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1、浅谈岩溶塌陷成因及防治措施-以桂西南某铝厂岩溶塌陷勘察为例摘要：岩溶在我国广泛发育，岩溶塌陷为岩溶地区常见的一种地质灾害现象，对正常的生产和生活有着极大的不良影响。本文结合实际案例，对岩溶塌陷的形成因素及机理进行探讨分析并提出相关治理措施建议。1 岩溶背景岩溶，主要指水流对碳酸盐岩等可溶性岩石以化学作用为主，机械作用为辅的地质作用过程及其所产生的现象。广西华银铝厂位于广西省百色市德保县，地处桂西北，为岩溶强烈发育区。我国的岩溶发育广泛，碳酸盐岩的分布，有346.3万km2，碳酸盐岩出露面积有90.7万km2，从北方小兴安岭到南海诸岛，从青藏高原到宝岛台湾，都有岩溶发育。其中以山西高原及邻近省区
2、，到华南云、桂、贵，包括川、鄂、湘的部分地区最为发育。山西岩溶高原蕴藏丰富的煤炭资源，其两侧的华北油田潜山型储集层和鄂尔多斯油田深部碳酸盐岩储集层，构成我国重要的能源基地，西南岩溶区及华南岩溶区蕴藏着我国最主要的有色金属和磷矿资源，不仅在岩溶区有丰富的固体矿产资源，我国四分之一的地下水资源也是分布于岩溶区。此外，岩溶地区造成的地貌成就了一批著名的风景名胜，桂林山水、云南石林、四川黄龙九寨沟等风景区。因此岩溶在我们的生产生活有着重要意义。2 岩溶塌陷岩溶地面塌陷简称岩溶塌陷或塌陷，是岩溶地区常见的一种动力地质现象，亦是岩溶地区一种特殊的水土流失现象。它是岩溶发育过程中，自然界岩土、水、气多相平衡
3、状态遭受破坏后，地表岩土体向下部岩溶空间流失，由不平衡状态向平衡状态发展的一个阶段。这种现象，在天然状态下可以产生，但发展缓慢。而在人类经济工程活动中，加速了自然界平衡的破坏，塌陷的产生往往十分迅速，有时规模巨大，危害严重。该厂自从投产以来，由于厂区周边建设的加速及自然环境的变化，区域内的水文地质条件发生了改变，厂区内发生了大小规模不一的地面塌陷，这些塌陷部分已对厂内设备、建（构）筑物基础造成了安全隐患。3 厂区岩溶塌陷条件分析造成岩溶塌陷的条件通常应具备:有岩溶化地层,有溶蚀形成的空间-溶洞或土洞；上部有一定厚度的盖层,盖层可以是基岩也可以是土层；要有产生塌陷的作用力,这种力主要包括地下水位
4、变化及水、气流流动产生的动压力、岩土体的自重及人为荷载作用。通过区域调查、资料搜集、钻探及物探等手段，查明了厂区的构造、地层及水文条件情况：（1）厂区地质构造位于华南准台地桂中桂东台陷大瑶山凸起构造单元内，经历了加里东期、印支燕山期、喜山期等三个较为明显的构造发展阶段，组成较复杂的构造格架。（2）厂区地层区域内泥盆系中统征主要为灰、灰黑色中厚厚层状灰岩、白云质灰岩，局部为含燧石团块灰岩夹硅质岩、泥质灰岩、泥灰岩；泥盆系上统岩性特征主要为浅灰、灰白色中厚层状灰岩，局部呈浅灰色，隐晶质结构，厚层状构造，裂隙稍发育该层内岩溶中等强度发育，局部地段地下水富集。冲洪积粘土，褐黄、褐红色，可塑软塑状态，局
5、部硬塑。人工填土杂色，主要由块石混少量粘性土组成，局部含混凝土块建筑垃圾，结构松散稍密。（3） 厂区原水文地质条件建厂前场地内地表水系发育。鉴河支流四桥河、双姑河由西往东分别从场地南部与中部贯穿场地，其朋河由北往南贯穿场地，河流在场地内多次分分合合。场地地表水主要受大气降水补给，水位随季节变化，其中四桥河和双姑河河水主要来源于马隘著名的岩溶泉“叫泉”。此外场地内还有间歇性溪沟，在枯水季节干枯，丰水季节可见流水，皆汇入场地地表河流。根据厂区地质及水文条件，结合造成岩溶塌陷的条件分析如下：1、 岩溶化地层厂区区域内基岩为可溶性碳酸盐岩，即为岩溶化地层。岩溶作用形成的裂隙和洞穴是水流或气流流动的主要
6、通道，也是的地面塌陷物质运移和储存主要场所，它是岩溶塌陷形成的空间基础。形成裂隙和洞穴主要取决于以下几个方面：a、岩石的可溶性岩石的化学成分和结构构造决定了其不同的可溶性：一般情况下，卤素盐类硫酸盐类岩石碳酸盐类岩石。结晶岩石的晶粒愈小，单位面积内比表面积更大，非中和键的浓度愈大，因此相对溶解速度愈大，隐晶结构一般具有较高的溶蚀率，溶解度大。岩石的原生孔隙度越高，越有利于岩溶的发育。b、岩石的透水性岩石的矿物成分和物理性质也与岩溶的发育有着密切关系，成分纯、刚性强的岩石透水性好，纯灰岩刚性强，裂隙开扩，延伸长并且发育深度大，透水性好，可形成规模较大溶洞；泥质灰岩刚性弱，形成裂隙闭合性较强，溶解
7、后形成大量泥质充填，使裂隙透水性减弱，不利于岩溶发育。构造发育的地段，岩溶作用发育强烈，褶皱和断裂作用是岩石的破裂程度加大，是岩石的透水性加强，所以溶洞延伸方向多沿构造线方向发育。c、水的溶解性及流动性水的溶解能力主要取决于水中溶解的CO2多少，纯水的溶解能力极弱，只有含有CO2的水才具有溶解能力。即：CO2+H2O+CaCO3 Ca2+2HCO3-由此可见，水中CO2含量越高，其溶解能力越强。同时滞留的水由于不能及时得到CO2补充，很容易达到Ca2+饱和，只有流动的水，由于水温、水量及气压条件的不断改变，才可保持水的溶解性能。d、溶蚀基准面岩溶作用的下限称为溶蚀基准面。地壳上升，溶蚀基准面相
8、对下降，岩溶化层加厚。在石灰岩与不透水岩层互层地区，厚层无裂隙贯通的不透水层顶面成为当地溶蚀基准面。若地下水沿贯通不同 性质岩层的断裂带下渗，岩溶可以在地下深部灰岩中沿张开的断裂带发育，直到断裂封闭处，形成深部岩溶。在巨厚层不同岩溶化程度的碳酸盐岩系中，相对溶解度小的碳酸盐层是岩溶作用较弱的层位，相对于其上的岩溶化强烈的碳酸盐层也具有一定的溶蚀基准意义。2、 覆盖层厂区覆盖层以冲洪积粘土及人工填土为主。覆盖层是指覆盖于基岩面之上的第四系松散土层。岩溶塌陷基本上都是由上覆土层顶板塌落而成，因此，覆盖层的特征必然会对岩溶塌陷产生影响，而且在一定程度上起着控制作用。3、水动力条件厂区在建设及建成后使
9、用的过程中，对原厂区区域的水文条件有较大的改变和影响。不论是地表水的渗入还是人为的抽灌地下水，都会影响地下水的运动平衡，导致水动力场的改变，促成岩溶塌陷。地下水在流通空隙中流动，通过对土壤和岩体的物理和化学溶蚀，将其中的可溶性离子带走，土颗粒间胶结物的流失，使土层结构变得松散，土颗粒间空隙增大，地下水的流速加快，水力坡度变大，搬运能力增强，加剧了对土层中颗粒物质的冲蚀，形成更大的流通空隙，继而形成土洞。人为大量抽取地下水，使土层中水压力减小，对土颗粒的浮托作用减弱甚至消失，造成土颗粒间空隙增大，结构松散。一些岩溶管道中由于地下水的流动，形成负压，对上覆土层形成吸蚀作用，造成上覆土层的塌陷。在一
10、些特殊地质条件下，在自然的或人为的因素影响下,地下水位迅速升高可使封闭较好的岩溶空间产生高压气团及较大的静水压力，当这种高压气团和静水压力超过岩溶空间顶板的允许强度时，会冲破顶部岩土体产生爆裂，接着在岩土自重及水流作用下引起地面塌陷，引起冲爆塌陷。有调查表明，我国一些岩溶塌陷严重地区，都是人为活动改变地下水动力条件的结果。4 厂区岩溶塌陷原因分析根据现场踏勘及调查，目前，厂区内无地表径流。了解到在厂区建设的过程中，对流经场地的地表河流采用了改道的方式，在厂区的外围设置了截洪沟，使得地表水体绕过厂区，对于厂区内的间歇性溪沟，则采用了直接回填的方式处理，填土的主要由块石混少量的粘性土组成。场地内地
11、下水类型主要为岩溶洞隙水，在人工填土层及第四系覆盖层中有上层滞水分布，大气降水及生活用水通过裂隙缓慢的渗透补给地下水。地下水以裂隙流或地下暗河的形式径流通过厂区，由北西流向东南至排泄基准面以地下河出口的形式汇入地表河。为满足生产生活需要修建的水库和大量抽取地下水，库区内岩溶裂隙发育，在水库的建设过程中，未在库盆内对岩溶裂隙进行有效防渗处理，随着水库蓄水，地下水位也受水库漏水补给而抬高，大量抽取地下水，造成局部地下水位降低，加大水力坡度，增强了地下水的搬运能力，对土体中的颗粒物质潜蚀加剧，特别是填土层中碎石间的少量粘性土流失严重，形成大量土洞塌陷。由于建厂时对厂区内岩溶洞通道进行堵塞，造成丰水期
12、地下水位上升，形成较高的水、气压力，因较高水气压力，冲爆破坏堵体和上覆盖层，而形成新的洞穴或塌陷；枯水期地下水位下降，在被堵塞或天然封闭条件较好的洞穴中可能形成负压，因“吸蚀”破坏堵体，形成的洞穴或塌陷。此外，建厂后生产活动加剧了塌陷发生，如进入厂区的各种载重车辆，行驶过程所产生的巨大压力，各种机械运作过程中所产生的高频振动，生产生活中的一些废液的无序排泄，都能造成上覆土层的物理力学性质改变，使盖层土体中胶结物质流失，结构松散，在各种诱因作用下极易形成塌陷。如在厂区内岩溶塌陷主要密集分布的生产区，厂房中各种动力设备的长期运行，所产生的高频振动使填土中一些细小颗粒在地下水作用下造成土层结构松散，
13、易被流水冲蚀，强度降低，形成塌陷。正是由于在厂区建设过程中，缺乏为对岩溶塌陷可能发生的预见性认识，急剧改变地表、地下水水文地质条件，改变水动力平衡，造成上覆盖层土壤稳定性破坏，形成多处塌陷，危及生产生活安全。5 岩溶塌陷防治措施我国对岩溶塌陷的防治工作开始于60年代，目前已有一套比较完整和成熟的方法，防治的关键是在掌握矿区和区域塌陷规律的前提下，对塌陷做出科学的评价和预测，即采取以早期预测、预防为主、治理为辅、防治相结合的办法。塌陷前的预防措施主要有：合理安排厂矿企业建设总体布局、河流改道引流，避开塌陷区、修筑特厚防洪堤、控制地下水位下降速度和防止突然涌水，以减少塌陷的发生、建造防渗帷幕，避免
14、或减少预测塌陷区的地下水位下降，防止产生地面塌陷、建立地面塌陷监测网。 塌陷后的治理措施主要有：塌洞回填、河流局部改道与河槽防渗、综合治理。一般来说，岩溶塌陷的防治措施包括控水措施、工程加固措施和非工程性的防治措施。6 厂区岩溶坍陷处理措施根据上述分析，该厂岩溶塌陷的主要诱因是岩溶地下水的活动，对于岩溶地下水的治理，宜采用疏导为主，避免堵塞原有岩溶通道。岩溶塌陷的治理措施主要有清除填堵法、地表封闭处理、跨越法、强夯法、深基础法、灌注法、控制抽排水强度法、疏排围改综合治理法、恢复水位法和钻孔充气等，厂区建设时，对原有的地表河流进行改道疏导，对部分地下岩溶通道采取了简单堵填，填埋物质主要由块石混粘
15、性土组成，松散状态，厚度不均。受填土中地下水的冲刷影响形成塌陷，因此对形成塌陷区域主要采用注浆加固，如填土中已形成大面积的空洞，在注浆加固之前，宜先采用碎块石回填，施工顺序宜先周边后中央，在注浆范围周边形成围堰，避免浆液的大量流失。7 结论及建议通过此次对厂区内发育的岩溶塌陷研究，确定了岩溶塌陷发育的原因，主要是建厂前后对厂区内外地表地下水体的水环境改变，造成了塌陷发育，并且通过物探和钻探方法相结合，能比较经济迅速地查清各个塌陷形成的规模和范围，为施工处理提供有效信息。对于已形成的塌陷，必须进行处理，避免塌陷的扩大，同时应注意改善生产方式，减少塌陷诱发因素，减小其他地区发生塌陷可能。参考文献：
16、1 袁道先，中国岩溶学，地质出版社，19932曹伯勋，地貌学及第四纪地质学，中国地质大学出版社，20043张丽芬、曾夏生、姚运生等，我国岩溶塌陷研究综述，中国地质灾害与防治学报，2007、9，18（3）126-1304 雷金山、阳军生、肖武权等，广州岩溶塌陷形成条件及主要影响因素，地质与勘探，2009、7，488-4535朱寿增、周健红、陈学军，桂林市西城区岩溶塌陷形成条件及主要影响因素，桂林工学院学报，2000、4,100-1056易永森,地下物探地岩溶塌陷勘查中的应用,中国地质灾害与防治学报,1997、10，160-1727莫家光.广西岩溶塌陷的危害及其防治措施J.中国地质，1990，17( 4) : 24-25
