黄河冲积平原区第四系地面塌陷机理研究——以临清市寺上村为例

黄河冲积平原区第四系地面塌陷机理研究
——以临清市寺上村为例
陈　振
（山东省物化探勘查院，山东　济南　２５００１３）
摘要：本文通过水文地质调查、地下水动态监测、地下水开采量现状调查、高密度电法、工程地质钻探等工作手段，对研究区地面塌陷的致灾因素进行了分析与研究，从而总结了第四系地面塌陷的形成机理，并提出了科学合理的治理措施。

关键词：第四系；地面塌陷；形成机理
1研究区位置
研究区位于山东省聊城市临清市青年办事处寺上村，位于临清市城区的西南方向，距城区约10km，交通较为便利。

本次工作研究区面积约16km2。

2区域概况
2.1地形地貌。

研究区为黄河泛滥冲积平原，微地貌形态为沙质河槽地。

区域上地势较平缓，但有微倾斜，自西南向东北倾斜，高处海拔49m，低处海拔27.5m，平均坡降1/7500。

2.2区域工程地质特征。

聊城市土体20m深度内主要是全新统黄河冲积物，上部多被粘性土覆盖，下部为粘性土与砂性土互层。

砂性土岩性为粉砂、粉细砂，其次中细砂；粘性土岩性为粉土、粉质黏土，其次为粘土。

3本次工作内容
3.1水文地质调查。

研究区内含水层岩性为粉砂、粉细砂，砂层厚＜26m，底界面埋深39.5～41.5m，涌水量500～1000m3/d。

浅层孔隙地下水水位埋深1
4.7m，年变幅
5.0m左右。

浅层地下水的径流方向为由东南向西北缓慢流动；主要补给来源为降水入渗及河流渗漏，其次为河渠、农田灌溉入渗补给；排泄方式主要是人工开采、地表径流排泄，其次为蒸发。

调查期间浅层地下水最低水位标高为13.88m，最高水位标高为19.3m。

3.2地下水动态监测。

研究区内布设地下水动态监测点3个，根据水位监测资料，研究区内1#监测井水位埋深最大为22.29m，最小为17.60m，2#监测井水位埋深最大为22.03m，最小为17.00m，3#监测井水位埋深最大为21.53，最小为17.34，三个监测井的地下水水位埋深变幅为
4.19~
5.03m。

根据区域监测资料，区域内地下水水位呈现波动并逐年下降的趋势。

3.3地下水开采现状调查。

通过调查，研究区范围及附近区域没有水源地，工作区远离城镇，区内没有大型企业。

研究区内水井均为浅井，平均分布密度为2眼/ km2，成井深度为45~60m，水位埋深在15.4~21.5m之间，取水层位为25~36m，工作区内3月份开采量2.8万m3，4月份开采量2.24万m3，6月份开采量为
4.5万m3，除灌溉开采外，其它活动开采地下水量极小，2016全年开采总量为9.54万m3。

3.4高密度电法。

研究区内布设了1m和5m极距
技术工程·TECHNOLOGY AND ENGINEERING
补偿做出明确的规定，保护被征地群众的利益，使人民群众享有农地发展权实现的成果和效益；最后，做好耕地保护补偿法律法规的落实工作，对耕地保护补偿的主体、客体、方式、标准以及资金来源做出明确的规定，并对其进行严格的管理和监督，保证耕地保护补偿的顺利进行。

4.2 提升群众耕地保护意识。

随着经济的不断发展，人民群众往往更加重视耕地资源经济效益，对耕地资源的社会效益和生态效益并不关注。

在这种情况下，人们以牺牲耕地资源对维持生态平衡和保护粮食安全的作用，来获取经济利益，这种行为对社会的稳定和可持续发展带来较大的威胁。

基于此，我们应该更加强耕地资源保护重要性的宣传，提升人们群众的耕地保护意识，激励人们主动的保护耕地。

4.3 合理的确定耕地保护补偿标准。

长期以来，我国耕地补偿价值仅仅以经济价值为主。

从上文中表1耕地保护补偿价值构成中可以看出，耕地资源所具有价值，不但包括经济价值，还包括耕地的社会价值和生态价值。

因此，在确定耕地保护补偿标准时，应该以科学发展观为指导，建立更加科学合理的耕地价值核算体系，在进行耕地资源价值的核算时，将耕地的社会价值和生态价值考虑在内，保证耕地保护补偿标准的合理性，实现耕地资源的合理配置和利用。

4.4 促进耕地保护补偿方式的多元化。

现阶段，我国耕地保护补偿方式仅仅以货币补偿为主，该种补偿方式虽然能够在某一阶段内弥补耕地保护者保护耕地的成本，但是，并不能长久的维持被征地群众的生活水平。

基于此，应该坚持因地制宜的原则，运用多种方式进行耕地保护补偿，促进耕地保护补偿方式的多元化，例如，运用技术支持和物质补偿等方式，通过对人民群众提供生产资料和设备，以及无偿的专业知识教育，提升人民群众的生活水平，使耕地资源得到合理的利用，实现耕地资源的价值。

结束语：综上所述，耕地作为人类不可缺少的资源，对其进行保护具有重要意义，不但能够促进保证国家的粮食安全，还能保证社会的稳定和可持续发展。

因此，我们应该不断建立健全耕地保护补偿机制，对耕地保护补偿的主体和客体进行明确，合理的确定耕地保护补偿的方式和标准，促进耕地资源的合理配置，实现耕地资源的价值。

参考文献
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城市地理088
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CITY
GEOGRAPHY
测线各3条。

通过研究区高密度电法成果图的综合分析，有如下发现和推断：（1）SSGD1、2线高密度电法成果图未发现明显异常。

（2）SSGD3线存在电阻率异常，离塌陷区域较远，推断是由于隐伏的古河道引起。

（3）SSGD4、5、6线上，发现工作区塌陷点存在低阻异常区域，
分布面积约223m 2
，埋藏深度在2.0～9.6m 之间，西部埋藏较深，东部埋藏较浅，推断此地层中存在地层松散或空洞区域，由于被地下水或泥浆充满形成的低阻异常区域。

（4）经钻探验证，SSGD4、5、6线的低阻异常区为古河道沉积松散粉土，局部仍可能有空洞和人工活动痕迹。

3.5工程地质钻探。

钻探和人工浅钻资料表明，研究区地面塌陷勘探深度内均为第四纪全新统（Q 4）地层，主要岩性为粉土、粘土和粉砂。

4地面塌陷的现状和形成机理
4.1地面塌陷现状。

2013年4月，临清市青年办事处寺上村发生地面塌陷，该地面塌陷位于寺上村东南、
临冠路路西约1000米，塌陷坑表面呈椭圆形，长约2米，宽1.5米，坑深2.2米，塌陷发生在麦田内，没有造成太大的经济损失，塌陷坑现早填平。

调查期间并未发现新的塌陷发生。

4.2地面塌陷致灾因素分析
4.2.1工程地质因素。

土体对塌陷形成的影响主要在于结构，土体的结构指不同岩性土层间的相互排列及组合特征。

塌陷工作区所处沉积相为河流相，具有明显的正韵律和二元结构，即下部细粉砂-粉砂和上部的亚砂土。

而塌陷土体由于与周围土体所处的沉积环境又稍有不同，形成的局部土体较为松散，级配不好，大小颗粒混杂，在大颗粒的边缘总有部分空隙没有完全被细颗粒
物质充填，这些部位相对于级配较好的部分称之为结构缺陷部位。

当地下水频繁升降，容易产生多种力学效应，
如胀缩散解作用、水气的正负压力顶托和失托效应、吸蚀效应，因而易产生空洞和塌陷。

4.2.2水文地质因素。

在塌陷形成的前期阶段，地下水位反复波动，高水位时侧向潜蚀作用加强，土颗粒随地下水运移而运动，顶板变薄，空洞加大。

同时，当地下水快速排泄，水位骤然下降至空洞盖层空间以下时，原本充满地下水的空洞必定转化为低气压状态，似呈真空的负压腔。

在负压腔内不断下降着的水面，犹如巨型吸盘，强有力的抽吸着腔壁及顶端的土体下落，并使其流变。

随着水面的不断降低，真空腔不断增大，上部盖层的内部结构不断发生微观的真空吸蚀掏空作用，作为盖层的土层底部呈现颗粒状或片状，快速自行剥落直至坍塌破坏。

与此同时，由于负压腔内外的压差效应，使腔外的大气压对盖层表面产生冲压作用，降低土体强度，加速盖层宏观平衡的破坏，使盖层发生形变。

4.2.3农田灌溉因素。

对于广泛分布的厚层疏松土体，其孔隙发育，透水性中等，抗水性差。

在塌陷形成前期阶段，每年进行大量农业灌溉，农灌使得土体含水率和容重短时间内快速上升，这样原本稳定的地下土拱因为灌溉增加了较大的荷载。

同时含水率增加的将导致其抗剪强度减小，当荷载大于抗剪强度时，土体结构会被破坏，导致土体下部塌陷发生。

4.3塌陷形成机理分析。

寺上村地面塌陷形成是降雨、水文地质、工程地质、农田灌溉、人为活动等各种因素所形成的多种地下水动力学模式长期作用的结果，塌陷的发生是经过抗塌力与致塌力相互抗衡、长期孕育、土体的反复破坏形成的，根据本次地质调查与勘查工作，将塌陷的形成机理宏观上大致分为三个阶段：微型孔洞形成阶段——空洞规模扩大阶段——塌陷发生阶段。

4.3.1微型孔洞形成阶段。

此过程为空洞形成的前期阶段，主要受到土体结构和地下水位波动影响。

寺上村地面塌陷发育层位经人工活动造成局部土体松散，容易受垂直入渗和侧向掏蚀作用。

农灌时地下水通过抽水井快速排泄，水位急剧下降，水力坡度增加，水流速度加快，顶部和壁上的含水土颗粒由于自重和地下水流动的作用，这些松散的结构缺陷土体容易产生微小孔洞。

4.3.2塌陷发生阶段。

寺上村塌陷点均位于农田中，干旱后的农田灌溉和强降雨引起的荷载效应是导致塌陷发生的主导因素，经过前两个阶段的发展，空洞已经发展到塌陷发生时的规模。

调查时群众反映，寺上村塌陷
发生在灌溉时，并伴随有一定的响声。

在塌陷发生前，农田较为干旱时，土体含水量较低，当遇上强降雨或集中高强度农田灌溉，使土体含水率和容重短时间内快速上升，土体吸水后的容重比干容重要大，吸水后增加的自重效应与土体厚度、土地塌陷面积成正相关。

水体使土体自重增加，因而土拱受到的荷载不断加大，同时使土体的抗剪强度降低，当荷载超过抗剪强度时，土体结构导致土体下部塌陷发生。

5地面塌陷治理措施
聊城市地面塌陷出现在农田中，塌陷的面积和深度较小，对人民的生产生活威胁不大，根据塌陷规模和地
点，在选择治理方法时按照“必要性、技术可行性和经济合理性”三原则，选用绕避和回填法，若回填不密实，还可注用灌注法。

5.1绕避和回填法。

可对塌陷影响范围内进行圈定，将影响区域围住隔离，安插警示牌，禁止人员进入，农业生产应该绕过避开这一区域，以免发生危险。

回填针对不同深度采用不同填料，底部应该采用大块片石，不
易流失，
混以碎石填筑，上部以粘性土回填并用夯锤夯实，经一段时间下沉压密后再用粘土夯实补平。

5.2灌注法。

查明空洞的位置后，将贯通空洞顶部的钻孔孔径扩大后下套管并沿套管预放注浆导管，然后向洞中套管注砂充填，至无法再填砂时，由导管注入水泥浆，直到浆液返出地面为止，为检验注浆充填效果，
可在完成数日后进行钻探取芯。

一般情况下注浆治理塌陷空洞都能取得良好效果。

参考文献
[1]程鉴基.广州市地面塌陷特征与防治对策研究[J]．铁道工程学报，2012，1（1）：1-5。