武汉地区岩溶地面塌陷类型PPT推荐.ppt

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岱家山谌家矶蒋家墩武钢北部：

北部：

自岱家自岱家山、谌家矶至山、谌家矶至蒋家墩、武钢。

蒋家墩、武钢。

东西长约东西长约17km，南北宽约，南北宽约0.82.8km。

汉阳邹家湾十里铺龟山武汉大学中部：

汉阳邹中部：

汉阳邹家湾、十里铺、家湾、十里铺、龟山至蛇山、龟山至蛇山、武汉大学、王武汉大学、王家店。

东西长家店。

东西长约约35km，南北，南北宽约宽约0.52.0km。

蛇山王家店南部：

自汉阳南部：

自汉阳太子湖至武昌太子湖至武昌陆家街、武太陆家街、武太闸及南湖广大闸及南湖广大地区。

东西长地区。

东西长约约35km，南北，南北宽约宽约4.05.0km。

太子湖陆家街武泰闸南湖片区北部：

自岱家山、谌家矶至蒋家墩、武钢。

东西长约17km，南北宽约0.82.8km。

中部：

汉阳邹家湾、十里铺、龟山至蛇山、武汉大学、蚂蚁嶂。

东西长约35km，南北宽约0.52.0km。

南部：

自汉阳太子湖至武昌陆家街、武太闸及南湖广大地区。

东西长约35km，南北宽约4.05.0km。

此外，在汉南区也有一条东西向狭长的石灰岩条带。

上述几个条带中，北部及中部条带从来未发北部及中部条带从来未发生过塌陷。

有史以来十余起塌陷基本上都发生在生过塌陷。

有史以来十余起塌陷基本上都发生在南部条带和汉南条带上。

南部条带和汉南条带上。

三、武汉市区发生塌陷的记录三、武汉市区发生塌陷的记录1931年8月武昌丁公庙（倒口湖）塌陷；

1978年汉阳轧钢厂钢材库塌陷；

1983年武昌阮家巷塌陷；

1988年武昌陆家街中学塌陷；

1999年4月青菱乡毛坦港小学塌陷（2000年又塌一次）；

2000年2月武昌涂家沟司法学校塌陷；

2000年4月青菱乡烽火村塌陷；

2005年和2006年阮家巷（倒口湖）两次塌陷；

2008年23月汉南纱帽镇陡埠堤塌陷；

2009年6月至11月武咸公路改造段先后发生8处塌陷。

以上以上18处和第处和第10处塌陷全部发生在南部石灰岩处塌陷全部发生在南部石灰岩条带上，第条带上，第9处发生在汉南条带上。

处发生在汉南条带上。

四、机理四、机理不同地质条件具有不同的塌陷机理。

最早流行的是“潜蚀”机理。

上世纪80年代出现了“真空吸蚀”机理。

本文提出“潜蚀液化漏失”机理。

实际情况是三种机理并存，不同地质条件下的塌陷符合不同机理。

1、潜蚀机理所谓“潜蚀”是泛指地下水在运动过程中不断带走土中物质的机械作用过程。

岩溶地面塌陷过程中的“潜蚀”一般是发生在土岩接合面附近的土中。

最有利于发生潜蚀的条件是覆盖层为粘性土，且岩溶地下水位已脱离基岩顶面降至岩体中而在地下水位以上存在饱气带，亦即岩面上下地下水的垂直循环带。

由于基岩面的高低变化，特别是在溶沟、溶槽中易形成土层底部的小径流，在漫长的潜蚀过程中将土中物质带入溶洞中，在上覆粘性土层中形成“土洞”。

当土洞顶板土层超越自撑能力时，发生地面塌陷。

土洞形成要两个重要条件，一是岩溶地下水位低于土岩界面，二是土岩界面高差较大。

因此，土洞多数分布在山前或山间谷地。

2、潜蚀渗流或振动液化漏失机理这是一种混合类型。

当覆盖层为二元结构冲积层且冲积层下部饱和粉土、砂、砾石层直接盖在岩面之上时，在粉土、砂、砾石层中的孔隙水与可溶岩中的岩溶裂隙、管道水发生直接联系，形成统一运动情况下，由于水位不断升降变化，尤其是岩溶地下水位或承压水头低于孔隙水位时，发生垂直渗流。

先是在粉土、砂、砾石层中发生潜蚀作用，形成“漏斗状疏松体”，进而因垂直渗流加剧，局部水力坡度加大，砂、砾石土呈液化状态流入岩溶空洞，地面出现塌陷坑。

另一种液化是打桩采用重锤冲击，产生振动液化。

3、真空吸蚀机理所谓“真空吸蚀”是指岩溶地下水在大量抽取或因矿井大量排水后水位在短时间内急剧下降过程中的“活塞”作用下形成负压至真空状态。

在这种负压或真空作用下，覆盖土层对应岩溶地下通道的薄弱位置在瞬间产生陷坑或陷洞。

这种由负压或真空对覆盖层的抽吸作用称为“真空吸蚀”。

这种作用所产生的塌陷确实存在，但主要发生在矿山地区和集中抽取岩溶地下水的群井水源地，有时也发生在公路、铁路隧道施工的突水地段。

这种因“真空吸蚀”产生的塌陷坑往往成群出现，在短时间内可产生几十甚至上百个陷坑或陷洞，其危害相当严重。

是否会发生真空吸蚀，主要有两个特殊条件：

其一是大量抽排岩溶地下水，水位在短时间内急剧下降；

其二是覆盖层对地下岩溶有良好的封闭作用，能使在水位下降的过程中形成充分的负压或真空。

这两个条件就决定了这类塌陷分布的特殊地域性。

比如在岩溶地下水的补给区和排泄区（可溶岩出露区）和不存在水位急降条件的地区，就不易发生这类塌陷。

上述三种机理是指三种不同地质条件下的塌陷过程特点，也就是说不同条件符合不同机理。

其共同特点是，必须具备岩溶空洞及联系通道和地下水的运动，所不同的是覆盖土层与岩溶的组合性质不同和触发因素不同。

前两者机理是以自然因素为基本因素，最后一种则以人为因素为主。

五、类型五、类型岩溶地面塌陷基本上分为三种类型：

一是饱和松散层（粉土、砂、砾石）“漏失”型，即饱和松散层在地下水位变化过程中发生潜蚀液化，直接漏失到岩溶空洞中，造成地面塌陷。

此类塌陷规模大，突发性强，危害最大。

如武汉市汉南纱冒镇塌陷，最大陷坑160m60m，最深处10m，陷入土方达15000方；

烽火村塌陷22个陷坑，最大者达60m50m，深10余米，其中三栋小楼陷入坑中（图12）。

图1烽火村岩溶地面塌陷地质剖面图图2武汉市汉南纱冒镇塌陷二是“土洞塌陷型”，即粘性土（多为Q3-Q2老粘性土）在土岩界面上长期受地下水潜蚀而形成土洞。

当土洞顶板土层厚度减小到不能自撑时，受某种触发因素（强降雨、抽水或打桩、爆破振动或地震）作用产生塌陷。

此种塌陷一般规模不大，地表陷坑直径为几米至十几米，数量取决于土洞数目（图3）。

图3湖北大冶老土桥村土洞剖面三是“真空吸蚀塌陷型真空吸蚀塌陷型”，无论是饱和粉土、砂、砾石覆盖层，还是粘性土覆盖层，都可能在岩溶地下水位急剧、大幅度下降过程中由于真空负压作用而发生地面塌陷。

在自然条件下很少发生地下水急剧、大幅度下降过程，而多半是人为活动（抽水或矿井排水）引起的。

如湖北应城的汤池温泉，在石灰岩中抽取热水时，当水位降至土岩界面以下一定深度（取水量1600T/d）便发生地面塌陷。

六、分布规律六、分布规律从上述的三种塌陷机理和相对应的三种塌陷类型可知，不同的地质条件决定了不同的塌陷类型。

地质条件最突出的特点是可溶岩之上覆盖层性质第四纪地层组合特点和地下水埋藏类型及其变动特点，这些条件则决定了塌陷分布规律。

众所周知，地貌单元决定其单元内第四纪地层的时代和地层组合特征。

其中，地层组合特征决定了土岩界面之上土层性质，如冲积层二元结构（上部为粘性土，下部为粉土、砂及卵砾石）就限定了塌陷类型为“潜蚀液化”漏失型；

地层时代则决定了土层固结密实程度，也就决定了它抵抗漏失的能力，如山前坡地或山间谷地粘性土则不可能因潜蚀液化而漏失，而只能是在土岩接触面附近，因长期潜蚀而形成土洞。

这两种类型实际上受地貌单元的严格控制。

仅以武汉及其周边地区为例，略述塌陷分布规律。

武汉地区自北向南有三条隐伏石灰岩条带呈东西向分布，横穿长江及其阶地。

根据已发生的多次塌陷，概括以下四条规律：

1、自1931年至今，武汉市区先后发生的10余次岩溶地面塌陷全部分布在长江一级阶地的二元结构冲积层中，其地层组合为上部粘性土，下部粉细砂（偶见卵砾石），地层时代为Q4。

地下水分三层：

上层滞水、孔隙承压水和岩溶承压水。

产生塌陷地段的岩溶承压水头低于冲积层孔隙承压水头数米。

2、长江二、三级阶地老粘土（Q2Q3）区，虽有石灰岩条带分布，但从未发生过塌陷，原因是无土洞分布（已经成千上万个钻孔证实）。

没有土洞的原因有二：

一是阶地下石灰岩面高差很小，不利于土岩面上地下水流动；

二是岩溶承压水头往往高于土岩界面。

3、武汉市周边的山前坡地或山间谷地老粘性土下隐伏岩溶区（乌龙泉、大冶）偶有土洞型塌陷发生。

其原因是土岩界面坡度大，岩溶地下水位低于岩面，存在较大的岩溶饱气带和垂直循环带，易于形成土洞。

4、大量抽排岩溶地下水地段，易发生真空吸蚀型地面塌陷。

如湖北应城汤池温泉，当将岩溶水的承压水头抽至土岩面以下数米（即抽水量达1600T/d）时，地面即发生塌陷；

湖北松宜煤矿区，上世纪70年代曾因井下突水、淹井，造成地面河床处发生多处陷坑，河水大量灌入地下。

七、塌陷内外因七、塌陷内外因基本条件（内因）是基岩中存在岩溶空洞并有与覆盖层相连的通道，所以塌陷属于地质灾害。

外因有三：

11、自然因素、自然因素地下水长期运动，疏通通道、带走充填物，引起地面塌陷。

纯属自然地质灾害，武汉市区19312006年10余次塌陷均属此类。

22、人为抽取地下水、人为抽取地下水，造成水位下降，加速地下水运动，诱发塌陷地质灾害产生。

1978年汉阳轧钢厂塌陷属此类。

33、钻孔或打桩、钻孔或打桩，尤其是冲击振动成孔引起盖层砂土液化、漏失、诱发塌陷地质灾害产生。

汉南纱帽镇塌陷和武咸公路塌陷属此类。

后两种情况产生的前提还是地下空洞和通道存在，因此，本质上还是自然地质灾害。

八、防治对策、措施八、防治对策、措施1、绕避、及时回填（如烽火村）。

2、严禁在易塌陷区开采地下水或限量抽水（如汤池温泉）。

3、在建筑区范围内填充、堵塞岩溶空洞及通道（如汉南纱帽镇长江大堤）。

这是一项根本措施（两种方式：

竖向在石灰岩中注浆充填空洞和通道；

水平向在土岩结合面上下注浆，形成水平封闭帷幕）。

4、在易塌陷区进行建筑的工程一律采用入岩桩基。

5、桩基施工中按以下工序进行（如武咸公路）：

超前钻孔分层注浆（或砼）充填溶洞，堵塞通道；

护筒（或钢管桩）跟进，密封土岩接合面；

最宜采用大功率迴转钻机成孔，遇空洞漏浆时采用冲击硾填粘土、片石，封闭后再迴转钻进，尽量少冲击振动。

九、结论及建议九、结论及建议（一一）结论：

结论：

1、岩溶地面塌陷是指覆盖层塌陷，而非可溶岩溶洞塌陷；

2、存在三种塌陷机理，不同地质条件符合不同机理；

3、不同地质条件、不同机理对应不同塌陷类型；

4、塌陷是否会发生、会发生何种类型及其分布规律，受控于地貌单元、地层组合、地层时代及第四系孔隙水与岩溶地下水的关系特点；

5、防治对策要针对塌陷机理、类型，如土洞型塌陷主要针对土洞（探测土洞位置、填灌土洞）；

潜蚀液化、漏失型塌陷主要针对岩溶空洞和通道（探测溶洞位置规模、覆盖帷幕、溶洞注浆）；

真空吸蚀型塌陷主要针对岩溶地下水位变动（限制抽水、设置通气增压孔）。