土與粉砂互層：厚約3.0-15.80m，灰色，濕，流-軟塑狀態(tài)。（4）粉質(zhì)粘土：厚約0.5-2.5m，灰、灰綠色，濕，飽和，流塑-軟塑狀態(tài)。（5）粉質(zhì)粘土夾粉砂：層厚約1.50-8.80m，灰色，濕-飽和，軟塑狀態(tài)。（6）粉質(zhì)粘土夾粉砂：厚約2.50-13.8m，灰色，濕-飽和，軟塑、局部可塑狀態(tài)。（7）粉質(zhì)粘土：層厚約3-10m，灰色，稍濕，可塑狀態(tài)。（8）粉質(zhì)粘土夾砂：層厚1.20-11.25m，灰色、濕、軟塑-可塑。（9）卵礫石：層厚8.90-18.80m，青灰、黃褐色，濕，松散~稍密，砂多為中砂，部分粗砂。

2 沉陷式地面塌陷影響因素初步分析

2.1 地層結(jié)構(gòu)對(duì)地面塌陷的影響

塌陷坑上部地層主要為粉質(zhì)粘土與粉砂互層類土為主，呈軟-可塑狀態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度低，單層厚度薄，抗侵蝕、抗變形能力差，屬于典型的河流漫灘相沉積物；且其中的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土屬于軟土，呈流-軟塑狀態(tài)，具有觸變性、流變性、高壓縮性、低透水性及不均性，較之其它粘性土更易于變形破壞[2]。

下部卵礫石層賦存有豐富的地下水，屬?gòu)?qiáng)透水地層，其中的地下水對(duì)上覆地層的潛蝕性較強(qiáng)，并有導(dǎo)致上覆地層發(fā)生變形破壞和塌落的可能性，進(jìn)而在上覆地層中形成土洞，當(dāng)土洞向上發(fā)展至近地表時(shí)即可發(fā)生地面塌陷，上下貫通的土洞也就成了塌陷通道；而下部的卵礫石層空隙較大，具有巨大的貯存空間，地面塌陷形成的塌落物在水流攜帶下可逐漸沉積于卵礫石層空隙中。

2.2 礦山疏干排水對(duì)地面塌陷的影響

塌陷坑附近現(xiàn)有1座鐵礦礦山，該鐵礦已開(kāi)采多年，塌陷坑及其附近地區(qū)長(zhǎng)期處于該礦疏干排水影響范圍內(nèi)。受礦山開(kāi)采影響，塌陷坑處孔隙承壓水水位大幅度下降，水位埋深15.00-20.00m（天然水位埋深0.50-1.50m），而當(dāng)?shù)乜紫稘撍宦裆钜话?.00m左右，從而在第四系孔隙潛水與孔隙承壓水之間存在較大的水頭差，自上而下的滲透作用和動(dòng)水壓力亦顯著增大，加劇了下部卵礫石層孔隙承壓水的潛蝕作用，并導(dǎo)致上部地層局部結(jié)構(gòu)逐漸破壞。

水位差所導(dǎo)致的徑流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的變化，一方面使作用于卵礫石層上部土體上的附加應(yīng)力增加，使土體發(fā)生變形，引起巖土滲透性能改變；另一方面，地下水靜水壓力差和滲流產(chǎn)生的動(dòng)水壓力又直接導(dǎo)致土體發(fā)生剪切變形和破壞，在上部土體中產(chǎn)生土洞，并不斷向上發(fā)展，當(dāng)土洞發(fā)展至近地表時(shí)，地面塌陷也就不可避免。

2.3 附近水文觀測(cè)孔對(duì)地面塌陷的影響

該孔為某一鐵礦探礦權(quán)勘查時(shí)施工的水文長(zhǎng)期觀測(cè)孔，與塌陷坑相距不足10m，因其在成井過(guò)程中及成井結(jié)構(gòu)的缺陷，對(duì)當(dāng)?shù)氐孛嫠莸陌l(fā)生具有一定的促進(jìn)作用。

該孔在成井、洗井、抽水試驗(yàn)過(guò)程中，在卵礫石含水層中形成局部降落漏斗，與鐵礦疏干排水降落漏斗的疊加，在塌陷坑附近形成了復(fù)雜的徑流場(chǎng)，增強(qiáng)了卵礫石層孔隙承壓水對(duì)上覆土體的侵蝕、淘蝕作用，加速了上覆土體中土洞的形成。在成井時(shí)濾料填充范圍過(guò)高，已導(dǎo)致塌陷坑附近的上部孔隙潛水與下部的孔隙承壓水上下貫通，管外環(huán)狀濾料層變成了其上部孔隙潛水向下部孔隙承壓水滲流排泄的通道，并在孔隙潛水中形成局部降落漏斗，使上部孔隙潛水的水力梯度發(fā)生了急劇變化，形成了上層潛水補(bǔ)補(bǔ)給孔隙承壓水的直接通道，在滲流過(guò)程中，帶走了上部土體中的部分粉土、粉細(xì)砂等，對(duì)地面塌陷的發(fā)生具有一定的促進(jìn)作用。

圖1 地面塌陷及其影響因素示意圖

3 沉陷式地面塌陷防治措施

3.1 搬遷避讓

對(duì)于地面塌陷附近的高危險(xiǎn)性區(qū)域內(nèi)的居民建議整體搬遷，由于地面塌陷破壞了區(qū)內(nèi)淺層土體地質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致巖土體的承載力，而對(duì)現(xiàn)有建筑物對(duì)其進(jìn)行加固費(fèi)用高、效果難料，因此建議進(jìn)行搬遷避讓，消除因地面塌陷可能造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

3.2 實(shí)施帷幕止水工程

在塌陷區(qū)周圍及其上部土體與下伏卵礫石層之間設(shè)置止水帷幕，隔絕上部孔隙潛水與下部孔隙承壓水的水力聯(lián)系，采用永久性措施徹底堵塞塌陷通道[3]。

3.3 塌陷坑塘回填

選擇無(wú)污染的土、石對(duì)塌陷坑進(jìn)行回填，并對(duì)卵礫石層上部回填物進(jìn)行固結(jié)止水工作（如壓密注漿），近地表處分層碾壓密實(shí)。

3.4 地面變形監(jiān)測(cè)及水位監(jiān)測(cè)

開(kāi)展地面變形監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)塌陷坑及其附近地區(qū)地面水平位移和垂向位移監(jiān)測(cè)。對(duì)塌陷坑附近孔隙潛水位和孔隙承壓水進(jìn)行分層監(jiān)測(cè)。

[1]肖先俊.某鐵路巖溶段塌陷機(jī)理與工程措施研究 [D].西南交通大學(xué),2014.

[2]張?zhí)?周愛(ài)國(guó),馮小銘,蘇晶文,田福金.南京市地面塌陷發(fā)育特征及防治對(duì)策 [J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2011,03(02):3-8.

[3]李國(guó)峰.安徽省沿江地區(qū)巖溶塌陷機(jī)理研究 [D].合肥工業(yè)大學(xué),2015.

一種地面塌陷模式分析研究

■劉萬(wàn)順

P694[文獻(xiàn)碼]A

1000-405X（2016）-10-208-1