岩溶塌陷地质灾害监测关键技术研究

【学员问题】岩溶塌陷的类型及其特征？

【解答】一、岩溶塌陷的类型划分

我国岩溶塌陷类型繁多

（二）各种成因类型的发育特征

我国岩溶塌陷主要发育于华南的连片岩溶区。

（一）自然塌陷

在天然作用下产生的塌陷，约占总数的33%（不包括陷落柱），是各类塌陷中最多的一种。

古塌陷：形成于第四纪以前，如“陷落柱”；

老塌陷：形成于第四纪期间，具残留形态，往往为后期堆积物充填或掩盖；

新塌陷：新近时期产生，或形成时期不明，但形态保持较好。它们多发育于地下水变化迅猛的岩溶山地的洼地、槽谷中，塌陷范围小。强度弱，往往呈单个坑零星分布，塌陷规模随结构不同而差异很大。按其成因，又可分为：

1.暴雨引起的塌陷：暴雨可导致土体迅速充水和地表水的强烈渗透，并在一定条件下引起岩溶地下水位的急剧上升而产生正压冲爆作用，易于产生塌陷。

2.洪水引起的塌陷：在近岸地带第四系冲积层中潜水位和岩溶地下水位均随洪水位而波动，由于两者渗透性的差异，在波动过程中不但可产生有利于渗透潜蚀作用的附加水头，而且还产生正负压力的作用，这些作用都可导致塌陷的产生。

3.重力引起的塌陷：在岩溶发育过程中，地下洞穴，管道在崩塌作用下不断扩展，最后导致顶板盖层在重力作用卞失稳陷落的现象。在岩溶山区并不罕见。岩溶漏斗、地下河天窗岩溶障谷、天生桥等地岩溶形态有许多就是塌陷的遗迹，这些基、岩塌陷规模一般较大，形成之后一般不再复活。

4.地震引起的塌陷：在构造地震作用下，在覆盖层比较薄弱的地段也可产生一系列的塌陷，如1853年2月在湖南新宁，5级地震的历史记载c“有声如雷，陷成七潭，大小不一，皆有水涌出”。此外，近几十年来地震塌陷也常有，如：1976年唐山地震引起数十处塌陷等。

（二）人类活动诱发的塌陷（简称人为塌陷）

是由于人类的工程——经济活动，改变了岩溶洞穴及其上覆盖层的稳定平衡状态而引起的塌陷，约占总数的60%，可见人为作用已成为现代塌陷的重要动力。人为塌陷按成因又可分为坑道排水或突水、抽汲岩溶地下水、水库蓄引水、震动加载及表水、污水下渗引起等类型塌陷+前三者共古人为塌陷的92%.

1.坑道排水或突水引起的塌陷

是指由于矿坑、隧道、人防及其它地下工程排水或突水引起的塌陷，其中以矿坑排、突水塌陷为主，占人为塌陷的17%.

岩溶地区由于矿产资源的开发，矿坑排水或突水引起的塌陷较为频繁。凡处于复盖岩溶区的矿区，在其排水疏干过程中，几乎都不可避免地产生塌陷，主要分布于湘中、鄂东南、赣中——赣东北及安徽的沿江地带。由于矿坑排水降深达数十米至上百米，疏干影响范围达数公里至一、二十公里以外。因此在所有各类塌陷中，这类塌陷范围最广，达数至数十平方公里；塌陷坑数量最多，达数百至数干个；持续时间最长，有的20年尚在继续；影响也最严重，多属大、中型塌陷。以土层塌陷为主，见有基岩塌陷；除碳酸盐岩类塌陷外，还有少量红层岩溶塌陷。

例如湖南恩口煤矿于1972年3月21日恩Ⅱ井放水试验，4月温塘泉水减少，6月20日开始塌陷，8月20日北面三口冲塌陷，以后河床附近排泄区相继发展。1975年恩I井一150米水平开始排水后，塌陷加剧。1977—1979年因25号点突水，水量1400吨/时，塌陷剧烈发展达到高峰。随后逐渐减弱。但仍向外围缓慢扩展。至1986年塌陷总数达6100多个，主要发育于煤系底板茅口灰岩中，呈条带状分布，总长度20公里以上，煤系顶板长兴灰岩及大冶灰岩中亦有少量塌陷发育，塌陷影响范围达20平方公里。以土层塌陷为主，并见有红层岩溶的基岩塌陷。矿坑最大排水量8165吨/时，最低排水标高一350米，塌陷破坏农田9500亩，拆迁民房18300平方米，毁坏小水库8座，山塘180多口，河床塌陷改河铺底5300米，河水灌入增加矿坑涌水量，最大灌入量8000吨/时，并将泥砂带入矿坑；农业赔偿和塌陷综合治理费用每年平均150万元至1982年赔偿费用共980万元。

人为塌陷中的基岩塌陷都与矿坑排水或突水有关。基岩塌陷的盖层可以是碳酸盐岩，各种碎屑岩甚至火成岩（如大广山铁矿见于岩体边缘的强风化带中）。基岩塌陷一般具备两个条件：一是有较大的隐伏洞穴，二是盖层岩层（体）受构造破碎或风化而较软弱。基岩塌陷的特征是：

（1）其规模不等，大者居多，塌陷直径从数米到数十米甚至数百米，塌陷坑深度和塌陷盖层厚度可达数十米至百米以上。

（2）其分布明显地受断裂构造控制，一般多发育于构造交汇破碎带。

2.抽汲岩溶地下水引起的塌陷

主要由于水井抽水引起，分布较为普遍，约占人为塌陷的49%，均为土层塌陷。当覆盖层厚度较薄（一般小于10—20米），抽水降深达到5—10米时，多有塌陷产生。由于抽水降深有限，其影响范围约数百米至一、二公里；塌陷坑数量较少，一般数个至数十个，仅在集中供水水源地有较大规模的塌陷产生，如贵州水城水钢供水水源地，16口抽水井中有14口井周围出现塌陷1000多个，范围达4平方公里；河北秦皇岛柳江供水水源地自1987年抽水以来，不到一年的时间产生塌陷286个，范围达3.7平方公里。抽水塌陷影响最大的是城市地‘区和铁路沿线。前者已见于贵阳、昆明、武汉、杭州、南京、广州等六个省会和20余个中小城市。损坏建筑物，破坏风景名胜。并危及人身及财产安全；后者影响显著的有津浦线泰安车站、浙赣线分宜车站及沈大线瓦房店三家子等处，往往造成断道停运，甚至列车脱轨、颠复的灾害。

3.水库蓄水或引水引起的塌陷

岩溶山区、洼地、谷地的小型水库及少量中型水库，多在水体增荷，渗漏潜蚀及雨季地下水位迅猛变化产生的正负压力和冲爆等多种作用下而在库内产生塌陷，成为废库或病库。这类塌陷约占人为塌陷的26%，主要分布于广西、贵州、四川、湖南、云南等省区，湖北、江西等省也有发生。一般规模较小，塌陷坑数量少，强度较弱，但往往多次复活而不易稳定。水库塌陷在悬托型河谷中极易产生，如云南以礼河水槽子水库，库区第四纪复盖层厚达30余米，上部1.5—2米为粘土，下为砂砾石粘土层，基岩为灰岩，白云质灰岩，岩溶较发育，有地下管道，地下水时期很深，达103米，水库建成后自1958—1965年每年塌陷数十个，累计达117个，形成长400米、宽100米的塌陷区，库水漏失。后经处理，塌坑开挖开至基岩，先填大石块，再填小石块，其上铺盖1—2米的水泥板，再回填粘土，效果良好。此外，在峰丛、丘丛洼地中的水库，其下往往有暗河管道发育，也易塌陷，如江西德兴万村挂袍山水库塌陷。这类水库地下水位埋深很大，但季节变化带常达到地表，在这种情况下，其处理一定要采取通气减压措施，作为地下管道的调压井才能收效。贵州普定火石坡水库的一个塌陷，多次处理，多次复活，甚至用钢筋混凝土盖板也未收效，原因恐在于此。引水渠道通过岩溶发育地段，也往往因渠水渗漏潜蚀形成塌陷。如湖南凤凰龙溪河水库引水渠道塌陷。

蓄水和坑道排水、抽水还往往引起红层岩溶的塌陷，它们产生于洞隙型岩溶发育的红色钙质胶结灰质砾岩，砂砾岩（湘、赣）及泥灰岩夹层（四川）中。一般规模小，零星分布。

4.震动或加载引起的塌陷

震动或加载是使复盖岩溶区处于接近极限平衡状态的隐伏土洞产生塌陷的导因，它们往往与其它因素联合作用。该类塌陷占人为塌陷的6%.如武汉中南轧钢厂堆料场的塌陷，就是在抽水的潜蚀作用形成隐伏土洞的基础上，经钢锭和煤堆的加载作用而塌陷的。震动引起的塌陷在铁路路基附近较为常见，贵昆线K586—K612一段长26公里，属丘状溶原，多漏斗状洼地，复盖层为厚度不足10米的残坡积红色粘性土，地下水位在基岩顶板以下，1974年—1980年沿路基塌陷4段共38个塌陷坑，其中，浑水塘车站、秧田冲车站及其区间内最为发育，见塌陷坑25个，单个塌坑规模小，多发生于雨季。其成因除了表水下渗潜蚀作用外，主要是火车通过时的震动。浙赣线分宜车站的塌陷除抽水因素外与火车的震动也有密切关系。公路上汽车的震动也能导致塌陷。如江西乐平县邵家板前堂村乐（平）弋（阳）公路西侧的粘性土中因汽车震动产生塌陷坑5个。以上这些塌陷都是发生于隐伏土洞发育的地区。

5.表水或污水渗引起的塌陷

在厂矿建筑区，由于场地排水不良造成表水下渗或化学污水下渗溶滤也能导致塌陷的产生，如云南镇雄板桥氮肥厂厂址，复盖层为亚粘土、含卵砾石粘土层，厚5米左右，最大19米，发育有土洞数十个，基岩为灰岩，地下水位7.6—15.7米，位于基岩顶板以下，1972年产生塌陷15个，使工厂设备陷落。其中13个塌陷分布于流水池和污水池一带，显示与表水和污水下渗作用有关。

桂林市第二造纸厂位于桂林市西北部，阳江右岸的岩溶洼地中，地面高出阳江水面约3~5m.厂区表层为棕黄色及红黄色粘性土层，一般厚7~10m，最厚达12m以上，据桂林地区所见，这类土层中往往有裂隙发育。基岩为灰岩，岩溶发育。厂区地下水主要受大气降水补给，地表水渗入覆盖土层后，一部分在土层中形成裂隙潜水，呈水平径流缓慢排向阳江一级阶地，大部分的入渗水流沿土层裂隙向下渗到基岩面后，通过基岩中岩溶洞隙的开口处汇入岩溶洞穴通道，排出阳江。

该厂于1973年建成投产。生产排放的废水平均每日约10~20立方米，含盐酸约1~2%，具强腐蚀性。这些含酸废水由砖砌及水泥沙砂浆抹面地沟或排水沟排入阳江。由于水的酸性腐蚀，使地和排水沟逐渐破坏漏水，而终致完全失效。车间排放的含酸废水及雨水几乎全部由车间内外的一些漏水点就地漏入地下。

自1977年以来，水处理车间内及沿排水沟附近地面曾多次出现塌陷洞或坑。1983年8月11日下午一时零五分，一号混合罐地基突然陷落，罐体向北325°西方向倾覆，部分输水管道扭断压碎，致使生产停顿。塌陷范围包括一号罐体基础及其周围地面，略呈椭圆形，东西长约3m多，南北宽2m多。地面一般下陷0.5~0.8m，周壁直立，且多向外凹进呈倒坡，罐体底部直径2m、厚0.9m的混凝土基座随罐体陷落掀倒，周围为虚土掩盖。在相邻的W3罐体东南角基础暴露，见其下有空隙存在。

造成塌陷的原因：一是地基土层中有隐伏土洞；二是含酸废水和地表雨水 集中渗漏，既造成了对混凝土的强烈腐蚀，又对土体中可溶盐的化学溶滤，使土体结构被散解，并促进机械潜蚀作用的发展，从而造成了地面塌陷，这是造成塌陷的主要原因。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。