一种地面塌陷模式分析研究

（合肥工业大学 /安徽省地质环境监测总站安徽合肥230001）

（合肥工业大学 /安徽省地质环境监测总站安徽合肥230001）

本文以马鞍山市一处地面塌陷地质灾害隐患点为研究对象，具体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。

地面塌陷沉陷式地质灾害

我国的铁矿资源比较丰富，在长期开采的背景下，容易发生地面坍塌、滑坡、地裂缝、泥石流、崩塌等现象，具有比较大的危害[1]。地面塌陷主要有三种模式：地堑式地面塌陷、冒落式地面塌陷、沉陷式地面塌陷。

2016年5月，马鞍山市一处地面塌陷地质灾害隐患点再次发生塌陷。塌陷坑剖面形态呈上大下小的碗形，塌陷坑四周陡立，高差约为3-5m，中下部向塌陷中心倾斜，坑底塌落物成分为粉质粘土与粉细砂，呈流塑状态。

1 工程地质特征分析

1.1 岩体

主要为以凝灰岩为主火山质碎屑岩岩组（Hs）：由白垩系下统姑山组火山碎屑岩组成，岩石蚀变强烈，多为松软-半坚硬块状，裂隙不发育。据区内勘察资料，其单轴抗压强度26.0-44.0MPa，工程地质条件较好。

1.2 土体

主要由冲积形成的粉质粘土、粉质粘土与粉砂互层、粉质粘土夹粉砂和砂卵石组成，按照工程地质特征分为9个工程地质层:（1）粉质粘土：层厚2.00-5.10m，褐黄色，稍湿，可塑。（2）淤泥质粉质粘土：厚约0-2.00m，黑灰色，湿，饱和，流塑状态。（3）粉质粘土与粉砂互层：厚约3.0-15.80m，灰色，湿，流-软塑状态。（4）粉质粘土：厚约0.5-2.5m，灰、灰绿色，湿，饱和，流塑-软塑状态。（5）粉质粘土夹粉砂：层厚约1.50-8.80m，灰色，湿-饱和，软塑状态。（6）粉质粘土夹粉砂：厚约2.50-13.8m，灰色，湿-饱和，软塑、局部可塑状态。（7）粉质粘土：层厚约3-10m，灰色，稍湿，可塑状态。（8）粉质粘土夹砂：层厚1.20-11.25m，灰色、湿、软塑-可塑。（9）卵砾石：层厚8.90-18.80m，青灰、黄褐色，湿，松散~稍密，砂多为中砂，部分粗砂。

2 沉陷式地面塌陷影响因素初步分析

2.1 地层结构对地面塌陷的影响

塌陷坑上部地层主要为粉质粘土与粉砂互层类土为主，呈软-可塑状态，力学强度低，单层厚度薄，抗侵蚀、抗变形能力差，属于典型的河流漫滩相沉积物；且其中的淤泥质粉质粘土属于软土，呈流-软塑状态，具有触变性、流变性、高压缩性、低透水性及不均性，较之其它粘性土更易于变形破坏[2]。

下部卵砾石层赋存有丰富的地下水，属强透水地层，其中的地下水对上覆地层的潜蚀性较强，并有导致上覆地层发生变形破坏和塌落的可能性，进而在上覆地层中形成土洞，当土洞向上发展至近地表时即可发生地面塌陷，上下贯通的土洞也就成了塌陷通道；而下部的卵砾石层空隙较大，具有巨大的贮存空间，地面塌陷形成的塌落物在水流携带下可逐渐沉积于卵砾石层空隙中。

2.2 矿山疏干排水对地面塌陷的影响

塌陷坑附近现有1座铁矿矿山，该铁矿已开采多年，塌陷坑及其附近地区长期处于该矿疏干排水影响范围内。受矿山开采影响，塌陷坑处孔隙承压水水位大幅度下降，水位埋深15.00-20.00m（天然水位埋深0.50-1.50m），而当地孔隙潜水水位埋深一般1.00m左右，从而在第四系孔隙潜水与孔隙承压水之间存在较大的水头差，自上而下的渗透作用和动水压力亦显著增大，加剧了下部卵砾石层孔隙承压水的潜蚀作用，并导致上部地层局部结构逐渐破坏。

水位差所导致的径流场和应力场的变化，一方面使作用于卵砾石层上部土体上的附加应力增加，使土体发生变形，引起岩土渗透性能改变；另一方面，地下水静水压力差和渗流产生的动水压力又直接导致土体发生剪切变形和破坏，在上部土体中产生土洞，并不断向上发展，当土洞发展至近地表时，地面塌陷也就不可避免。

2.3 附近水文观测孔对地面塌陷的影响

该孔为某一铁矿探矿权勘查时施工的水文长期观测孔，与塌陷坑相距不足10m，因其在成井过程中及成井结构的缺陷，对当地地面塌陷的发生具有一定的促进作用。

该孔在成井、洗井、抽水试验过程中，在卵砾石含水层中形成局部降落漏斗，与铁矿疏干排水降落漏斗的叠加，在塌陷坑附近形成了复杂的径流场，增强了卵砾石层孔隙承压水对上覆土体的侵蚀、淘蚀作用，加速了上覆土体中土洞的形成。在成井时滤料填充范围过高，已导致塌陷坑附近的上部孔隙潜水与下部的孔隙承压水上下贯通，管外环状滤料层变成了其上部孔隙潜水向下部孔隙承压水渗流排泄的通道，并在孔隙潜水中形成局部降落漏斗，使上部孔隙潜水的水力梯度发生了急剧变化，形成了上层潜水补补给孔隙承压水的直接通道，在渗流过程中，带走了上部土体中的部分粉土、粉细砂等，对地面塌陷的发生具有一定的促进作用。

图1 地面塌陷及其影响因素示意图

3 沉陷式地面塌陷防治措施

3.1 搬迁避让

对于地面塌陷附近的高危险性区域内的居民建议整体搬迁，由于地面塌陷破坏了区内浅层土体地质结构，导致岩土体的承载力，而对现有建筑物对其进行加固费用高、效果难料，因此建议进行搬迁避让，消除因地面塌陷可能造成人员伤亡和财产损失。

3.2 实施帷幕止水工程

在塌陷区周围及其上部土体与下伏卵砾石层之间设置止水帷幕，隔绝上部孔隙潜水与下部孔隙承压水的水力联系，采用永久性措施彻底堵塞塌陷通道[3]。

3.3 塌陷坑塘回填

选择无污染的土、石对塌陷坑进行回填，并对卵砾石层上部回填物进行固结止水工作（如压密注浆），近地表处分层碾压密实。

3.4 地面变形监测及水位监测

开展地面变形监测，主要监测塌陷坑及其附近地区地面水平位移和垂向位移监测。对塌陷坑附近孔隙潜水位和孔隙承压水进行分层监测。

[1]肖先俊.某铁路岩溶段塌陷机理与工程措施研究 [D].西南交通大学,2014.

[2]张泰丽,周爱国,冯小铭,苏晶文,田福金.南京市地面塌陷发育特征及防治对策 [J].中国安全科学学报,2011,03(02):3-8.

[3]李国峰.安徽省沿江地区岩溶塌陷机理研究 [D].合肥工业大学,2015.

一种地面塌陷模式分析研究

■刘万顺

P694[文献码]A

1000-405X（2016）-10-208-1