漳平市隔頂村巖溶塌陷的成因及穩(wěn)定性分析

祝安奇

（福建省121 地質(zhì)大隊(duì) 福建龍巖 364021）

塌陷區(qū)位于漳平市拱橋鎮(zhèn)隔頂村東側(cè)山坡，現(xiàn)場(chǎng)可見塌陷點(diǎn)4 處，長(zhǎng)圓弧地裂縫1 條，地面多處開裂下沉，為張性裂縫，未貫通。

1 塌陷區(qū)概述

1.1 氣象水文

塌陷區(qū)位于漳平市拱橋鎮(zhèn)隔頂村，本區(qū)地處低緯度區(qū)，屬中亞熱帶，氣候溫和濕潤(rùn)。年平均氣溫19.2 ℃，年均降雨量1 525 mm，無霜期317 d；拱橋鎮(zhèn)內(nèi)主要河流為拱橋溪，屬于九龍江支流，拱橋溪從永福流入貫穿全境，坑壟峽谷交錯(cuò)，水力資源豐富。

1.2 地形地貌

塌陷區(qū)位于漳平市南側(cè)，地貌單元主要為低山，海拔標(biāo)高最低為+590 m，最高為+900 m，相對(duì)高差約310 m。地形坡度較陡，切割強(qiáng)烈，一般坡度20°～40°，局部達(dá)45°以上，主要山脈走向?yàn)闁|西向，地形總體呈南高北低的單向坡。區(qū)內(nèi)植被較發(fā)育，通視條件較差。

1.3 塌陷區(qū)水文地質(zhì)條件

塌陷區(qū)為山坡地，無大型水體匯聚，匯水面積約1.49 km2。在塌陷區(qū)東側(cè)山谷有1 條水溝，水面寬度0.50 m，水深0.20 m，流速0.30 m/s，流量20 L/s。塌陷區(qū)地表及地下水排泄條件較好，長(zhǎng)時(shí)間降雨或暴雨期間，山坡地表水沿坡面及沖溝匯集、徑流，為瞬時(shí)—短時(shí)性水流。地表水主要靠大氣降水補(bǔ)給，以地面蒸發(fā)、地表徑流及滲漏方式排泄，水位及流量隨季節(jié)變化較大。

塌陷區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。近地表孔隙水含水層富水性差，透水性較強(qiáng)，水位受降雨直接影響；塌陷區(qū)基巖巖性為粉砂巖、花崗巖，地下水主要賦存于節(jié)理裂隙和風(fēng)化裂隙中，塌陷區(qū)內(nèi)巖層多發(fā)育張開型節(jié)理，部分為泥質(zhì)充填，且區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，有貫通性較好的大型節(jié)理或裂隙，基巖裂隙含水層多為半承壓水類型；灰?guī)r層中由于溶洞發(fā)育，連通性較好，屬強(qiáng)透水層，富水性好，巖溶水通過溶洞、構(gòu)造破碎帶由南向北徑流，在低洼溝谷處以泉水形式以及人工采硐排泄。

1.4 地層及構(gòu)造

根據(jù)對(duì)塌陷區(qū)及其周邊進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪以及鉆探工程揭露情況，塌陷區(qū)及其周邊地層情況為：表層為人類活動(dòng)的雜填土、坡殘積成因的含角礫粉質(zhì)粘土以及殘積砂質(zhì)黏性土；下伏基巖為二疊系文筆山組的粉砂巖、硅質(zhì)巖、棲霞組的灰?guī)r和侏羅系燕山期的花崗巖。

區(qū)域上該區(qū)處于閩西南拗陷帶中，斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)內(nèi)分別有F1、F2、F3、F4、F5、F6等6 條斷層通過，均為正斷層。

2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 巖溶塌陷特征

區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)4 個(gè)巖溶塌陷點(diǎn)，其災(zāi)害類型為地面塌陷，分別為1# 塌陷、2# 塌陷、3# 塌陷和4# 塌陷，見圖1。

圖1 塌陷點(diǎn)分布及塌陷區(qū)構(gòu)造圖

1# 塌陷：平面形態(tài)橢圓形，長(zhǎng)軸直徑為66.27 m，方向?yàn)?74°，短軸半徑為46.20 m，塌陷可見深度為21.20 m，剖面上呈漏斗狀，地面塌陷面積約2 404.63 m2，塌陷邊坡坡度60°～70°。坡體巖土層為含角礫粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，塌陷規(guī)模為大型。

2# 塌陷：平面形態(tài)近圓形，直徑為16.20 m，塌陷可見深度為11.00 m，剖面上呈壇狀，地面塌陷面積約206.12 m2，塌陷邊坡坡度55°～65°，坡體巖土層為含角礫粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，塌陷規(guī)模為中型。

3# 塌陷：平面形態(tài)近圓形，直徑為38.96 m，塌陷可見深度為20.16 m，剖面上呈漏斗狀，地面塌陷面積約1 192.14 m2，塌陷邊坡坡度65°～75°，坡體巖土層為含角礫粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，塌陷規(guī)模為中型。

4# 塌陷：平面形態(tài)近圓形，直徑為6.00 m，塌陷可見深度為3.00 m，剖面上呈碟狀，地面塌陷面積約28.27m2，塌陷邊坡坡度50°～60°，坡體巖土層為含角礫粉質(zhì)黏土，塌陷規(guī)模為小型。

地質(zhì)調(diào)查及鉆探工程揭露發(fā)現(xiàn)塌陷區(qū)內(nèi)易坍塌的巖土層主要為殘積砂質(zhì)粘性土，通過化驗(yàn)分析，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 殘積砂質(zhì)黏性土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2 塌陷區(qū)內(nèi)溶洞特征

地質(zhì)測(cè)繪查明，在2# 塌陷點(diǎn)與3# 塌陷點(diǎn)之間發(fā)現(xiàn)落水洞1 個(gè)，落水溶洞洞口高度1.0 m，寬約2.0 m，洞內(nèi)高度3.0 m～4.0 m，局部達(dá)6.0 m，為空洞；在廢棄的+750 m 水平采硐內(nèi)發(fā)現(xiàn)2 個(gè)小型溶洞，洞高約1.0 m～2.0 m，寬約2.0 m～3.0 m，基本為空洞，僅底部見少量充填物。場(chǎng)地溶洞發(fā)育程度強(qiáng)，洞高較大。溶洞頂板巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。

3 地面塌陷成因分析

通過地質(zhì)測(cè)繪、地面高密度電法、鉆探工程揭露等資料分析，造成地面塌陷的因素有：存在巖溶洞隙、地層巖性破碎、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地下水水位變動(dòng)以及短期強(qiáng)降雨等。

3.1 自然因素

（1）巖溶洞隙的影響。塌陷區(qū)出露的基巖為二疊系棲霞組的灰?guī)r，巖性質(zhì)純，巖體又地處地下水補(bǔ)給流通區(qū)，溶洞發(fā)育。區(qū)內(nèi)溶洞凈空高5.00 m 以上，為空溶洞，巖溶頂板巖層破碎，為塌陷的產(chǎn)生提供了基本條件。

（2）地層巖性的影響。塌陷區(qū)下伏地層為二疊系文筆山組的粉砂巖、泥巖和棲霞組的灰?guī)r，灰?guī)r質(zhì)純，為可溶性巖體；巖層中構(gòu)造節(jié)理裂隙特別發(fā)育，巖體破碎，完整性較差，在節(jié)理、裂隙較發(fā)育地段易形成較大規(guī)模的隱伏溶洞。上覆的文筆山組粉砂巖受區(qū)內(nèi)構(gòu)造影響，巖體極破碎，呈碎石狀，呈骨架接觸，少量泥質(zhì)充填，其抗塌力低下。塌陷區(qū)的第四系覆層，主要為人工坡積含角礫粉質(zhì)黏土，隨著土的顆粒變粗，其抗塌性降低；隨著含砂礫量的增加，其抗塌性降低；巖體結(jié)構(gòu)越破碎，滲透性和導(dǎo)水性越好，其抗塌性越差。

（3）地質(zhì)構(gòu)造的影響。通過對(duì)塌陷區(qū)及其周邊區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)測(cè)繪和高密度電法工作，對(duì)塌陷區(qū)構(gòu)造及其特征作出推斷。在塌陷區(qū)布設(shè)了6 條測(cè)線，實(shí)際完成高密度電法483 個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集工作，剖面總長(zhǎng)為3 816 m，根據(jù)高密度電法反演成果推斷解釋了6 條斷裂，斷層賦水性及導(dǎo)水性強(qiáng)。受斷層影響，塌陷區(qū)內(nèi)地層裂隙發(fā)育，裂隙未充填，巖體破碎，巖體呈碎石狀，巖塊間呈不規(guī)則接觸，為塌陷形成提供松散物質(zhì)。因該區(qū)域斷層發(fā)育，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)基巖含水層具有很好的滲透性和導(dǎo)水性，地下水水位受大氣降水影響大，斷層特征見表2。

表2 斷裂推斷解釋一覽表

（4）地下水的影響。場(chǎng)地地下水活動(dòng)與土洞的形成密切相關(guān)，地下水位的升降變化，使上部土體在地下水升降過程中反復(fù)漲縮，土體間的結(jié)合力及抗剪強(qiáng)度降低，形成松軟巖土體。地下水的頻繁變化活動(dòng)作用使得地下水對(duì)松軟土體產(chǎn)生潛蝕、搬運(yùn)作用，使得在巖土交界面處易發(fā)育土洞，當(dāng)土洞發(fā)育至一定程度則易產(chǎn)生塌陷［5］。

（5）大氣降雨的影響。本次塌陷的誘因是長(zhǎng)時(shí)間降雨（2018 年5 月～7 月降雨量一般30 mm/d～60 mm/d，最大降雨量450 mm/d），降雨對(duì)松散覆蓋層的巖土體，起到充水和軟化作用。在強(qiáng)降雨期間，地下水位迅速上升，浸泡洞頂巖土層，降低了洞頂破碎巖土體的抗塌力，地下水位的變動(dòng)，產(chǎn)生滲透潛蝕作用，加快地下空洞的形成［2］。因地層破碎，賦水條件差，當(dāng)降雨停止后，特別是長(zhǎng)時(shí)間干旱（2018 年8 月～11 月），造成地下水位下降，形成真空吸蝕，將原有洞中松軟充填物帶走，形成空洞。地下水升降的反復(fù)作用，使原本就不穩(wěn)定的洞體頂板抗塌力降低，洞體上部巖土體在雨水作用下產(chǎn)生塌陷。

3.2 人為因素

塌陷區(qū)的人為工程活動(dòng)，主要為人類灰?guī)r采礦活動(dòng)，開采方式為硐采，在地下形成采空區(qū)。因早期采礦為淺地表硐采，形成的采空區(qū)分布較淺。上覆巖層風(fēng)化嚴(yán)重，巖土體工程力學(xué)性能差，同時(shí)采礦活動(dòng)溝通原有溶洞，在水的作用下使原已充填溶洞的充填物下泄，形成空溶洞，且不斷擴(kuò)展，從而形成地面塌陷。

4 塌陷區(qū)地面塌陷穩(wěn)定性分析

塌陷區(qū)地處溶蝕—構(gòu)造成因的低山坡地，巖溶發(fā)育程度為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。塌陷已輕微充填改造，充填物疏松，呈流—軟狀態(tài)，地表水匯集入滲，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，塌陷呈間歇性緩慢活動(dòng)，現(xiàn)狀處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)塌陷點(diǎn)空間分布范圍以及數(shù)量分析，塌陷區(qū)巖溶塌陷的強(qiáng)度大，發(fā)育速度快，頻率較高；巖溶發(fā)育程度強(qiáng)，對(duì)巖溶塌陷的影響大；第四系覆蓋層對(duì)巖溶塌陷的影響強(qiáng)；地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)易發(fā)性的影響強(qiáng)；地下水對(duì)巖溶塌陷的影響強(qiáng)，根據(jù)1∶50000《巖溶塌陷調(diào)查規(guī)范》判定本區(qū)為巖溶塌陷易發(fā)性高。

根據(jù)因地面塌陷牽引所形成的周邊裂縫、塌陷點(diǎn)形態(tài)特征以及塌陷區(qū)巖土層的物理、力學(xué)性質(zhì)分析，在現(xiàn)有塌陷點(diǎn)外圍存在潛在的塌陷面。如不采取有效治理措施，在大氣降水和地下水活動(dòng)的作用下，有進(jìn)一步塌陷的可能。

5 塌陷區(qū)地面塌陷發(fā)展變化趨勢(shì)

該塌陷主要是地下水活動(dòng)導(dǎo)致土洞向上擴(kuò)展形成的巖溶塌陷。根據(jù)塌陷邊緣和滑落面傾角以及巖土層的穩(wěn)定傾角分析，塌陷直徑有進(jìn)一步擴(kuò)大的可能。

6 結(jié)論

本文在對(duì)漳平市拱橋鎮(zhèn)隔頂村地面塌陷現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，從巖溶洞隙發(fā)育、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨、地下水和人為因素等方面綜合分析，得到結(jié)論如下：

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和工程鉆探結(jié)果，塌陷點(diǎn)有4 處，分別為1#塌陷、2#塌陷、3#塌陷和4#塌陷。本區(qū)塌陷規(guī)模為大型。

（2）塌陷主要是在不利的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨、地下水和淺部人工采礦活動(dòng)等自然因素和人為因素等共同作用下形成的，長(zhǎng)時(shí)間降雨是本次的塌陷形成主要誘因。

（3）塌陷區(qū)目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，巖溶洞隙的穩(wěn)定性較差，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，巖溶塌陷易發(fā)性高。