【學(xué)員問(wèn)題】巖溶塌陷的類(lèi)型及其特征？

　　【解答】一、巖溶塌陷的類(lèi)型劃分

　　我國巖溶塌陷類(lèi)型繁多

　�。ǘ�）各種成因類(lèi)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。

　�。ㄒ唬┳匀凰�陷

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

　　古塌陷：形成于第四紀以前，如“陷落柱”；

　　老塌陷：形成于第四紀期間，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。強度弱，往往呈單個(gè)坑零星分布，塌陷規模隨結構不同而差異很大。按其成因，又可分為：

　　1.暴雨引起的塌陷：暴雨可導致土體迅速充水和地表水的強烈滲透，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(dòng)，由于兩者滲透性的差異，在波動(dòng)過(guò)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)生正負壓力的作用，這些作用都可導致塌陷的產(chǎn)生。

　　3.重力引起的塌陷：在巖溶發(fā)育過(guò)程中，地下洞穴，管道在崩塌作用下不斷擴展，最后導致頂板蓋層在重力作用卞失穩陷落的現象。在巖溶山區并不罕見(jiàn)。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、巖塌陷規模一般較大，形成之后一般不再復活。

　　4.地震引起的塌陷：在構造地震作用下，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(lái)地震塌陷也常有，如：1976年唐山地震引起數十處塌陷等。

　�。ǘ�）人類(lèi)活動(dòng)誘發(fā)的塌陷（簡(jiǎn)稱(chēng)人為塌陷）

　　是由于人類(lèi)的工程——經(jīng)濟活動(dòng)，改變了巖溶洞穴及其上覆蓋層的穩定平衡狀態(tài)而引起的塌陷，約占總數的60%，可見(jiàn)人為作用已成為現代塌陷的重要動(dòng)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(dòng)加載及表水、污水下滲引起等類(lèi)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%.

　　巖溶地區由于礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)，礦坑排水或突水引起的塌陷較為頻繁。凡處于復蓋巖溶區的礦區，在其排水疏干過(guò)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數十米至上百米，疏干影響范圍達數公里至一、二十公里以外。因此在所有各類(lèi)塌陷中，這類(lèi)塌陷范圍最廣，達數至數十平方公里；塌陷坑數量最多，達數百至數干個(gè)；持續時(shí)間最長(cháng)，有的20年尚在繼續；影響也最嚴重，多屬大、中型塌陷。以土層塌陷為主，見(jiàn)有基巖塌陷；除碳酸鹽巖類(lèi)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，4月溫塘泉水減少，6月20日開(kāi)始塌陷，8月20日北面三口沖塌陷，以后河床附近排泄區相繼發(fā)展。1975年恩I井一150米水平開(kāi)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)展達到高峰。隨后逐漸減弱。但仍向外圍緩慢擴展。至1986年塌陷總數達6100多個(gè)，主要發(fā)育于煤系底板茅口灰巖中，呈條帶狀分布，總長(cháng)度20公里以上，煤系頂板長(cháng)興灰巖及大冶灰巖中亦有少量塌陷發(fā)育，塌陷影響范圍達20平方公里。以土層塌陷為主，并見(jiàn)有紅層巖溶的基巖塌陷。礦坑最大排水量8165噸/時(shí)，最低排水標高一350米，塌陷破壞農田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；農業(yè)賠償和塌陷綜合治理費用每年平均150萬(wàn)元至1982年賠償費用共980萬(wàn)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(jiàn)于巖體邊緣的強風(fēng)化帶中）�；鶐r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）受構造破碎或風(fēng)化而較軟弱�；鶐r塌陷的特征是：

　�。�1）其規模不等，大者居多，塌陷直徑從數米到數十米甚至數百米，塌陷坑深度和塌陷蓋層厚度可達數十米至百米以上。

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

　　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。當覆蓋層厚度較�。ㄒ话阈∮�10—20米），抽水降深達到5—10米時(shí)，多有塌陷產(chǎn)生。由于抽水降深有限，其影響范圍約數百米至一、二公里；塌陷坑數量較少，一般數個(gè)至數十個(gè)，僅在集中供水水源地有較大規模的塌陷產(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?chē)�出現塌陷1000多個(gè)，范圍達4平方公里；河北秦皇島柳江供水水源地自1987年抽水以來(lái)，不到一年的時(shí)間產(chǎn)生塌陷286個(gè)，范圍達3.7平方公里。抽水塌陷影響最大的是城市地‘區和鐵路沿線(xiàn)。前者已見(jiàn)于貴陽(yáng)、昆明、武漢、杭州、南京、廣州等六個(gè)省會(huì )和20余個(gè)中小城市。損壞建筑物，破壞風(fēng)景名勝。并危及人身及財產(chǎn)安全；后者影響顯著(zhù)的有津浦線(xiàn)泰安車(chē)站、浙贛線(xiàn)分宜車(chē)站及沈大線(xiàn)瓦房店三家子等處，往往造成斷道停運，甚至列車(chē)脫軌、顛復的災害。

　　3.水庫蓄水或引水引起的塌陷

　　巖溶山區、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)生的正負壓力和沖爆等多種作用下而在庫內產(chǎn)生塌陷，成為廢庫或病庫。這類(lèi)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，湖北、江西等省也有發(fā)生。一般規模較小，塌陷坑數量少，強度較弱，但往往多次復活而不易穩定。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，庫區第四紀復蓋層厚達30余米，上部1.5—2米為粘土，下為砂礫石粘土層，基巖為灰巖，白云質(zhì)灰巖，巖溶較發(fā)育，有地下管道，地下水時(shí)期很深，達103米，水庫建成后自1958—1965年每年塌陷數十個(gè)，累計達117個(gè)，形成長(cháng)400米、寬100米的塌陷區，庫水漏失。后經(jīng)處理，塌坑開(kāi)挖開(kāi)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(wàn)村掛袍山水庫塌陷。這類(lèi)水庫地下水位埋深很大，但季節變化帶常達到地表，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(guò)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)膠結灰質(zhì)礫巖，砂礫巖（湘、贛）及泥灰巖夾層（四川）中。一般規模小，零星分布。

　　4.震動(dòng)或加載引起的塌陷

　　震動(dòng)或加載是使復蓋巖溶區處于接近極限平衡狀態(tài)的隱伏土洞產(chǎn)生塌陷的導因，它們往往與其它因素聯(lián)合作用。該類(lèi)塌陷占人為塌陷的6%.如武漢中南軋鋼廠(chǎng)堆料場(chǎng)的塌陷，就是在抽水的潛蝕作用形成隱伏土洞的基礎上，經(jīng)鋼錠和煤堆的加載作用而塌陷的。震動(dòng)引起的塌陷在鐵路路基附近較為常見(jiàn)，貴昆線(xiàn)K586—K612一段長(cháng)26公里，屬丘狀溶原，多漏斗狀洼地，復蓋層為厚度不足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(chē)站、秧田沖車(chē)站及其區間內最為發(fā)育，見(jiàn)塌陷坑25個(gè)，單個(gè)塌坑規模小，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(chē)通過(guò)時(shí)的震動(dòng)。浙贛線(xiàn)分宜車(chē)站的塌陷除抽水因素外與火車(chē)的震動(dòng)也有密切關(guān)系。公路上汽車(chē)的震動(dòng)也能導致塌陷。如江西樂(lè )平縣邵家板前堂村樂(lè )（平）弋（陽(yáng)）公路西側的粘性土中因汽車(chē)震動(dòng)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。

　　5.表水或污水滲引起的塌陷

　　在廠(chǎng)礦建筑區，由于場(chǎng)地排水不良造成表水下滲或化學(xué)污水下滲溶濾也能導致塌陷的產(chǎn)生，如云南鎮雄板橋氮肥廠(chǎng)廠(chǎng)址，復蓋層為亞粘土、含卵礫石粘土層，厚5米左右，最大19米，發(fā)育有土洞數十個(gè)，基巖為灰巖，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(chǎng)設備陷落。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(chǎng)位于桂林市西北部，陽(yáng)江右岸的巖溶洼地中，地面高出陽(yáng)江水面約3~5m.廠(chǎng)區表層為棕黃色及紅黃色粘性土層，一般厚7~10m，最厚達12m以上，據桂林地區所見(jiàn)，這類(lèi)土層中往往有裂隙發(fā)育�；鶐r為灰巖，巖溶發(fā)育。廠(chǎng)區地下水主要受大氣降水補給，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(yáng)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(guò)基巖中巖溶洞隙的開(kāi)口處匯入巖溶洞穴通道，排出陽(yáng)江。

　　該廠(chǎng)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(yáng)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(chē)間排放的含酸廢水及雨水幾乎全部由車(chē)間內外的一些漏水點(diǎn)就地漏入地下。

　　自1977年以來(lái)，水處理車(chē)間內及沿排水溝附近地面曾多次出現塌陷洞或坑。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及其周?chē)�地面，略呈橢圓形，東西長(cháng)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?chē)鸀樘撏裂谏w。在相鄰的W3罐體東南角基礎暴露，見(jiàn)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烈腐蝕，又對土體中可溶鹽的化學(xué)溶濾，使土體結構被散解，并促進(jìn)機械潛蝕作用的發(fā)展，從而造成了地面塌陷，這是造成塌陷的主要原因。

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