漳平市隔顶村岩溶塌陷的成因及稳定性分析

祝安奇

（福建省121 地质大队 福建龙岩 364021）

塌陷区位于漳平市拱桥镇隔顶村东侧山坡，现场可见塌陷点4 处，长圆弧地裂缝1 条，地面多处开裂下沉，为张性裂缝，未贯通。

1 塌陷区概述

1.1 气象水文

塌陷区位于漳平市拱桥镇隔顶村，本区地处低纬度区，属中亚热带，气候温和湿润。年平均气温19.2 ℃，年均降雨量1 525 mm，无霜期317 d；拱桥镇内主要河流为拱桥溪，属于九龙江支流，拱桥溪从永福流入贯穿全境，坑垄峡谷交错，水力资源丰富。

1.2 地形地貌

塌陷区位于漳平市南侧，地貌单元主要为低山，海拔标高最低为+590 m，最高为+900 m，相对高差约310 m。地形坡度较陡，切割强烈，一般坡度20°～40°，局部达45°以上，主要山脉走向为东西向，地形总体呈南高北低的单向坡。区内植被较发育，通视条件较差。

1.3 塌陷区水文地质条件

塌陷区为山坡地，无大型水体汇聚，汇水面积约1.49 km2。在塌陷区东侧山谷有1 条水沟，水面宽度0.50 m，水深0.20 m，流速0.30 m/s，流量20 L/s。塌陷区地表及地下水排泄条件较好，长时间降雨或暴雨期间，山坡地表水沿坡面及冲沟汇集、径流，为瞬时—短时性水流。地表水主要靠大气降水补给，以地面蒸发、地表径流及渗漏方式排泄，水位及流量随季节变化较大。

塌陷区内地下水主要靠大气降水和地下水侧向径流补给。近地表孔隙水含水层富水性差，透水性较强，水位受降雨直接影响；塌陷区基岩岩性为粉砂岩、花岗岩，地下水主要赋存于节理裂隙和风化裂隙中，塌陷区内岩层多发育张开型节理，部分为泥质充填，且区内断层发育，有贯通性较好的大型节理或裂隙，基岩裂隙含水层多为半承压水类型；灰岩层中由于溶洞发育，连通性较好，属强透水层，富水性好，岩溶水通过溶洞、构造破碎带由南向北径流，在低洼沟谷处以泉水形式以及人工采硐排泄。

1.4 地层及构造

根据对塌陷区及其周边进行地质测绘以及钻探工程揭露情况，塌陷区及其周边地层情况为：表层为人类活动的杂填土、坡残积成因的含角砾粉质粘土以及残积砂质黏性土；下伏基岩为二叠系文笔山组的粉砂岩、硅质岩、栖霞组的灰岩和侏罗系燕山期的花岗岩。

区域上该区处于闽西南拗陷带中，断裂构造发育。区内分别有F1、F2、F3、F4、F5、F6等6 条断层通过，均为正断层。

2 地质灾害发育特征

2.1 岩溶塌陷特征

区内发现4 个岩溶塌陷点，其灾害类型为地面塌陷，分别为1# 塌陷、2# 塌陷、3# 塌陷和4# 塌陷，见图1。

图1 塌陷点分布及塌陷区构造图

1# 塌陷：平面形态椭圆形，长轴直径为66.27 m，方向为174°，短轴半径为46.20 m，塌陷可见深度为21.20 m，剖面上呈漏斗状，地面塌陷面积约2 404.63 m2，塌陷边坡坡度60°～70°。坡体岩土层为含角砾粉质黏土、强风化粉砂岩，塌陷规模为大型。

2# 塌陷：平面形态近圆形，直径为16.20 m，塌陷可见深度为11.00 m，剖面上呈坛状，地面塌陷面积约206.12 m2，塌陷边坡坡度55°～65°，坡体岩土层为含角砾粉质黏土、强风化粉砂岩，塌陷规模为中型。

3# 塌陷：平面形态近圆形，直径为38.96 m，塌陷可见深度为20.16 m，剖面上呈漏斗状，地面塌陷面积约1 192.14 m2，塌陷边坡坡度65°～75°，坡体岩土层为含角砾粉质黏土、强风化粉砂岩，塌陷规模为中型。

4# 塌陷：平面形态近圆形，直径为6.00 m，塌陷可见深度为3.00 m，剖面上呈碟状，地面塌陷面积约28.27m2，塌陷边坡坡度50°～60°，坡体岩土层为含角砾粉质黏土，塌陷规模为小型。

地质调查及钻探工程揭露发现塌陷区内易坍塌的岩土层主要为残积砂质粘性土，通过化验分析，其物理力学性质指标统计结果见表1。

表1 残积砂质黏性土物理力学指标统计表

2.2 塌陷区内溶洞特征

地质测绘查明，在2# 塌陷点与3# 塌陷点之间发现落水洞1 个，落水溶洞洞口高度1.0 m，宽约2.0 m，洞内高度3.0 m～4.0 m，局部达6.0 m，为空洞；在废弃的+750 m 水平采硐内发现2 个小型溶洞，洞高约1.0 m～2.0 m，宽约2.0 m～3.0 m，基本为空洞，仅底部见少量充填物。场地溶洞发育程度强，洞高较大。溶洞顶板岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级。

3 地面塌陷成因分析

通过地质测绘、地面高密度电法、钻探工程揭露等资料分析，造成地面塌陷的因素有：存在岩溶洞隙、地层岩性破碎、地质构造复杂、地下水水位变动以及短期强降雨等。

3.1 自然因素

（1）岩溶洞隙的影响。塌陷区出露的基岩为二叠系栖霞组的灰岩，岩性质纯，岩体又地处地下水补给流通区，溶洞发育。区内溶洞净空高5.00 m 以上，为空溶洞，岩溶顶板岩层破碎，为塌陷的产生提供了基本条件。

（2）地层岩性的影响。塌陷区下伏地层为二叠系文笔山组的粉砂岩、泥岩和栖霞组的灰岩，灰岩质纯，为可溶性岩体；岩层中构造节理裂隙特别发育，岩体破碎，完整性较差，在节理、裂隙较发育地段易形成较大规模的隐伏溶洞。上覆的文笔山组粉砂岩受区内构造影响，岩体极破碎，呈碎石状，呈骨架接触，少量泥质充填，其抗塌力低下。塌陷区的第四系覆层，主要为人工坡积含角砾粉质黏土，随着土的颗粒变粗，其抗塌性降低；随着含砂砾量的增加，其抗塌性降低；岩体结构越破碎，渗透性和导水性越好，其抗塌性越差。

（3）地质构造的影响。通过对塌陷区及其周边区域进行地质测绘和高密度电法工作，对塌陷区构造及其特征作出推断。在塌陷区布设了6 条测线，实际完成高密度电法483 个测点的数据采集工作，剖面总长为3 816 m，根据高密度电法反演成果推断解释了6 条断裂，断层赋水性及导水性强。受断层影响，塌陷区内地层裂隙发育，裂隙未充填，岩体破碎，岩体呈碎石状，岩块间呈不规则接触，为塌陷形成提供松散物质。因该区域断层发育，导致区内基岩含水层具有很好的渗透性和导水性，地下水水位受大气降水影响大，断层特征见表2。

表2 断裂推断解释一览表

（4）地下水的影响。场地地下水活动与土洞的形成密切相关，地下水位的升降变化，使上部土体在地下水升降过程中反复涨缩，土体间的结合力及抗剪强度降低，形成松软岩土体。地下水的频繁变化活动作用使得地下水对松软土体产生潜蚀、搬运作用，使得在岩土交界面处易发育土洞，当土洞发育至一定程度则易产生塌陷［5］。

（5）大气降雨的影响。本次塌陷的诱因是长时间降雨（2018 年5 月～7 月降雨量一般30 mm/d～60 mm/d，最大降雨量450 mm/d），降雨对松散覆盖层的岩土体，起到充水和软化作用。在强降雨期间，地下水位迅速上升，浸泡洞顶岩土层，降低了洞顶破碎岩土体的抗塌力，地下水位的变动，产生渗透潜蚀作用，加快地下空洞的形成［2］。因地层破碎，赋水条件差，当降雨停止后，特别是长时间干旱（2018 年8 月～11 月），造成地下水位下降，形成真空吸蚀，将原有洞中松软充填物带走，形成空洞。地下水升降的反复作用，使原本就不稳定的洞体顶板抗塌力降低，洞体上部岩土体在雨水作用下产生塌陷。

3.2 人为因素

塌陷区的人为工程活动，主要为人类灰岩采矿活动，开采方式为硐采，在地下形成采空区。因早期采矿为浅地表硐采，形成的采空区分布较浅。上覆岩层风化严重，岩土体工程力学性能差，同时采矿活动沟通原有溶洞，在水的作用下使原已充填溶洞的充填物下泄，形成空溶洞，且不断扩展，从而形成地面塌陷。

4 塌陷区地面塌陷稳定性分析

塌陷区地处溶蚀—构造成因的低山坡地，岩溶发育程度为岩溶强烈发育区。塌陷已轻微充填改造，充填物疏松，呈流—软状态，地表水汇集入渗，地下水活动强烈，塌陷呈间歇性缓慢活动，现状处于不稳定状态。

根据塌陷点空间分布范围以及数量分析，塌陷区岩溶塌陷的强度大，发育速度快，频率较高；岩溶发育程度强，对岩溶塌陷的影响大；第四系覆盖层对岩溶塌陷的影响强；地质结构对易发性的影响强；地下水对岩溶塌陷的影响强，根据1∶50000《岩溶塌陷调查规范》判定本区为岩溶塌陷易发性高。

根据因地面塌陷牵引所形成的周边裂缝、塌陷点形态特征以及塌陷区岩土层的物理、力学性质分析，在现有塌陷点外围存在潜在的塌陷面。如不采取有效治理措施，在大气降水和地下水活动的作用下，有进一步塌陷的可能。

5 塌陷区地面塌陷发展变化趋势

该塌陷主要是地下水活动导致土洞向上扩展形成的岩溶塌陷。根据塌陷边缘和滑落面倾角以及岩土层的稳定倾角分析，塌陷直径有进一步扩大的可能。

6 结论

本文在对漳平市拱桥镇隔顶村地面塌陷现场调查的基础上，从岩溶洞隙发育、地层岩性、地质构造、大气降雨、地下水和人为因素等方面综合分析，得到结论如下：

（1）根据现场调查和工程钻探结果，塌陷点有4 处，分别为1#塌陷、2#塌陷、3#塌陷和4#塌陷。本区塌陷规模为大型。

（2）塌陷主要是在不利的地层岩性、地质构造、大气降雨、地下水和浅部人工采矿活动等自然因素和人为因素等共同作用下形成的，长时间降雨是本次的塌陷形成主要诱因。

（3）塌陷区目前处于不稳定状态，岩溶洞隙的稳定性较差，地质环境复杂，岩溶塌陷易发性高。