簡介
岩溶地面塌陷是指覆蓋在溶蝕洞穴之上的鬆散土體,在外動力或人為因素作用下產生的突發性地面變形破壞,其結果多形成圓錐形塌陷坑。
岩溶地面塌陷是地面變形破壞的主要類型,多發生於碳酸鹽岩、鈣質碎屑岩和鹽岩等可溶性岩石分布地區。激發塌陷活動的直接誘因除降雨、洪水、乾旱、地震等自然因素外,往往與抽水、排水、蓄水和其他工程活動等人為因素密切相關,而後者往往規模大、突發性強、危害也就大。岩溶地面塌陷發現於碳酸鹽岩分布區,其形成受到環境和人類活動的雙重影響。
產生原因
可溶岩及岩溶發育程度
可溶岩是由岩溶地面塌陷形成的物質基礎,而岩溶洞穴的存在則為地面塌陷提供了必要的空間條件。塌陷主要發生在覆蓋型岩溶和裸露型岩溶分布區,部分發育在埋藏型岩溶分布區。溶穴的發育和分布受岩溶發育條件的制約,一般主要沿構造斷裂破碎帶、褶皺軸部張裂隙發育帶、質純層厚的可溶岩分布地段、與非可溶岩接觸地帶分布。岩溶的發育程度和岩溶洞穴的開啟程度,是決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體結構的不完整,形成局部的不穩定;另一方面為容納陷落物質和地下水的強烈運動提供了充分的空間條件。一般情況下,岩溶越發育,溶穴的開啟性越好,洞穴的規模越大,則岩溶地面塌陷也越嚴重。
覆蓋層厚度、結構和性質
鬆散破碎的蓋層是塌陷體的主要組成部分,由基岩構造成的塌陷體在重力作用下沿溶洞、管道頂板陷落而成的塌陷為基岩塌陷。塌陷體物質主要為第四系鬆散沉積物所形成的塌陷叫土層塌陷。
地下水運動
地下水運動是塌陷產生的主要動力條件。地下水的流動及其水動力條件的改變是岩溶塌陷形成的最重要動力因素,地下水徑流集中和強烈的地帶,最易產生塌陷,這些地帶有:
(1)岩溶地下水的主徑流帶;
(2)岩溶地下水的(集中)排泄帶;
(3)地下水位埋藏淺、變幅大的地帶(地段);
(4)地下水位在基岩面上下頻繁波動的地段;
(5)雙層(上為孔隙、下為岩溶)含水介質分布的地段,或地下水位急劇變化的地段;
(6)地下水與地表水轉移密切的地段。
地下水位急劇變化帶是塌陷產生的敏感區,水動力條件的改變是產生塌陷的主要觸發因素。水動力條件發生急劇變化的原因主要有降雨、水庫蓄水、井下充水、灌溉滲漏、嚴重乾旱、礦井排水、強烈抽水等。
此外,地震、附加荷載、人為排放的酸鹼廢液對可溶岩的強烈溶蝕等均可誘發岩溶地面塌陷。
調查方法及調查內容
區域環境地質調查中對岩溶塌陷的調查內容主要有:
1、地貌成因類型與形態、可溶岩層岩性與岩溶發育特徵、上覆第四系鬆散覆蓋層的厚度、結構與工程地質特徵、岩溶地下水類型、水文地質結構和岩溶水的補徑排條件及其動態變化特徵;
2、岩溶塌陷特徵調查,包括分布與規模、形態特徵、發育強度與頻度、發育過程與發育階段、塌陷的伴生現象、上覆土層中土洞的發育與分布等;
3、岩溶塌陷成因調查,包括自然動力因素與人類工程經濟活動對岩溶塌陷發生與發展的影響、確定主要成因與類型;
4、岩溶塌陷危害調查和防治現狀及效果調查。
災情評估
岩溶塌陷等級劃分岩溶塌陷應查明:塌陷的位置、範圍及面積;塌陷量;塌陷區的環境水文地質條件;塌陷原因以及發展趨勢。依據塌陷面積進行等級劃分。
岩溶塌陷災變等級劃分表
種類 | 指標 | 特大型 | 大型 | 中型 | 小型 |
岩溶塌陷 | 岩溶塌陷面積(km2 ) | >20 | 20~10 | 10~1.0 | <1.0 |
采空塌陷面積(km2 ) | >5 | 5~1.0 | 1.0~0.1 | <0.1 |
(據張梁等著《地質災害災情評估理論與實踐》1998,P28)
災情預測
災情預測步驟
1、查明研究區的地質、水文地質條件。
2、調查已有塌陷點的塌陷特徵、分布規律及形成條件(環境及觸發因素),確定出現塌陷的綜合判斷指標。
3、考慮塌陷發展趨勢和對環境的影響程度,對研究區進行塌陷預測分區,提出地表各種重要設施的保護方案和預防措施。
容易產生岩溶塌陷的地段
1、淺部岩溶發育強烈,可溶岩頂板起伏較大,並有洞口和裂口,洞穴無充填物或充填物少,且充填物多為砂、碎石、粉質粘土的地段。
2、采排地下水點附近或地下水位降落漏斗範圍中心(特別是地下水的主要補給徑流方向上)地段。
3、構造斷裂帶(特別是新構造斷裂帶)背、向斜軸部,可溶岩與非可溶岩的接觸部位。
4、溶蝕窪地、積水低地和池塘、沖溝地段。
5、第四系土層為砂、粉質粘土,且厚度小於10m地段。
6、河床及其兩側附近。
預測考慮的影響因子
1、排水量(Q)
2、水位降低值(S)
3、蓋層物理、力學性質的指標(ηi)
4、蓋層厚度(M)
5、岩溶發育程度的指標(K)
6、表征構造破壞程度的參數(G)
7、預測擴展半徑時要考慮時間
8、預測時間、強度時,要考慮到抽水中心的距離
地面塌陷在時間上具有突發性,空間上具有隱蔽性。可用於岩溶地面塌陷的探測方法和儀器有地質雷達(探溶洞)、淺層地震、電磁波、聲波透視(CT)等。用GIS技術中的空間數據管理、分析處理和建模技術對潛在塌陷危險性進行預測,效果良好。中國岩溶塌陷災情評估的方法,主要採用經驗公式法、多元統計分析法,也可根據岩溶類型、岩溶發育程度、覆蓋層厚度和覆蓋層結構,進行岩溶塌陷活動程度判定。
防治措施
一般來說,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。
控水措施
1、清理疏通河道,加速泄流,減少滲漏;
2、對漏水的河、庫、塘鋪底防漏或人工改道;
3、嚴重漏水的洞穴用粘土、水泥灌注填實;
4、規劃地下水開採層位、開採強度、開採時間,合理開採地下水,加強動態監測。
工程加固措施
1、清除填堵法:用於相對較淺的塌坑、土洞;
2、跨越法:用於較深大的塌坑、土洞;
3、強夯法:用於消除土體厚度小,地形平坦的土洞;
4、鑽孔充氣法:設定通風調壓裝置,破壞岩溶封閉條件,減小沖爆塌陷發生的機會;
5、灌注填充法:用於埋深較深的溶洞;
6、深基礎法:用於深度較大,不易跨越的土洞,常用樁基工程;
7、鏇噴加固法:淺部用鏇噴樁形成一“硬殼層”,(厚10~20m即可),其上再設筏板基礎。
非工程性的防治措施
1.開展岩溶地面塌陷的風險評價;
2.開展岩溶地面塌陷的試驗研究,找出臨界條件;
3.增強防災意見,建立防災體系。
岩鎔塌陷的防治儘管難度較大,但只要因地制宜地採取綜合的措施,岩溶塌陷災害是完全可以防治的。
災害事件
2012年5月10日,廣西柳州市柳南區帽合村一房屋底部塌陷出深坑,部分牆體垮塌。當日,廣西柳州市柳南區南環街道辦事處帽合村發生嚴重地質災害,地面塌陷受災面積約4萬平方米,已有多棟房屋倒塌,未造成人員傷亡。當地已將1700多人轉移到安全地帶。
2012年5月11日,柳州岩溶地面塌陷區周邊仍有下陷現象,有的塌坑和裂縫比5月10日有所擴大,在塌陷核心區以外也出現了塌坑。