地面塌陷现象

地面塌陷现象引言：据统计：截至2012年，中国24省市区都有地面塌陷发生，其中主要分布于辽宁、河北、江西、湖北、湖南、四川、贵州、云南、广东、广西等省区。

一、定义：地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。

二、基本类型1.根据形成塌陷的主要原因分为自然塌陷和人为塌陷两大类1)自然塌陷：是地表岩、土体由于自然因素作用，如地震、降雨、自重等，向下陷落而成，如黄土湿陷。

2)人为塌陷：由于人为作用导致的地面塌落。

2.根据塌陷区是否有岩溶发育，分为岩溶地面塌陷和非岩溶地面塌陷1)岩溶地面塌陷：主要发育在陷伏岩溶地区，是由于隐伏岩溶洞隙上方岩、土体在自然或人为因素作用下，产生陷落而形成的地面塌陷。

2)非岩溶地面塌陷：根据塌陷区岩，土体的性质又可分为黄土湿陷、火山熔岩塌陷和冻土塌陷等多种类型。

三、主要特征1.岩溶塌陷：岩溶塌陷的平面形态具有圆形、椭圆形、长条形及不规则形等，主要与下伏岩溶洞隙的开口形状及其上复岩、土体的性质在平面上分布的均一性有关。

其剖面形态具有坛状、井状、漏斗状、碟状及不规则状等，主要与塌层的性质有关。

粘性土层塌陷多呈坛状或井状，砂土层塌陷多具漏斗状，松散土层塌陷常呈碟状，基岩塌陷剖面常呈不规则的梯状。

2.采空塌陷：一般较大，面积一般在几百米以上，大者如湖南杨梅山煤矿塌陷，长2km，宽1km，深12m，塌陷面积达几百万平方米。

3.黄土湿陷：湿性黄土在干燥状态下可以承受一定荷重而变形不大。

当浸水后，土粒间水膜增厚，水溶盐被溶解，土粒联结力显著减弱，从而引起土体结构破坏并产生湿陷。

由于湿陷往往是突然发生的，所以常使建筑物突然发生沉陷，甚至导致建筑物破坏。

四、工程案例（塌陷形成原因、对工程影响、处理方法）案例一：2008年4月广东省平远县石镇洋背村发生岩溶地面塌陷，塌陷造成X036县道砼路面出现两处悬空，公路中断，房屋裂缝，地表坍塌，给公路交通和当地村民带来了不同程度的损失。

地面坍塌已发展至南北长约250米，东西长约120米的不规则状灾害区，在坍塌区范围内发生大小不等的塌陷坑有20余处，塌陷坑直径1.5~10米不等，深度1~8米不等1.形成机理：塌陷区的工程地质岩组的组合是以上不第四系松散岩工程地质岩组与坚硬灰岩工程地质岩组的二元结构体，在天然动态条件下，处于平衡稳定状态。

塌陷区附近有两家矿山，均为地下开采的石灰石采石场，斜井式开采。

2008年3月下旬以来连续降雨，地表水下渗使土体迅速达到饱和状态，增加了土地重力并加速了溶洞的疏通，使土体的稳定性降低，同时由于地下开采抽取大量的地下水，改变了地下水动态，使上部土层失去了顶托，造成了应力的失衡。

简单地说，洋背村X036县道岩溶地面塌陷是由于石灰石矿山开采，长期抽排地下水和连续降雨等多方面原因共同引发的地质灾害。

2.处理方法控水措施：①在潜在塌陷区周围修建排水沟②严重淤塞的河道清理疏通③严重漏水的河溪铺底防漏或人工改道④严重漏水的塌陷洞隙采用粘土或水泥灌注填实，封闭地面改道⑤矿区修建井下防水闸门，建立有效排水系统，对水量较大的突水点进行注浆封闭。

工程加固措施：①对于塌陷段较大的塌陷坑：跨越法（采用梁板跨越，两端支承在坚固岩土体上的方法）；桩基工程②对于较小的塌陷坑：灌注填充法（灌注水泥砂浆，充满孔洞缝隙，隔断地下水流通道）；清除填堵法（先清除其中松土，填入块石、碎石形成反滤层，覆盖以粘土并夯实）③土体厚度小，地形平坦：强夯法（强夯砸实覆盖层方法）消除土洞，提高土层强度。

案例二：郴州华塘煤矿建井投产以来，不断发生塌陷坑与地面裂缝现象1.影响因素：①开采初期，采用巷道式残采方法爆破落煤，局部上山坑道离地面太近，引发地面塌陷；中期矿井生产能力提高，采空区面积面大；后期，对煤柱回采和越界开采，顶板变形严重，在采空区中部不均匀下沉，多次下沉②煤层薄的地段，地面下沉量小；煤层厚的地段，地面下沉量大③采空区顶板泥岩和砂岩相见，力学强度低，采空区面积大，地面易塌陷④地下水位降低，地表水对岩石缝隙中的胶结物起到软化作用，破坏了裂隙间的粘结力，造成了强度降低⑤矿山时采时停，地下水位大幅度反复升降，地下水压力发生变化，采空区已形成的应力平衡状态被破坏，导致顶板塌落。

2.处理办法：①按规定留设保安煤柱，并且保护好保安煤柱②开采前，根据地面设施分布状况预测评估，制定生产计划，开采方案和防灾减灾方案，采掘时，适量控制爆破规模③加强观测，做好地下水疏排工作和地表水防渗工作。

拦水坝下游上游都可采取块石水泥砂浆铺垫处理，河流经采区边缘，可采取留设防水煤柱或进行帷幕注浆来防治河水渗漏④对塌陷区及时充填，倾斜严重的建筑物及时拆除。

案例三：甘肃省兰州市的黑方台地区，常年沿袭大水漫灌，引发大面积的黄土湿陷。

区内黄土湿陷由灌溉水入渗造成黄土湿陷形成的裂缝、落水洞随处可见，导致大量农田耕地废弃，水利设施严重破坏，距离灌区近的房屋整体沉陷明显。

此外，黄土湿陷造成地基变形，房屋开裂。

区内黄土虽经历了40余年灌溉，湿陷性尚未完全消除。

灌溉水沿裂缝和黄土垂直节理快速补给地下水，会再次引起新的湿陷。

因此，有必要通过改变灌溉模式，控制灌溉量等方式，对灌区黄土湿陷加以控制。

以上三个案例分别为岩溶地面塌陷、采空地面沉陷以及黄土湿陷三种地面塌陷现象。

三种现象的影响因素，形成机理不同，防治措施也就各不一样。

由小及大，通过个别的案例，可以总结出同种类型的共性。

1.岩溶地面塌陷岩溶地面塌陷的形成原因：塌陷区的工程地质岩组和水文地质组合条件在外因影响下是容易诱发岩溶地面塌陷发生的主因。

溶岩地下水流场的稳定状态则成为诱发岩溶地面塌陷灾害的诱因。

溶岩地面塌陷的催化剂则是人类的工程活动破坏了岩溶地下水天然动态平衡条件，改变地下水流场，破坏含水岩土体的天然稳定性。

一般岩溶地面塌陷形成的原因不外乎以上的三条。

2.煤田采空沉陷1）采空沉陷的形成条件：煤矿的开采在地下形成巨大的空间，使上部盖层悬空，使原来地质体的平衡条件被破坏。

在各种营力的作用下，即在动静荷载综合作用下，失去平衡的岩层顶部下沉塌落产生弯曲，以致引起地表沉降变形，形成采空沉陷区。

2）影响因素：①与煤矿的开采强度有关，即如果矿区开采规模大，地下采空空间较大，开采深度浅，那么地表变形就比较大，沉降量也大，变形沉降速率也就相应大②从采空沉陷区分布的构造环境看，几条较大的地区性断裂起着一定控制作用。

采空固然是引起沉陷的主要因素，断裂破碎带的存在制约着塌陷的形成。

由于断裂带附近的岩石破碎，掩体承载力相对偏低，易形成沉降塌陷。

另外，被这些断裂所切割的断块内，由于次级小构造发育也会加大地表沉降变形③岩溶的发育也有利于采空沉陷的形成和发展：岩溶地下水在开采条件下，循环交替强烈。

岩溶于100~-100米之间最为发育，在岩溶分布区内，采空沉陷也相应频繁④降雨在采空沉陷区内更容易汇流富集，汇流后的地表水沿地面裂缝和孔隙直接入渗于地下成为地下水。

在地表水下渗和地下水径流运移过程中，也加速了岩土颗粒的运移，同时增加荷载，加大土体自重，进而加大地表变形速度，扩大变形范围，增大地面变形使得采空沉陷更加发展扩大。

3)对工程建设的影响：举实例来说，南水北调中线工程恰好通过焦作东部的煤矿采空区。

采空沉降塌陷对干渠工程影响很大。

首先，干渠施工时将会遇到岩层塌落、崩塌、下陷等工程地质问题，给水渠工程施工造成一定困难。

此外，更主要的是干渠工程建成后长期整体稳定性受威胁，因为煤矿采空是不稳定的，其采空沉陷一般都会发展扩大，尤其是不均匀沉降更会给工程稳定性造成不利影响。

3.黄土湿陷1）形成原因路基沉陷：①黄土基地本身压缩变形大切强度不够，倘若施工时预压不充分，或为采取任何换填措施，一旦有水侵入就会导致路基沉陷②路基边坡滑塌或崩塌而产生的落物会阻塞边沟，导致道路排水不畅，若不及时进行清理养护，会使滞水下渗引起路基局部被掏空，最终引发路基沉陷③施工前，未对基地进行详细勘察，基底存在未被完全压实的陷穴或坑洞，导致后期路基沉陷路基陷穴：①湿陷性黄土土质疏松，并且细微颗粒容易受水潜蚀，利于地下水进一步渗透，加速了潜蚀②渗透水力梯度较大时，在动水压力作用下，粉粘力被带走，扩大了黄土内的渗流通道，加速了水流的侵蚀和搬运作用③黄土地区雨水少但集中，特别是在暴雨后，大量地表雨水迅速汇集且带有一定压力，雨水渗流到黄土中形成陷穴④地形地貌特征也对陷穴产生一定影响。

陷穴通常发生在一边靠山，一边临深沟地段，有时也发生在半填半挖处路堑与路堤接岔处，或地形起伏多变化处。

路基边坡破坏：除了与水有关外，还与路基压实度边坡断面设计形式有关。

此外，黄土遇雨水湿陷，加剧了边坡的失稳破坏2）防治措施①完善排水设施：施工过程中，应设置临时排水措施，对路堑地段，应设置好堑顶截水沟，避免坡顶雨水沿坡面滑流冲刷坡面并侵蚀路基，对雨量较充沛地区，排水沟截面尺寸应相应增大，以确保将聚集的雨水快速排除至路基范围以外②改进地基处理：施工前，应对基底隐蔽的坑洞进行整平，并予以预压待填筑完成后，应采用机械设备对填筑部分进行压实并达到规定的压实度要求，以确保填筑质量③)优化边坡设计，加强边坡防护养护。

五、预防坍塌措施1.完善工程环境影响评价制度2.加强岩溶区、采空区的工程勘察工作。

地面塌陷中，这两种塌陷最为常见和普遍，应该重点防治。

3.建立工程检测系统4.合理采矿，预留保护柱5.开发岩溶地下水前要做好一系列的勘察，预测以及方案6.防治结合，加强工程自身防护能力六、小结地面塌陷工作的处理，应以预防为主、防治结合。

在进行工程之前，要严格的进行勘察、分析，做出一系列的预测以及解决方案，才可以及时的面对将来可能会出现的问题，也可以尽可能的将危害降低。

参考文献：李守贤，陈荣华，申俊. 郴州华塘煤矿采空区地面塌陷的影响因素及防治措施探究[A].地质灾害与环境保护报，2007,18（3）孙萍萍，张茂省，朱立峰等.黄土湿陷典型案例及相关问题[A].地质通报，2013,32（6）高清武，牛景才.煤田采空沉陷及其影响因素分析.中国地质灾害与防治学报，1997,8（3）黄涛，韩秋石. 湿陷性黄土工程特性及路基病害防治措施[A]. 四川理工学院学报，2013,26（6）袁绍武.塌陷防治与可持续发展.中国地质灾害与防治学报，1997,8蔡裕超，何春盛. 小论岩溶地面塌陷对道路的影响及防治措施[A].科技创新导报，2009,（9）。