某地面塌陷地质灾害形成机制及影响因素

谢名洋，杨旭东（湖南省勘查设计研究院，湖南长沙410014）

某地面塌陷地质灾害形成机制及影响因素

谢名洋，杨旭东（湖南省勘查设计研究院，湖南长沙410014）

本文以湖南省涟源市伏口镇温泉村、易家村为例，介绍地面塌陷的形成机制及影响因素。

地面塌陷；形成机制；影响因素

1　引言

本文以湖南省涟源市伏口镇温泉村、易家村为例，介绍地面塌陷的形成机制及影响因素。

2012年8月，湖南省涟源市伏口镇温泉村、易家村发生大面积地面塌陷地质灾害，主要分布在温泉村、易家两村丘间谷地一带，发现塌陷坑16个，至2014年10月，塌陷坑增至25个，最大塌陷坑面积约为631m2，塌陷最大深度达6m，一般塌陷坑面积20～200m2，深3～10m，共损毁民房4栋，开裂8栋，破坏水井5处，影响500多亩农田灌溉和4000名群众的生产、生活用水，并对人、畜安全造成一定威胁。

2　地面塌陷区基本地质条件

2.1地形地貌

塌陷区属丘陵岩溶地貌，四周地势较高，温泉村和易家村居民集中在一小型盆地内。北部最高点标高约460m，最低点温泉村南落水洞底，标高约345m，最大高差115m。周边出露石炭系壶天群灰岩，地势较为陡峭，局部坡度达70°，一般20～35°。丘脊走向与岩层走向基本一致（地层产状125°∠25°）地表灰岩岩溶发育，岩溶形态为溶沟、溶槽、石笋和落水洞，地下水易沿地表岩溶带补给地下水。

2.2地层岩性

根据初步勘查资料，塌陷区覆盖层主要为第四系残坡积层（Qel+dl），下伏基岩为壶天群（C2+3）灰岩。

（1）第四系残积粉质黏土：棕红色、黄褐色，分布于低洼地带表面，厚度不均匀，一般3～8m，局部厚度达10m以上。

（2）石炭系壶天群灰岩：灰白色、灰色，出露于塌陷区周边丘坡，表层岩溶不均匀发育。

3　地面塌陷形成机制分析及影响因素

3.1地面塌陷形成机制

岩溶地面塌陷的形成要具备三个基本条件：①下部有岩溶化地层，有溶蚀的空间（溶洞或土洞）；②上部有一定厚度的覆盖层；③要有使塌陷产生的作用力，这种力主要来自地下水位的改变及水流产生的水、气作用力及岩、土的自重。

塌陷区处于四周山地的“盆地”中，地势低平，地表和浅部广泛出露有岩溶强烈发育的壶天群灰岩，区内岩溶发育，地下暗河、岩溶空腔、岩溶裂隙强烈发育。“盆地”覆盖型岩溶区的表土厚度小，一般厚仅3.0～8.0m，靠近山麓坡角处的土层则较薄，一般厚0.5～1.5m。“盆地”覆盖型岩溶区地势低洼为地下水的汇集区、垂直补给及径流区，地表水与地下水异常活跃，地下水位埋藏浅，由此容易受自然、人为因素而导致地下水波动，进而容易产生岩溶塌陷灾害。因此，温泉村、易家村“盆地”覆盖型岩溶区容易受自然或外界影响而致灾。

大气降水随季节急剧变化和人工抽排地下水导致地下水位变化频繁、地下水活动强烈，随着矿坑开采深度不断延伸，排水疏干形成的降落漏斗进一步扩大，增强了地下水动力。区内地下河及岩溶发育，加剧了地表水与地下水的水力联系，形成地下通道，加大地下水对岩溶洞隙中松散充填物及覆盖层土层的潜蚀、冲刷和掏空作用，容易在土岩接触面处形成土洞，为地面塌陷提供了地下空间。

本区岩溶塌陷的形成过程大体可分为四个阶段：

（1）地下水位下降，水对覆盖层的浮托力减小，水力坡度增大，水流速度加快，水的潜蚀作用加强。溶洞充填物在地下水的潜蚀、搬运作用下被带走，松散层底部下落、流失而出现拱形崩落、形成隐伏洞体；

（2）隐伏洞体在地下水持续的动水压力及覆盖层的自重作用下，隐伏洞体崩落、迁移，洞体不断向上扩展，引起地面塌陷；

（3）地下水不断侵蚀、搬运崩落体，隐伏洞体继续向上扩展，当覆盖层的自重压力逐渐接近洞体的极限抗剪强度时，地面沉降加剧，在张性压力作用下，地面产生开裂；

（4）当覆盖层自重压力超过了洞体的的极限强度时，地面产生塌陷。塌陷过程中水平方向也将产生张力作用，塌陷周围伴生有开裂现象。

3.2地面塌陷影响因素

3.2.1地质构造

金盘仑逆断层为纵贯全区的主干断层之一，是一条基本顺层的走向逆断层，走向约北东25°，倾向北西。金盘仑断层面介于5煤组与其顶板之间，基本顺层。断层倾角和地层倾角基本一致（地层产状125°∠25°），约15～20°。浅部断层倾角略小于地层倾角，该断层造成测水地层不同程度的缺失，缺失厚度10～40m，一般约25m。龚家排正断层亦为纵贯矿井全区的主干顺层断层，该断层使本矿井范围内缺失梓门桥组和测水组上段地层，该断层基本顺层，断层面产状（110～123°∠15～25°）与下盘测水组地层（地层产状123°∠22°）产状基本一致。

受上述构造的影响，勘查区内岩溶洼地、漏斗、溶洞及地下暗河极为发育。

3.2.2降 雨

在自然因素作用下，区内壶天群灰岩的差异性溶蚀，形成温泉“盆地”状地貌，“盆地”为覆盖型岩溶区，而四周山体则为裸露型岩溶区。“盆地”区山坡坡脚地带的岩溶泉作为周边岩溶地下水的排泄口，周边的地下水汇入至洼地凹陷区。一旦强降雨或持续降雨，地表水顺着分水岭下方往低洼处汇集，而洼地的落水洞、岩溶裂隙、岩溶管道为地表水渗入地下的主要通道，地下水的补给、径流异常活跃。因此，强降雨或持续降雨是产生地面塌陷的诱发因素。

3.2.3地层岩性

塌陷区处于四周山地的“盆地”中，地势低平，地表和浅部广泛出露有岩溶强烈发育的壶天群灰岩，据物探资料，塌陷区下方存在89处岩溶发育区及两处大型地下暗河发育影响区，物探测试剖面测试可岩溶面积约3543750m2，遇见岩溶发育面积319056m2，面岩溶率9.02%。最大岩溶发育影响区面积达19579m2，最小仅为63m2。岩溶发育影响区主要分布在高程330～440m之间（相当于地面标高下5～100m），该高程范围岩溶发育影响区处数为81处，占总处数的91.01%，岩溶发育影响区面积197704m2，占总岩溶发育影响区面积的93.31%，地下岩溶相对集中发育。区内覆盖层厚度小，一般厚仅5.0～8.1m，靠近山麓坡角处的土层则较薄，一般厚0.5～1.5m，土层中含铁锰质结核，底部岩、土接触带含灰岩碎块，抗侵蚀、崩解能力较弱，因此在岩性上及地形上有利于产生塌陷，这是产生地面塌陷的基础内因。

3.2.4采煤活动抽排地下水

2003年以后，由于受温泉煤矿矿井抽排地下水的影响，岩溶水天然状态早已不复存在，地下水的径流途径发生改变。根据实测钻孔地下水位资料，地下水位埋深不一，地下水位与可溶岩顶界面分布有相似之处，整体呈现可溶岩顶界面分布低，地下水位埋藏深；可溶岩顶界面分布高，地下水位埋深浅的特点。地下水位埋深一般介于8.8～27.2m之间，分布高程为345.63～361.15m，最大高差达15.72m，与可溶岩顶界面最大起伏差接近。

4　结论及建议

湖南省涟源市伏口镇温泉村、易家村地面塌陷地质灾害的发生具有自然的因素也有人为的因素，自然因素主要为地质构造、降雨、地层岩性，人为因素主要为采煤活动抽排地下水。

区内属于地下岩溶强烈发育区，地下水交替循环及补、径、排条件活跃，敏感性强，受自然极端气候如长期干旱遇长期暴雨而致使的地下水位急剧变化下，随着时间的推移，在“盆地”覆盖型岩溶区内地下潜在“天窗”处发生塌陷的可能性大，尤其是在“盆地”覆盖型岩溶区地下“天窗”与地下暗河联系紧密处极易发生地面岩溶塌陷，应密切注视。

[1]陈国亮.岩溶地面的塌陷与防治[M].北京：中国铁道出版社，1994.

P642.26

A

2095-2066（2016）31-0101-02

2016-10-23

谢名洋（1983-），男，工程师、一级建造师，硕士，主要从事岩土工程等工作。

杨旭东（1983-），男，工程师，本科，主要从事岩土工程等工作。