村岩溶塌陷地质灾害研究范文

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关键词：岩溶塌陷；形成机理；防治措施

摘要：根据研究区岩溶发育特点，从区内的地层岩性、覆盖层、构造、水文地质条件及人为因素等多方面入手，研究区内地面塌陷的成因，并利用高密度视电阻率法、地震反射波法、面波勘探法、钻探及地下水长期观测等手段，研究区内溶洞、土洞的分布特征。据此，分析区内岩溶塌陷的形成机理，并提出相应的防治措施。刘备寨村岩溶塌陷主要发育在村中河道和沟谷边缘及基岩浅埋区，塌陷灾害具有隐伏性、突发性、群发性、多因性等特点。岩溶塌陷给城镇建设带来不利影响的同时，更对人民的生命财产安全构成严重的威胁。通过对刘备寨村岩溶塌陷的形成因素的研究，得出刘备寨村岩溶塌陷的机理模型，确定积极的防治措施，减少或消除塌陷灾害，无疑对未来城市建设与发展具有十分重要的意义。

1刘备寨村岩溶塌陷形成因素

岩溶塌陷一般形成因素包括具备开口型溶洞、溶隙的碳酸岩盐、一定厚度的松散覆盖层及易于改变的地下水力条件［1］。通过研究刘备寨村内地质环境，确定本区岩溶塌陷发生的形成因素受地层岩性、覆盖层特征及厚度、构造、地下水动力条件和人为因素的影响。1．1地层岩性研究区下伏基岩为中元古界蓟县系雾迷山组白云岩，倾向155°～185°，倾角37°～68°。属可溶性碳酸盐岩，其化学成分主要为MgCO3、CaCO3，可溶于弱酸性水，溶解度大，溶液不易饱和，易形成规模较大的溶洞；浅部基岩风化破碎岩溶裂隙发育，联通性好，透水性强。

1．2覆盖层特征及厚度

刘备寨村地处遵化盆地，地势总趋势东北高西南低。第四系厚度分布极为不均，北部及西南山区基岩裸露，西部第四系厚度为30～50m；中东地区第四系厚度为20～70m。第四系沉积物上部以粉质粘土为主，其下是以粉质粘土为主的粗砂、砂砾、卵砾石互层，砾砂中密，砂层连续性较差。各层在研究区中部分布较均匀，自中心向四周逐渐变薄；在基岩面普遍存在一层隔水层棕红色粉质粘土，但局部缺失存在"天窗"。钻孔揭露，在基岩浅埋区，第四系粉质粘土沉积层具有大量垂直裂隙，为第四系孔隙水和岩溶裂隙水提供通道；且第四系砂层有被扰动现象。根据对已发生地面塌陷点的统计分析，得出研究区覆盖层厚度与岩溶塌陷的关系,结果表明，刘备寨岩溶塌陷分布较均匀，各覆盖层厚度处均有塌陷发生，与覆盖层厚度关系不大。且发生概率均在20％左右，因此，本研究区内岩溶塌陷与覆盖层厚度关系不大，塌陷坑呈现特点是覆盖层厚度较小区域，塌陷坑以圆形为主，塌陷坑直径也较小；而覆盖层厚度较大区，塌陷坑多以近圆形为主，塌陷坑直径也较大。

1．3构造研究

区北部，基岩出露区发现2条层间滑动断层F6、F7，断层特征如下：F6，为正断层，长为55．9m，倾向为165°，倾角为65°；F7，为正断层，长为60．6m，倾向为174°，倾角为45°。刘备寨村2004年之前的地面塌陷多数集中在F6、F7附近；研究区南部，多被第四系覆盖，通过高密度电法解译出5条断层，分别编号为F1、F2、F3、F4、F5。其中，前4条走向近东西，属顺层滑动断层，F5走向近南北，属正断层；通过地震反射波，解译出F1、F2、F3，3条断层，与高密度电法成果一致。区内施工钻孔揭露，在白云岩层间夹有多层0．4～1．6m的泥钙质夹层，且有落钻现象，印证了断层的存在及此2种物探方法工作成果的可靠性；通过高密度视电阻率电法勘测发现隐伏溶洞2个，分别编号R1、R2，隐伏土洞10个，分布编号T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10；面波勘探解译出土洞12个，分布编号A1、B1、C1、D1、A2、B2、A3、B3、C3、D3、A4、B4，其中D1与T1、T2重合。

1．4水文地质条件研究

区地处低山丘陵区，地下水类型分为第四系孔隙水和岩溶裂隙水。受地形影响，第四系孔隙水主要分布在山谷边缘及河道两侧，基岩中发育岩溶裂隙水。通过调查区内水井，测量第四系孔隙水和基岩裂隙水混合水位，证明两层水之间联系密切；钻孔显示，位于基岩面以上的隔水层棕红色粉质粘土局部缺失，存在天窗，加之断层发育，形成了地下水联系的天然通道。从而，加速了岩石风化带、构造破碎带附近土洞的形成。

1．5人为因素

由于1995～2002年期间，研究区内干旱少雨，同时加大了地下水的抽取量，2002年水位较1994年以前下降了近10．0m，直至2004年水位有所回升。研究显示，区内在黎河附近形成小型地下水降落漏斗，如图2所示。漏斗中心水位埋深在15．0m左右，周边水位埋深20．0m左右。在漏斗中心附近正是农田机井分布密集区域。由于大量抽取地下水，导致地下水位下降，致使周边水流向漏斗中心。地下水位的频繁升降变化及长期汇流，致使第四系土体反复经历浸润－塌落，最终导致松脱的土体被水流带走而形成土洞。其次地表水入渗及地面荷载机械振动时，也会造成土洞塌陷。

2研究区岩溶塌陷的机理分析

根据以往对岩溶塌陷形成机制研究成果［4－7］，分析本区岩溶塌陷主要属于渗透变形，符合唐山岩溶塌陷模型的三元结构［8］。第四系孔隙水通过垂直裂隙、隔水层天窗下流补给基岩裂隙水，受自然地形坡降影响，地下水沿裂隙通道流速增大而形成汇流。此过程中可冲刷、带走溶洞溶隙中的松散充填物，并对覆盖层底部产生潜蚀和掏空作用。人工抽水使岩溶水水位降低时，覆盖层中的孔隙水沿垂直裂隙在下部有岩溶溶隙溶洞的地方，于土层中形成集中渗漏点，在岩土接触面地带可产生流土或接触冲刷现象进而产生土洞。降雨发生后，由于地表水、第四系水沿垂直裂隙的渗漏补给，地下水位快速回升，上升的地下水不仅顶托冲刷裂隙周围土体，还使土体浸润软化，水位的反复变化，使覆盖层底部反复吸水、脱水、松胀、剥落和被带走，在下伏溶洞（隙）开口处产生土洞的雏形，当土洞不断向上扩展，洞顶上部盖层的自重力超过土体抗剪强度时，洞顶垮塌，塌陷形成。

3结论

（1）研究区下伏基岩为中元古界蓟县系雾迷山组白云岩，基岩可溶于水，浅部基岩风化，岩溶裂隙发育；研究区第四系覆盖层分布特征为西薄东厚，厚度一般20～70m，下部以多层含粗砂、砾石的粉质粘土为主，且底部局部缺失隔水层，有利于岩溶塌陷的发生；研究区构造发育，加强了地下水联系，且地下水受天气、季节影响，水位波动大，变化剧烈，是导致岩溶塌陷的主要因素；研究区岩溶塌陷形成机制是渗透变形，符合唐山岩溶塌陷模型的三元结构。

（2）为防止岩溶塌陷再次频繁发生，建议采取以下防治措施：a．控制深井岩溶水的开采，避免使水位在较短时间内快速下降。b．对村内低洼处的沟渠河道、集水坑及以及已发现的地表水渗漏点采取排水防渗措施，进行防渗封堵处理，避免地表水急剧集中渗漏。

参考文献：

［1］河北省地矿局第四水文地质工程地质大队．河北省唐山市岩溶塌陷地质灾害防治前期勘查报告［R］．沧州：1994．

［2］左文哲，董军义，刘善军，等．河北省唐山市山间盆地岩溶塌陷特点及成因分析———以遵化市刘备寨村岩溶塌陷为例［J］．水土保持通报，2007，27（6）：174－177．

［3］左文哲，董军义，刘善军，等．唐山市北部山区岩溶塌陷机制初探［J］．工程勘察，2008，（8）：29－32．

［4］郑彦华，李昌存．唐山市典型岩溶塌陷概述［J］．地球与环境，2005，（s1）：331－336．

［5］王洪涛，恩志，李士雄．唐山市岩溶地面塌陷成因机制与迭置分析方法［J］．中国岩溶，1996，15（4）：312－318．

［6］贺可强，王滨，万继涛．枣庄岩溶塌陷形成机理与致塌模型的研究［J］．岩土，2002，23（5）：564－569．

［7］王滨，贺可强，姜先桥，等．岩溶塌陷渗压效应致塌机理研究———以山东省枣庄市岩溶塌陷为例［J］．中国地质灾害与防治学报，2005，16（1）：18－22．

［8］雷明堂，蒋小珍，李喻．唐山市岩溶塌陷模型试验研究［J］．中国地质灾害与防治学报，1997，（s1）：179－186.

作者：申伟坤1；李昌存2 单位：1．河北省地矿局第五地质大队，2．华北理工大学