潜蚀作用导致岩溶塌陷地质灾害的实例分析.pdf

2 0 0 7年第 3 期 水文地质工程地质 潜蚀作 用导致岩溶塌 陷地质 灾害的实例分析 杜 正 民 ， 吴光 明 ， 洪 亮 1 ． 浙江省第一地质大队， 杭州 3 1 0 0 1 2 ； 2 ． 浙江工业大学， 杭 州 3 1 0 0 1 4 摘要 淳安县某村 于 2 0 0 5年 2月初发生民房墙体 开裂 、 地面裂 缝 、 砼 路面层 与路基脱 开 、 施 工缝拉 裂 等地质灾 害现象 。 从破坏特征看 ， 该灾害应属 于地面沉降 ， 但 却不具备发育 通常概念“ 地面沉降” 的地质环境 条件 。文章根据灾害 区附近灰 岩溶洞较发育、 表部松散层厚度较大等条件， 认为灾害由地下水潜蚀作用引起， 并试图恢复其作用机制。指出如不加以 治理 ， 可能造成灾难 。 关键 词 潜蚀作用 ；岩溶 塌陷 中图分类号 P 6 4 2 ． 2 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 ． 3 6 6 5 2 0 0 7 0 3 ． 0 0 8 9 ． 0 4 在浙江省乃至我国东部平原 ， 地 面沉降大多遇到 的情况是 由于抽取承压水 ， 含水层水头降落 ， 土层孔隙 水压力大幅度降低 ， 含水层颗粒界面弹性复原能力消 失， 并在释水过程中被压密而导致的地面下沉 ， 这里有 一 个因素极为关键 ， 即要有承压水被抽取。但从字面 理解⋯， “ 地面沉降应定义为地面的整体性下沉， 而不 是土体压密或收缩的局部效应 。这种地面下沉在地质 上 的原 因 ， 可 以包 括 构造 、 火 山活 动 、 地 面 以下 的 物质 挖掘 如隧道或采矿活动 和局部 自然原 因 灰岩地 区 的落水洞 ” 。 2 0 0 5 年 2月初 ， 淳安县某村 发生 民房墙 体开裂 、 地面裂缝 、 砼路面层与路基脱开、 施工缝拉裂等地质灾 害现象。从破坏特征看 ， 该灾害应属于地面沉降， 具有 一 定的特殊性和研究价值。本文利用 了地质灾害调查 工作的资料 ， 试图对灾害成因进行分析 ， 以期对灾害治 理 提供 帮助 。 1 灾害发生过程 2 0 0 5年 1 月 1 5日前后 ， 淳安县某村村 民发现村庄 下游一溶洞水流发浑 ， 2月 1日村庄南侧山沟水断流 ， 当 日晚上村南有 5幢民房墙体开裂 ， 地面出现裂缝； 康 庄工程砼路面层与路基脱开 、 施工缝拉裂。裂缝出现 后 ， 引起 了当地政府的高度重视 ， 采取 了一系列应急治 理措施。春节前后 ， 裂缝 的扩张趋于稳定 ， 但 2月下旬 又发现溶洞水流变浑， 村 民人心惶惶、 对其成因和危害 收稿 日期 2 0 0 6 ． 0 7 ． 1 2 ；修订 日期 2 0 0 6 ． 0 8 ． 0 5 作者简 介 杜正 民 1 9 5 5 ． ， 男 ， 高级工程 师 ， 主要从事地质 灾害 防治工作 。 E ma i l w u g u a n g m i n g z j ． c o rn 众说纷纭 ， 在一定程度上对村 民生命财产安全造成损 害， 已成为地质灾害。 墙体、 地面出现裂缝 的民房共 5幢 7户 ，地面裂 缝共统计 l 2条 ， 大致 以山沟断流点 为 中心呈环状分 布 ， 且主要发育在断流点上游或上坡方 向 图 1 ， 单体 多呈弧形延伸 ， 长 41 6 m不等 ， 宽一般 1 0 m m左右 ， 最 宽达 1 2 0 m m， 两侧存在一定错落 ， 但不显示往一侧错落 的规 律性 。 图 1 灾害 区示意 图 Fi g． I S k e t c h ma p o f t he d i s a s t e r a r e a l 一上更新统坡洪积层 ； 2 一中石炭统 黄龙组 ； 3 一严重渗水点及编号 ； 4 一 地面沉 降边界 ； 5 一地裂缝 ； 6 一测流点及编号 ； 7 一 民房及 其门牌号； 8 一剖面线位置 能够调查到的裂缝全 部发育在墙体或室内地面， 以及硬化的水泥地坪、 机耕路上 ， 相距较近民房裂缝虽 未贯通， 但走向可连接； 推测原状土地面也可能有裂缝 维普资讯 9 0 水文地质 工程 地质 2 0 0 7年第 3 期 发育 ， 由于结构松散、 相对均一， 闭合速度较快而未能 发现 。因此 ， 灾害体边界应 向发现的裂缝发育 区外扩 展一定范围， 其直径约 1 0 0 m， 面积约 7 0 0 0 m 2 。 2 地质环境 背景 该 村 附近一带 为 中低 山区 ， 多年 平均 降雨 量达 1 9 oom m以上。村 庄所 处为堆积地 貌 ， 地 形坡度 5～ 1 5 。 ， 地表径流的冲刷较强烈。村庄南侧有 自南东 向北 西的一条小 山沟流经 ， 汇水面积约 0 ． 5 k r n 2 ， 沟道弯曲 ， 沟床 比降约 3 0 ％， 进 入村庄附近 比降变缓 ， 沟床为坡 洪积漂卵石。径流量既受大气降水控制 ， 同时受到地 下溶洞发育 的影响。经 4月份现场量测 ， 村庄上游流 量约 0 ． 0 9 m ／ s ， 下游 流 量 0 ． 0 2 m 。 ／ s ， 在 长 度 l oo m左 右 段 内损失 流 量 约 0 ． 0 7 I I l3 ／ s ； 2 OO5年 2月 1日， 灾 害 区 下 游段长度 1 0 m左右 内水流 明显减小直至断流。村庄 下游约 9 OOm处 图 2 ， 1 9 9 8年的一次洪水时也曾发生 过断流现象 ， 水流消失段长度仅 3 m左右， 洪水过后又 恢 复水 流 ， 调 查 时 流量 小 于 0 ． 1 m ／ s 断 流 点 以上 汇水 面积约 3 k in 。灾 害区地 下河也 有发育， 主要为溶洞 潜流， 水流量常年较恒定 ， 大致 在 0 ． 3 r n 3 ／ s左右， 并偶 见生活垃圾 菜叶 漂出， 说 明其与地表水的连通性较 好 。 团 I回 2固 3 囤 4 囤 5 囡 6囡 7囤 8团 9 日 1 0国 I I 圈 1 2圆 1 3 1 4． 图 2 灾害 区附近地形地质 图 Fi g． 2 Ge o l og i c a l a n d t o l mg r a p hi c ma p o f t h e d豇 r ar e a l 一上更新统坡洪积层 ； 2 一下二叠统栖霞组 ； 3 一上石炭统船山组 ； 4 一 中石炭统黄龙组 ； 5 ～下石 炭统叶家塘组 ； 6 一上泥盆统珠 藏坞组 ； 7 一上泥盆统西 湖组 ； 8 一上志 留统唐家坞组 ； 9 一断层 ； l 0 一地质界线 ； 1 l 一地层产状 ； l 2 一 冲沟 ； l 3 一严重渗水点及编号 ； l 4 一地面沉降边界 灾害区位于扬子准地台的上方罗村拗褶束的 西南段 ， 发育 N E s w 向千里 岗向斜和 2条断裂。 其 中 F 1断层 基本 沿 向斜 核部 展 布 ， 断 裂破 碎带 宽 1 ． 2 m， 灰岩溶洞的发 育与该断裂及其次级破碎带有一 定 关 系 。 灾害区及附近出露的地层见 表 1 ， 其 中与灾 害发 育密切相关的是黄龙组灰岩和第四系坡洪积层。坡洪 积土组成物质分选性差 ， 块 石最 大块度 l m， 个别达 3 m， 次棱 角 状 ， 个 别 次 圆状 ； 块度 0 ． 5 m 的 含量 约 2 5 ％ ， 0 ． 2～ 0 ． 5 m的 含量 约 2 0 ％ ， 0 ． 0 5～ 0 ． 2 m 的含量 约 3 5 ％， 0 ． 0 5 m 的 含 量 约 2 0 ％ ； 结 构 松 散 ， 湿一 潮 湿 。 该松散层在灾害区内厚度较大， 颗粒磨圆度一般 ， 分布 高差大 ， 组成物质的岩性 与分布在两侧山脊斜坡上 的 唐家坞组及西湖组、 珠藏坞 组等岩性相同 ， 因此 ， 推测 该套地层是早期泥石流的堆积物。松散堆积物中没有 近源灰岩碎屑， 除了灰 岩性脆 、 易碎 ， 还 与其较好的可 溶性 有较 大关 系 。 灾害区地下水类型多。溪沟两侧发育松散岩类孔 隙潜水 ， 含水层主要是坡洪积含漂块石砂砾土， 厚度大 于 8 m， 水 位 埋深 较 浅 ， 变 化 较 大 ， 以大 气 降 水 、 溪 水 和 维普资讯 2 0 0 7年第 3 期 水文地 质工程地 质 表 1 灾 害区及 附近地层简 表 Ta b l e l S t r a t a o f t he di s a s t e r a r e a 山区基 岩裂 隙水 的补 给为 主 ， 径 流条 件好 ， 排泄 于溪 流 低洼 处 ， 或在 溶洞 天窗 位置垂 直 向下排 泄 补给地 下 河 ， 根据含水层颗 粒分析结果 ， 渗 透系数平 均 5～2 0 m ／ d ， 渗透性好。黄龙组、 船山组及栖霞组灰岩赋存碳 酸盐 岩裂隙溶洞水 ， 主要沿沟谷分布， 含水组岩性由隐晶一 微晶结构厚层状灰岩组成 ， 地下水较发育但分布不均 匀 ， 一般多集中在灰岩顶底板附近及构造发育处 ， 含水 量丰富， 地表可见溶洞水均为裸露型 ， 接受大气降水 、 基岩裂隙水侧 向径流补给及松散岩类孔隙水 的补给， 以地下河的形式 出露 。F l 、 F 2断层裂隙中分布构造裂 隙水 ， 含水层 由灰岩及石英 砂岩、 含砾石英 砂岩等组 成 ， 局部夹泥质粉砂岩 ， 大气降水沿节理裂隙和顺层裂 隙渗入 ， 以顺岩层倾向径流为主， 富集于断层破碎带或 裂隙发育地带， 并沿层理 、 断裂 、 节理裂隙溢出， 补给其 他 含水层 。 3灾害成 因分析和讨论 3 ． 1 成 因分析 经现场调查 和资料整理分 析， 该地质灾害 的成因 讨 论如下 村庄民房基础多选择在第 四系坡洪积层上 ， 由于 堆积物厚度 较大 ， 颗粒分 配不均 匀 ， 当地 下水 较丰 富 时 ， 潜蚀作用明显 ， 把下部 土体 中的细小颗粒带走 ， 长期的潜蚀作用， 在下部土体就形成了一定 的空间， 上 部 土体 为 了达 到土体 原始 的平衡 状 态 ， 土体 调整结 构 ， 松散的细小颗粒 向下部充填 ， 从而导致地面沉降、 地基 失稳 ， 引发房屋开裂、 公路与地面脱壳等地质灾害。 一 般而言， 潜蚀作用造成的地 面变形是一个缓慢 的过程 ， 但某村出现的各种破坏迹象基本在一个 比较 的短时间 不超过 8 h 内完 成， 是 一种 比较 剧烈 的破 坏， 其深层次的原因可能与该村地下发育 的灰岩溶洞 有关 。该村所处位置基岩为以碳酸盐类为主的可溶性 灰 岩 地 区 ， 且 主要 为 可 溶 性较 强 的中 石 炭 统 黄龙 组 灰 岩及上石炭统船山组灰岩。根据现场调查和区域资料 分析 ， 该村附近的溶洞大致沿 F l 断层发育 ， 而 F l断层 贯通整套灰岩岩组 ， 为岩溶 的发育提供 了有利的孔隙 或裂隙系统 ， 为水的循环提供通道， 因此 ， 不排除在村 南侧 民房附近潜伏有溶洞。而村庄南侧 山沟流量 的大 幅度损失以及短期断流， 很可能是溶洞在此位 置发育 有天窗或出现顶板塌陷 ， 地表水、 松散岩类孔隙潜水与 溶洞裂隙水建立了 良好 的通道 图 3 ， 同时溶洞也为 地下水输移细颗粒物质提供 良好通道和堆积场所。 1 一 正常情况下 的潜水 面 2 1 ． 天气持续干 旱后 的潜水 面 3 - 孑 L 隙潜水全部补给溶洞裂隙水时的潜水面 3 纵翻 向 图 3某村地面沉降成因机制示意图 Fi g． 3 Ca u s e a nd f or ma t i o n o f l a n d s ub s i d e n c e i n t he s t u dy a r e a 3 ． 2 破 坏机 制讨论 1 山沟不断流情况下， 松散岩类孔隙潜水虽然有 部分向下渗流补给灰岩溶 洞裂隙水 ， 但孔 隙潜水与地 表径流仍保持密切的水力联 系， 溶洞天窗下游仍发育 孔 隙潜 水 图 3一 2 ， 地 下水 位 变 幅 不 大 ， 因地 下 水 维普资讯 9 2 水文地质工程地质 2 0 0 7年第 3期 潜蚀作用导致的土体结构调整 ， 尚不至于造成地表建 构 筑物 的破 坏 。 2 2 0 0 5年 1 月份及之前的一个较长时段 ， 天气较 干旱 ， 地表径流对孔隙潜水 的补给减少， 松散岩类孔隙 潜水面的坡度减缓 ， 潜水面之上土体结构失水 ， 孔隙加 大 ， 导致土体颗粒重新排列和沉降。 3 当溶洞 天窗 断面渗流量 大于窗 口附近孔隙 潜水的补给量时， 天窗之上松散岩类孔隙潜水位降低 ， 地表径流成为孔隙潜水 的主要补给源 ， 地表径流量 明 显变小 ， 甚至 出现断流 图 3 一 3 。地表水 向土层渗 流的搬运能力明显增强 ， 潜蚀作用也明显加强 ， 它把松 散 层 的水 和 细土 携人 溶 洞 ， 直 接 引 起 溶 洞 四周 细 土 的 流 动 和溶 洞 水变 浑 。 - 4 经 过一 次剧 烈 的地 面变形 反 映到 地表则 表 现 为地面沉降 后 ， 土层结构得到重新调整 ； 同时孔隙潜 水面也逐渐趋于与土层结构相适应 的更平缓的坡度 ， 细 土流动暂 时停止 。 此次某村的地面沉 降灾害 ， 尚未造成房屋的毁灭 性破坏 ， 但如多次出现天气干旱一山沟断流的现象， 则 地面沉降导致的轻微破坏 的累积 ， 也可以造成 灾难损 失 。 4 结论 1 淳安县某村 的民房裂缝 、 机耕路破坏 等 ， 已经 较严重地影响了当地村 民的生产生 活， 属 于 自然 因素 引发的地质灾害 ， 对 当地的社会经济可持续发展 、 创建 和谐 社会不 利 。 2 民房裂缝、 机耕路破坏等地质灾害现象 ， 与调 查 区较复杂的地质环境条件有关。由于该村位 于厚度 较大的坡洪积 泥石流堆积 体上 ， 土层渗透性好 ， 下伏 基岩发育规模较大的溶洞 ， 局部顶板厚 度不足甚至 出 现天窗 ， 进一步加剧 了潜蚀作用的危害。 3 综合 以上 内容， 此次灾害属地面沉降， 成 因为 岩溶塌陷。治理该灾害的手段 比较简单， 但应注意施 工过程 中和工程结束后的地面沉降监测工作。 致谢 本文成稿得 到熊珊、 黄仲华二位前辈指教 ， 岳丽霞帮助翻译英文摘要 ， 在此谨表感谢 参考文献 [ 1] 王瑞久 ． 坍 陷 沉降 的分析调 查[ R] ． 地质灾 害危险 性评估专 业技术 培训 班参 考资 料 ． 北 京 国土 资源 部地质环境 司 ， 2 0 0 4 ． [ 2] 浙江省 区域地 质调查大队 ． 东 山幅 区域地质调查 报 告 1 5 0 0 0 0 [ R ] ． 杭州 浙江省地质矿产厅 ， 1 9 9 0 ． [ 3] 张倬元 ， 王士天 ， 王 兰生 ． 工程地质分析原理 [ M] ． 北 京 地质 出版社 ， 1 9 9 4 5 0 8 5 1 5 ． A c a s e s t u d y o f t he g e o l o g i c a l h a z a r d o f ka r s t l a n d c o l l a p s e c a u s e d b y g r o u n d wa t e r c o r r o d i n g DU Zh e n g ． mi n ，W U Gu a n g ． mi n g ，HONG L i a n g 2 1 ． T h e F i r s t B u r e a u o f G e o l o g y a n d E x p l o r a t i o n of Z h e j i a n g，H a n g z h o u 3 1 0 0 1 2 ，C h i n a； 2 ．Z h e j i a n g U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ，H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4 ，C h i na Ab s t r a c t Ge o l o g i c a l d i s a s t e r s s u c h a s h o u s e c r e v i c e，e a r t h c r e v i c e，c o n c r e t e r o a d s u rfa c e o ff t h e r o a d b e d，w o r k i n g s l o t r i p i n g，e t c．o c c u rre d i n a v i l l a g e o f t h e Ch u n a n c o u n t y i n e a dy F e b r u a r y，2 0 05．Th e y s e e m t o b e c a u s e d b y l a n d s u b s i d e n c e f o r t h e i r s u r f a c e c h a r a c t e ri s t i c s b u t t h e y a r e n o t S O ，b e c a u s e t h e g e o l o gi c a l a n d e n v i r o n me n t a l c o n d i t i o n s a r e n o t h e l p f u l for t h e o c c u r r e n c e o f l a n d s u b s i d e n c e．I n v i e w o f t h e c h a r a c t e ris t i c s o f k a r s t a q u i f e r s a n d i n c o m p a c t d u s t t h i c k n e s s o f l a n d s u rf a c e a t t h e d i s a s t e r a r e a s ， t h e g e o l o gi c al h a z a r d s a r e t h o u g h t t o b e c a u s e d b y g r o u n d wa t e r - c o r r o di n g a n d s h o u l d b e r e p a i r e d i n t i me t o a v o i d t h e p o s s i b l e d i s a s t e r s． Ke y wo r d sg r o u n d wa t e r c o r r o d i n g ；l a n d s u b s i d e n c e 编辑 汪 美 华 维普资讯