炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)抽水致塌控制因素和影響因素
——以廣西興安縣為例

唐靈明，陳學(xué)軍,3，黃 翔，畢鵬雁，張曉宸

（1.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.廣西巖土力學(xué)與工程重點實驗室，廣西 桂林 541004；3.廣西巖溶動力學(xué)重點實驗室，廣西 桂林 541004）

0 引言

抽取地下水是獲取安全用水的一種有效方法，在生產(chǎn)生活實踐中被廣泛使用。但是，抽取地下水往往容易引發(fā)地表塌陷，在巖溶發(fā)育地區(qū)抽水致塌現(xiàn)象尤為凸顯[1?4]。由此，剖析巖溶地區(qū)抽水致塌的影響因素，探明防預(yù)抽水致塌的措施應(yīng)當(dāng)作為業(yè)界關(guān)于獲取安全用水的重要議題。截至目前，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)對巖溶塌陷問題做了較多研究，主要聚焦于巖溶塌陷過程監(jiān)測[5?7]，巖溶塌陷機(jī)理[8?11]，巖溶塌陷影響因素[12?15]，巖溶塌陷模型試驗[16?19]和數(shù)值模擬研究[20?23]等視角?；谝延醒芯砍晒l(fā)現(xiàn)，多數(shù)研究選取的工程案例所屬區(qū)域為石灰?guī)r地區(qū)，炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)工程案例較少。然而，炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)在我國覆蓋面積較廣，是生產(chǎn)生活取水來源之一；炭質(zhì)灰?guī)r較石灰?guī)r而言，其含碳量較高，巖溶發(fā)育相對較弱，巖溶主要以淺層巖溶裂隙及小型溶洞形式出現(xiàn)，而石灰?guī)r地區(qū)容易發(fā)育形成大型巖溶裂隙。因此，以炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)作為研究區(qū)域，綜合電法物探、鉆探方式查明研究區(qū)石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組（C1y）炭質(zhì)灰?guī)r巖溶發(fā)育情況，再通過現(xiàn)場抽水試驗對致塌影響因素進(jìn)行綜合分析，旨在為炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)未來安全抽水提供一定參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西興安縣，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛，近年平均降雨量1 700～1 800 mm。

1.1 地層巖性

研究區(qū)屬于低山丘陵地貌，地勢起伏較大；上覆土層主要以第四系沖洪積層含礫黏土為主，厚度1～10 m不等，下伏基巖為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組（C1y）炭質(zhì)灰?guī)r含碳量較高，巖溶發(fā)育較石灰?guī)r地層相對較弱，巖溶主要以淺層巖溶裂隙及小型溶洞形式出現(xiàn)。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)東南側(cè)（距離約0.5 km、1.3 km）有性質(zhì)不明斷層通過，斷層走向近似平行，呈北東-南西走向，控制這一區(qū)域的巖層產(chǎn)出，其中研究區(qū)大泉點恰好位于該斷層上。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存條件，水理性質(zhì)，水力特征及各含水巖組的空間分布狀況，研究區(qū)地下水類型主要有兩類，一類是位于表層的松散土層孔隙潛水，其埋藏淺，主要賦存于上部沖洪積形成的含礫黏土層中，受大氣降水、地表溪溝水體的補給，季節(jié)性影響較大，水量貪乏-中等；另一類是碳酸鹽巖碎屑巖互層溶洞裂隙水，主要賦存于石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階（C1y）巖層中，淺部巖層巖溶裂隙發(fā)育，是發(fā)育巖溶管道和地下水富集的好場所，據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該層地下水水量貧乏-中等，泉流量小于10 L/s，鉆孔涌水量小于500 m3/d，枯季地下水逕流模數(shù)為1.0～3.0 L/(s·km2)。

2 人為抽水試驗過程及結(jié)果分析

2.1 人為抽水試驗過程

在研究區(qū)采用電法物探確實鉆井位置，鉆探鉆取水井，并進(jìn)行人為抽水活動，以此研究人為抽水致塌影響因素。

研究鉆井屬于穩(wěn)定流承壓水完整井，鉆井結(jié)構(gòu)及靜水位詳見圖1。井深100.90 m，靜止水位0.71 m，采用J100/16 型深井潛水泵進(jìn)行抽水試驗，水泵放置深度均為28.0 m，試驗過程中水溫T基本為21°。對研究井進(jìn)行三次穩(wěn)定流抽水試驗及停止抽水后的水位恢復(fù)試驗，分別編號為第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次。在第Ⅰ次抽水試驗前，預(yù)先采用水泵抽水方式進(jìn)行洗井，將鉆井內(nèi)沉渣排出。在試驗中分別對靜止水位、抽水時水位、恢復(fù)水位進(jìn)行觀測。記錄三次試驗過程中各階段經(jīng)歷時長，第Ⅰ次抽水試驗時間總長為930 min，水位恢復(fù)總時長為600 min；第Ⅱ次抽水試驗時間總長為1 110 min，水位恢復(fù)總時長為720 min；第Ⅲ次抽水試驗時間總長為1 170 min，水位恢復(fù)總時長為780 min。

2.2 人為抽水試驗結(jié)果分析

2.2.1 研究鉆井穩(wěn)定流抽水參數(shù)計算

研究鉆井總共進(jìn)行三次穩(wěn)定流抽水試驗，采用其中一組抽水試驗數(shù)據(jù)計算該鉆井含水層的滲透系數(shù)k及影響半徑R，采用以下公式近似進(jìn)行計算：

裘布依承壓完整井公式:

吉哈特承壓完整井經(jīng)驗公式:

式中：k——滲透系數(shù)/（m·d?1）；

圖1 鉆井結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Drilling structure diagram

Q——穩(wěn)定流量/（m3·d?1）；

R——影響半徑/m；

rw——抽水井半徑/m;

M——含水層厚度/m；

Sw——水位降深/m。

結(jié)合水文地質(zhì)試驗資料，現(xiàn)場采用三角堰確定抽水穩(wěn)定流量Q為121.392 m3/d，含水層厚度M按5.20 m取用，水位降深Sw為11.290 m，抽水井半徑rw為0.075 m，運用Matlab 軟件計算得到滲透系數(shù)k為2.56 m/d，影響半徑R為180.61 m。所得到的滲透系數(shù)k及影響半徑R結(jié)果相對不同區(qū)域炭質(zhì)灰?guī)r地層有較大差異，說明該區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育的不規(guī)則性。

2.2.2 抽水試驗及水位恢復(fù)試驗曲線結(jié)果分析

對研究鉆井采用同一定流量進(jìn)行了三次相同降深的抽水試驗與水位恢復(fù)試驗，對應(yīng)曲線對比見圖2、圖3。

圖2 同一鉆井三次定流量抽水試驗曲線對比Fig.2 Comparison of three pumping test curves with a constant flow rate in the same well

通過對比圖2 中的三條抽水試驗曲線段可得出以下結(jié)論：①100 min 以內(nèi)，三次抽水試驗水位下降速度相當(dāng)，分析其原因：短時間內(nèi)抽水致水位降深有限，鉆井內(nèi)及其周邊水源補給充足，小裂隙、小儲存水源對水位降深影響作用較?。虎?00 min 以后，第Ⅱ、Ⅲ次水位下降速率相當(dāng)，但均緩于第Ⅰ次，說明在首次抽水過程中，巖溶裂隙中充填物在抽水過程中被慢慢帶出，裂隙間已形成流暢通道，在后期抽水水位降低時，能夠有效對鉆井進(jìn)行補給，因此100 min 以后，第Ⅱ、Ⅲ次水位下降速率均緩于第Ⅰ次，而巖溶裂隙中充填物有限，在首次長時間抽水時可受水動力影響的填充物已基本帶出，巖溶裂隙之間已基本貫通，在后期抽水過程中通過巖溶裂隙對鉆井補給作用是相當(dāng)?shù)?，故第Ⅱ、Ⅲ次水位下降速率相?dāng)；③三次相同定流量抽水試驗達(dá)到穩(wěn)定水位時間逐漸增長，第Ⅱ、Ⅲ次抽水達(dá)到穩(wěn)定水位時間差值較第Ⅰ、Ⅱ次抽水達(dá)到穩(wěn)定水位時間差值小120 min，說明在經(jīng)歷首次較長時間抽水時，地下水動力將巖溶裂隙中的充填物帶出，巖溶裂隙間形成了流暢通道，在后期抽水時，巖溶裂隙通道能有效地對鉆井進(jìn)行補給，故三次定流量抽水試驗達(dá)到穩(wěn)定時間逐漸增長。而巖溶裂隙中的充填物有限，在首次較長時間抽水過程中，可受水動力影響的填充物基本已帶出，巖溶裂隙間基本已貫通，故通過小裂隙及小儲存水源對鉆井進(jìn)行補給效果相差較小。

通過對比圖3 中的三條水位恢復(fù)時間曲線可得出以下結(jié)論：①30 min 以內(nèi)，三次試驗的水位恢復(fù)速度均較快，且相當(dāng)，分析原因為：水位恢復(fù)初期，主要由溶洞水及大孔隙通道內(nèi)儲存水補給，不足以受小孔隙水源影響，故三次試驗的水位恢復(fù)初期速度均較快，且相當(dāng)；②30 min 以后，水位恢復(fù)速度逐漸減緩，第Ⅱ、Ⅲ次水位恢復(fù)速率相當(dāng)，但均小于第Ⅰ次，說明鉆井區(qū)域周邊有部分溶洞儲存著大量的水源，但在首次抽水試驗時，溶洞中的儲存水源慢慢向鉆井補給，則儲存量逐漸減小，其對初次抽水試驗時的補給作用強，而對后期抽水試驗補給作用相對較弱，且后期補給作用因太小，而對水位恢復(fù)作用影響甚微，故第Ⅱ、Ⅲ次水位恢復(fù)速率相當(dāng)，但均小于第Ⅰ次；③三次水位恢復(fù)試驗時間依次增長，其中第Ⅱ、Ⅲ次水位恢復(fù)時間的差值較第Ⅰ、Ⅱ次水位恢復(fù)時間的差值小60 min，且第Ⅱ、Ⅲ次水位恢復(fù)時間相當(dāng)，分析其原因：溶洞及大孔隙內(nèi)儲存水源等主要補給作用在三次試驗中相當(dāng)，產(chǎn)生此現(xiàn)象主要是研究鉆井區(qū)域周邊部分溶洞儲存水源在每次抽水試驗中均對鉆井進(jìn)行補給，逐漸消耗殆盡，而在短時間內(nèi)又不能恢復(fù)到原有儲能，故對水位恢復(fù)補給作用逐漸減弱，而后期試驗，因該部分蓄水溶洞水源基本已虧空，對研究鉆井補給作用甚微，故第Ⅱ、Ⅲ次水位恢復(fù)時間相當(dāng)。

圖3 同一鉆井三次定流量水位恢復(fù)試驗曲線對比Fig.3 Comparison of three constant flow water level recovery test curves in the same well

3 抽水致塌的控制因素和影響因素

在炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)進(jìn)行抽水活動，抽水致塌受多種因素共同作用，結(jié)合該研究區(qū)自身特殊性，主要從研究區(qū)地形地貌、覆蓋層巖性特征、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育程度、水動力因素及成井工藝等影響因素進(jìn)行分析研究。場區(qū)抽水致塌受多種因素關(guān)聯(lián)作用，隨著抽水活動有序進(jìn)行后，其主次因素會因抽水條件及過程的遞進(jìn)而相應(yīng)替換。

3.1 地形地貌對抽水致塌的影響

研究區(qū)屬于低山丘陵地貌，地勢起伏較大，周邊發(fā)育有小型的季節(jié)性地表溝溪，可補給地下水，通過巖溶裂隙管道在水力坡度下徑流，最終向湘江排泄。北側(cè)距離約為800 m，地勢低洼處出露一上升泉，流量約為50 m3/h。

鉆井位于地勢較低水田邊，地勢較周邊低洼，地形上剛好形成一匯水區(qū)域，雨季時，雨水易匯于該區(qū)域。鉆井抽水過程，井內(nèi)水位迅速下降，水位最大降深達(dá)11.29 m，同時鉆井外圍土層中水位下降約0.40 m，說明周邊地表水以鉆井為中心匯集，通過巖面巖溶裂隙補給鉆井，地下水流速及水力梯度逐漸變大，土層中的細(xì)顆粒隨水流通過巖溶裂隙流入鉆井，抽出水體呈渾濁并稍帶巖屑，土層的滲透系數(shù)增大，力學(xué)強度降低，促進(jìn)上覆土層中土洞形成，為巖溶塌陷創(chuàng)造有利條件。

3.2 覆蓋層巖性特征對抽水致塌的影響

鉆井施工時，查明研究區(qū)表層為第四系Q3可塑狀含礫黏性土，厚度為3.00 m；下部則為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)組（C1y）炭質(zhì)灰?guī)r，在3.00～4.00 m、20.20～25.40 m（其中24.00～24.30 m 為小溶洞，無黏性土充填）、30.20～42.30 m 為較破碎炭質(zhì)灰?guī)r，巖溶裂隙較發(fā)育，推斷此即為鉆井水源來源段，鉆井其余深度范圍均為較完整炭質(zhì)灰?guī)r。

抽水泵放置井內(nèi)28.00 m 處進(jìn)行抽水，抽水穩(wěn)定水位為12.00 m，炭質(zhì)灰?guī)r地層巖溶發(fā)育以裂隙及小溶洞為主，地表水通過基巖面的巖溶裂隙補給鉆井，抽水時水位降深速度較快，地下水流速及水力梯度逐漸增大，含礫黏性土在滲透作用下，其中的細(xì)顆粒被水流帶入基巖裂隙或鉆井，降深越大，則地下水流速及水力梯度越大，更易促進(jìn)基巖上覆土層中土洞形成，促進(jìn)巖溶塌陷形成。

鉆井經(jīng)過多次抽水，地下水位上下波動，基巖面上部土體在飽水狀態(tài)時黏結(jié)強度降低，在水位下降時逐漸崩解，慢慢形成雛形土洞；而當(dāng)停止抽水，水位慢慢恢復(fù)，巖面與上部土體間所形成的土洞內(nèi)由于存在氣體，在水位恢復(fù)過程中，土洞中的氣體短時間不能排出，土洞內(nèi)氣壓會逐漸增大，周圍水位恢復(fù)速度大于發(fā)育有土洞位置速度，但隨著時間推移，土洞內(nèi)氣體氣壓會隨著周邊水位升高而逐漸增大，當(dāng)土洞內(nèi)氣壓增大到一定值時，土洞內(nèi)氣體會通過上覆土層中的孔隙裂隙逐漸消散，洞內(nèi)水位隨著洞內(nèi)氣壓消散而逐漸上升，土洞內(nèi)壁會在上升水體浸泡下黏結(jié)強度逐漸減弱而崩解，土洞內(nèi)側(cè)土體崩解剝落，土洞體積隨之變大，洞內(nèi)氣壓隨之減小，形成真空負(fù)壓作用，洞內(nèi)水位進(jìn)一步上升，如此循環(huán)，直至土洞擴(kuò)大到洞頂土體自重應(yīng)力大于土體的抗塌力，巖溶塌陷由此形成。經(jīng)過多次抽水活動，最終在鉆井南東側(cè)1.3 m 處形成一不規(guī)整橢圓塌坑。

3.3 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對抽水致塌的影響

研究區(qū)東南側(cè)（距離約0.5 km、1.3 km）有性質(zhì)不明斷層通過，斷層走向近似平行，呈北東-南西走向，控制這一區(qū)域的巖層產(chǎn)出，周圍大泉點正好發(fā)育于該斷層上，巖溶塌陷受地質(zhì)構(gòu)造控制較明顯。電法物探及地質(zhì)鉆探資料顯示，研究區(qū)內(nèi)淺部巖體受溶蝕風(fēng)化作用破碎，受次一級構(gòu)造影響，淺層巖溶裂隙、溶洞（槽）較發(fā)育，淺部巖體成為地下水強烈活動、賦存和塌落物運移的較好空間和通道，地下水在土層與基巖接觸面附近活動，軟化基巖面處土體，土粒被地下水沿巖溶裂隙通道帶走而逐漸形成土洞，而抽水促進(jìn)以上地下水活動，是地面巖溶塌陷產(chǎn)生的基礎(chǔ)，巖溶裂隙的發(fā)育受地質(zhì)構(gòu)造的影響，在一定程度上控制著塌陷的分布。

抽水鉆井在進(jìn)行第Ⅲ次抽水試驗后段時，于鉆井南東側(cè)距離為1.30 m 處產(chǎn)生一個塌坑，地面形態(tài)呈不規(guī)整橢圓形，長軸a為1.40 m，短軸b為0.90 m，塌坑深h為0.35 m。塌坑長軸方向與巖溶裂隙發(fā)育方向基本一致，說明炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)抽水致塌位置受地質(zhì)構(gòu)造的控制較為明顯，由含水?dāng)鄬悠扑閹б稹?/p>

3.4 巖溶發(fā)育程度對抽水致塌的影響

研究區(qū)采用電法物探及鉆探兩種勘察手段進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)研究區(qū)電阻率聯(lián)合剖面曲線的特征形態(tài)，推斷研究區(qū)存在南東-北西方向的破碎斷裂帶；在推斷出的破碎斷裂帶上采用四極電測深查明研究區(qū)在20～25 m之間存在低阻異常體，同時根據(jù)不同供電極距的聯(lián)合剖面測量結(jié)果，比較兩種不同供電極距曲線，易發(fā)現(xiàn)當(dāng)AB/2 大于40 m 后，尾枝曲線呈近45°上升，由此可反映在30～40 m 仍有低阻體存在，說明該條異常體延深較大。電法物探結(jié)果表明研究區(qū)巖溶主要以裂隙為主，局部為小型溶洞，巖溶屬弱發(fā)育，電法物探探測過程及結(jié)果詳見圖4、圖5、圖6、圖7。

圖4 研究區(qū)電法工作布置平面圖Fig.4 Plan of the electrical work layout of the study area

圖5 研究區(qū)聯(lián)合剖面ρs 剖面平面圖Fig.5 Joint section ρs section plan of the study area

圖6 研究區(qū)2 線不同供電極距聯(lián)剖對比曲線Fig.6 Contrast curve of different electrode distances in the 2 lines of the study area

圖7 研究區(qū)2 線視電阻率(ρ s )斷面等值線圖Fig.7 2-line apparent resistivity (ρ s )cross-sectional contour map of the study area

在選定區(qū)域采用鉆探手段直接揭露巖土體分布情況，上覆土層厚度為3.0 m，下伏基巖面起伏不平，溶溝溶槽較發(fā)育，其大致呈南東-北西向分布，分別于3.00～4.00 m、20.20～25.40 m（其中24.00～24.30 m 為小溶洞，無黏性土充填）、30.20～42.30 m 處查明為較破碎炭質(zhì)灰?guī)r，其余區(qū)段為較完整炭質(zhì)灰?guī)r，綜合判定該區(qū)域巖溶屬弱發(fā)育。鉆探地層詳細(xì)情況見圖1。

基巖面處上覆土體因長時間受地下水浸泡，基本呈軟塑或流塑狀態(tài)，其抗剪強度遭受極大弱化，通過為人抽取地下水時，地下水位從上覆土層迅速降至下伏基巖內(nèi)，水體通過基巖面溶蝕裂隙入滲至抽水井內(nèi)，巖溶發(fā)育越強烈，水體補給抽水井越迅速，基巖面處土體在較強水動力作用下被水體侵蝕剝落，在巖面處越容易形成土洞，促進(jìn)巖溶塌陷的產(chǎn)生。而當(dāng)停止抽取地下水，抽水井內(nèi)水體得到周邊水源補給，井內(nèi)水位迅速恢復(fù)，井內(nèi)水體以巖溶裂隙為運輸通道及時補給上覆土體中水位，若巖溶發(fā)育越強烈，則抽水井中水體補給到土體中速度越快，對上覆土體的侵蝕作用越強烈，巖面處土體越容易發(fā)生侵蝕破壞，越易引發(fā)巖溶塌陷；反之，水體對巖面上覆土體侵蝕破壞越弱，越不易引發(fā)巖溶塌陷。

3.5 水動力因素對抽水致塌的影響

研究區(qū)地下水主要有兩類，一類是位于表層的松散土層孔隙潛水，該層埋藏淺，賦存于上部沖洪積形成的含礫黏性土層中，受大氣降水、地表溪溝水體的補給，季節(jié)性影響較大，水量貪乏-中等；另一類是碳酸鹽巖碎屑巖互層溶洞裂隙水，主要賦存于石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階（C1y）炭質(zhì)灰?guī)r中，淺部巖溶裂隙發(fā)育，有助于巖溶管道發(fā)育和地下水富集，該層地下水水量貧乏。

該區(qū)地下水主要為低水頭承壓水，鉆探查明上覆土層厚度為3.0 m，測得鉆井內(nèi)穩(wěn)定水位為0.71 m，其壓力水頭在土層內(nèi)，通過巖溶裂隙通道與土層接觸，使局部土層飽和形成軟塑土，多次對鉆井抽水活動加強了地表水與地下水之間的水力聯(lián)系，產(chǎn)生較大水位波動，軟塑土易被水流帶走而形成土洞，土洞內(nèi)壁土體在地水位上下波動，逐漸侵蝕崩解，土洞進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)土洞擴(kuò)大至一定程度時，在突遇抽取地下水致使地下水位驟降，上覆土體由于降雨或是浸水作用容重增大，同時，其土體抗剪強度減弱，土洞原有的平衡被打破而突然失穩(wěn)，便產(chǎn)生巖溶塌陷。而當(dāng)抽水量超過水的補給量時，水位產(chǎn)生過大降深，極易產(chǎn)生巖溶塌陷。

3.6 成井工藝對抽水致塌的影響

鉆井時，若未將套管下至較完整基巖或下入深度不夠，在抽水時水流直接對上部土層潛蝕、搬運隨水被抽出，打破原有受力平衡狀態(tài)，極易產(chǎn)生巖溶塌陷。該研究鉆井已將無縫鋼管下放至較完整炭質(zhì)灰?guī)r層，并有一定嵌固深度，基本阻絕地表水通過鉆井口直接下滲連通地下水，成井工藝對該鉆井抽水致塌影響較小。

綜上所述，研究區(qū)鉆井人為抽水致塌過程及現(xiàn)象，其塌陷產(chǎn)生受多種因素共同作用影響，而非單一因素作用結(jié)果，其主要受覆蓋層巖性特征、巖溶發(fā)育程度及水動力因素作用影響，其中，地下水位升降在巖溶塌陷過程中發(fā)揮主要作用，地下水位升降促進(jìn)上覆土層中土洞形成、擴(kuò)大，直至打破上覆土層原有平衡，最終導(dǎo)致巖溶塌陷。

4 預(yù)防措施建議

針對研究區(qū)特殊巖性特征條件下的抽水活動，在此提出具體防預(yù)措施，主要從以下幾方面進(jìn)行：

4.1 減小抽水水位降深

研究區(qū)基巖為炭質(zhì)灰?guī)r，巖溶裂隙發(fā)育弱，水量較小，在高強度抽水工況下，短時間內(nèi)水位降深過大，極易引發(fā)地表塌陷危險。建議鉆井抽水時，選擇小功率抽水泵進(jìn)行抽水，延長抽水時間，使地下水抽排與水源補給達(dá)到動態(tài)平衡，避免短時間內(nèi)產(chǎn)生過大降深；可增大水源補給，提高蓄水能力，在地表一定深度范圍內(nèi)設(shè)置蓄水井，一定時間內(nèi)高強度的抽水活動，蓄水井中水量滿足抽水要求，井位周圍不致產(chǎn)生過大水位降深。

4.2 正確抽水方式

研究區(qū)地下水位較淺，抽水活動時，地下水位易產(chǎn)生基巖面上下波動情況，故結(jié)合研究區(qū)實際情況，建議鉆井抽水時，采用穩(wěn)定抽水量方式抽水，盡量避免間歇式抽水方式[19]，可有效減小地下水活動，基巖面土體不易受地下水剝落破壞，減緩?fù)炼吹男纬?，進(jìn)而預(yù)防巖溶塌陷發(fā)生。

4.3 減少地表水與地下水間的水力聯(lián)系

研究區(qū)確認(rèn)有兩層地下水，一類是土層中的孔隙潛水，另一類是炭質(zhì)灰?guī)r中的溶洞裂隙水，為了減少地表水與地下水間的水力聯(lián)系，鉆井過程中，已將無縫鋼管插入完整基巖，并嵌入一定深度，以防止抽水活動時地表水直接從井口流入井內(nèi)，造成地表水位突降，表層土體中孔隙水壓力急劇減小，其有效應(yīng)力劇增而產(chǎn)生地面塌陷。

4.4 其他

結(jié)合研究區(qū)周邊實際環(huán)境情況，地表水及降雨容易從鉆井周邊直接往下入滲，對土體產(chǎn)生侵蝕作用及降低上覆土體力學(xué)強度，建議對研究區(qū)抽水井周邊地表進(jìn)行硬化，避免地表水或降雨對上覆土體發(fā)生侵蝕作用，同時，抽水井周邊嚴(yán)禁震動或是大面積堆載。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育主要以巖溶裂隙及小溶洞為主，在抽水水位降深時，巖溶裂隙與小溶洞內(nèi)儲存水為主要補給源和運輸通道；研究區(qū)所得到的滲透系數(shù)k及影響半徑R結(jié)果較同類地層有較大差異，說明該區(qū)域巖溶裂隙發(fā)育具不規(guī)則性；炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)抽水致塌位置受地質(zhì)構(gòu)造的控制較為明顯，由含水?dāng)鄬悠扑閹б?；?dāng)抽水量超過水的補給量時，水位產(chǎn)生過大降深，極易產(chǎn)生巖溶塌陷；研究區(qū)鉆井人為抽水致塌受多種因素共同作用影響，而非單一因素作用結(jié)果，其主要受覆蓋層巖性特征、巖溶發(fā)育程度及水動力因素作用影響，其中，地下水位升降在巖溶塌陷過程中發(fā)揮主要作用，地下水位升降促進(jìn)上覆土層中土洞形成、擴(kuò)大，直至打破上覆土層原有平衡，最終產(chǎn)生巖溶塌陷。

5.2 建議

通過試驗綜合分析了炭質(zhì)灰?guī)r地區(qū)抽水致塌的影響因素及預(yù)防措施，但是尚未建立相應(yīng)的抽水致塌模型，缺乏模型計算數(shù)據(jù)與現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)對比。建議未來進(jìn)一步通過建立模型實現(xiàn)以下研究：對抽水致塌的整個受力變化過程進(jìn)行定量研究，求出抽水致塌的臨界降幅水位。