1、第五節(jié) 地面塌陷災(zāi)害防治,地面塌陷的概念及分類 是指地表巖、土體在自然或人為因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質(zhì)現(xiàn)象。 分類：根據(jù)成因：自然塌陷和人為塌陷 根據(jù)發(fā)育的地質(zhì)條件：巖溶地面塌陷和非巖溶地面塌陷（采空塌陷和黃土濕陷）,地面塌陷的危害,對(duì)居民地的危害 對(duì)交通設(shè)施的危害 對(duì)水力、電力設(shè)施的危害 對(duì)林木及耕地的危害,一、巖溶塌陷,一）巖溶及其形態(tài)特征 巖溶指可溶性巖石受地表水和地下水以化學(xué)溶蝕為主，機(jī)械侵蝕和崩塌為輔的地質(zhì)營力的綜合作用和由此產(chǎn)生的各種現(xiàn)象的統(tǒng)稱，又稱喀斯特(karst)。 形態(tài)特征：溶溝、石芽、石芽、漏斗、落水洞、溶蝕洼地、溶蝕盆地、峰叢、孤峰等等,漓

2、江兩岸如詩如畫的風(fēng)景,漓江兩岸如詩如畫的風(fēng)景,巖溶的形態(tài)特溶溝,巖溶的形態(tài)特征溶溝和石芽,巖溶的形態(tài)特征-石芽,巖溶的形態(tài)特征石林,巖溶的形態(tài)特征漏斗,巖溶的形態(tài)特征落水洞,巖溶的形態(tài)特征溶蝕洼地,巖溶的形態(tài)特征溶蝕盆地,巖溶的形態(tài)特峰叢,巖溶的形態(tài)特征峰林,巖溶的形態(tài)特征孤峰,巖溶的形態(tài)特征溶洞,石 柱,石鐘乳,石筍,地 下 溶 洞 的 形 成 過 程,該溶洞有上、中、下三層，每層相互連通。上洞、中洞屬同一水平溶洞系統(tǒng)，都很開闊，可容數(shù)百人；下洞中發(fā)育有近100m的地下河，沿地下河行舟可以直通地面。,巖溶的形態(tài)特征暗河,巖溶形態(tài)：,各種巖溶形態(tài)示意剖面圖,二、巖溶塌陷的形態(tài)特征與規(guī)模,巖溶塌

3、陷的規(guī)模,按塌陷坑直徑大小分,巖溶塌陷面積分,百色樂業(yè)，大石圍天坑最大深度613m，坑口東西長(zhǎng)600m，南北寬420m，,三、巖溶塌陷形成條件與成因分類,一）發(fā)育的基本條件是： 巖溶洞隙的存在 一定厚度的松散蓋層 易于改變的巖溶地下水動(dòng)力條件 二）巖溶塌陷形成的成因分類 自然塌陷:暴雨引起的塌陷 洪水引起的塌陷 重力引起的塌陷 地震引起的塌陷,地震引起砂土液化(臺(tái)中港1-4碼頭),人為塌陷：,礦山地下采空 地下工程中的排水疏干與突水（突泥）作用 過量抽采地下水 人工蓄水 人工加載或振動(dòng) 表水或污水下滲引起的塌陷,.災(zāi)害視頻500畝湖泊突然消失.flv,07.6河南金堆城鉬礦地面塌陷 五礦工失蹤

4、,.災(zāi)害視頻江西南昌路面塌陷.flv,07年4月25日 在南昌市的路面塌陷現(xiàn)場(chǎng),某市大地洞于2月23日形成，目擊者稱，地洞出現(xiàn)前，附近地面出現(xiàn)了震動(dòng),07.8事發(fā)九龍坡石坪橋農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，40km2地面塌陷，地下有暗河,07.7重慶暴雨導(dǎo)致白公館停車場(chǎng)大面積塌陷,白公館景區(qū)停車場(chǎng)發(fā)生大面積塌陷,南京地鐵工地滲水塌陷引發(fā)天然氣爆炸 .災(zāi)害視頻南京漢中路段發(fā)生煤氣爆燃事故.flv,村民家中地面塌陷疑與隧道施工有關(guān),廣西陽朔巖溶塌陷易發(fā)區(qū),石膏礦長(zhǎng)期進(jìn)行地下采掘作業(yè)引起的，受此次開裂和地陷影響的田地約有60多畝，其中稻田30余畝。,06年12月廣西岑溪村莊地面塌陷 257人緊急撤離，至2007年1月3日

5、止，地陷仍在繼續(xù),.災(zāi)害視頻廣西叉富村發(fā)生大面積地面塌陷.flv,四、巖溶塌陷的受力分析,巖溶塌陷的發(fā)生，實(shí)質(zhì)上是土洞的抗塌力小于致塌力的結(jié)果。如圖,致塌力,1 、自重力(G) 2、荷載力(P) 3、地下水的滲透壓力：分為垂向滲透力（Fp）和側(cè)向滲透力 （FH） 4、氣體負(fù)壓力(P0)：地下水位下降至巖溶空腔內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生向下的吸蝕力，低于大氣壓。 5、氣體正壓力(PI)：當(dāng)?shù)叵滤谎杆偕邥r(shí)，將被壓縮形成正壓力，導(dǎo)致沖爆致塌。正壓力大于大氣壓力 6、大氣壓力(Pa) 7、振動(dòng)力(S),抗塌力,1、 巖土體的內(nèi)聚力(C)：顆粒間的引力(凝聚力)，粘性土比砂性土大 2、 地下水浮力(W)：巖土體位于

6、地下水位之中時(shí)，因含水量增加而自重加大，但浮力抵消了部份自重力。 3、摩擦力(F)：土體坍塌時(shí)與周邊產(chǎn)生的準(zhǔn)阻力,五、巖溶地面塌陷的成因機(jī)制,一）潛蝕效應(yīng) 理論認(rèn)為，地下水位下降時(shí)，水力梯度也隨之大。當(dāng)水力梯度達(dá)到一定值時(shí)，動(dòng)水壓力則大于土體粘聚力與顆粒間摩擦力，土顆粒開始被滲流帶動(dòng)遷移。這一現(xiàn)象稱為溶蝕。使土顆粒開始滲流的水力梯度稱為臨界水力梯度,臨界水力梯度是土顆粒在地下水的作用下，從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的水力梯度。理論上水力梯度值最大等于1但常有附加水頭，實(shí)測(cè)的I，較理論計(jì)算的偏大.因此，式(4一1)一般不用來評(píng)價(jià)粘性土的潛蝕與否，多采用實(shí)測(cè)的辦法。 據(jù)達(dá)爾西公式和動(dòng)能公式，地下水側(cè)

7、向流時(shí)的動(dòng)能：,二）壓強(qiáng)差效應(yīng),壓強(qiáng)差是指巖溶空腔與松散介質(zhì)(或土洞)接觸面上下側(cè)水、氣流體，因巖溶管道水位變化而產(chǎn)生相應(yīng)的壓強(qiáng)差值。此值水位上升為正，下降為負(fù)。當(dāng)巖溶管道中B點(diǎn)水無流動(dòng)(未抽水或坑道無排、放水)時(shí)，A點(diǎn)的壓強(qiáng)為,壓強(qiáng)差作用十土骨架，使土體受力變形、散離，以致塌陷。 同時(shí)使土層中水力梯度增大，水氣流體運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，潛蝕與吸蝕能力增大。,三）垂直滲壓效應(yīng),當(dāng)?shù)乇碛晁霛B時(shí)，水在孔隙中運(yùn)動(dòng)，對(duì)土顆粒施加一種垂向滲透壓力，從而改變了土體的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)滲透壓力達(dá)到一定值時(shí)，使土體結(jié)構(gòu)破壞，土顆粒隨水流產(chǎn)生運(yùn)移，即流土或管涌，進(jìn)而形成土洞，直至發(fā)生地面變形或塌陷。由這種滲透力作用而產(chǎn)生的力學(xué)

8、現(xiàn)象及過程，稱為滲壓效應(yīng)。,四）浮力效應(yīng),巖土體位于地下水位之中，便產(chǎn)生靜水浮力。當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)，除產(chǎn)生壓強(qiáng)差效應(yīng)外，土體的浮托力也隨之減少。浮力減少對(duì)不同的蓋層厚度，同一水位降深所減少的絕對(duì)浮力值相同，但影響隨土層厚度大小有別。,五）自重效應(yīng) 雨水入滲后，蓋層厚度大，溶陷面積寬，自重也大，使土拱承受更大的重量，導(dǎo)致塌陷。 六）土體強(qiáng)度效應(yīng) 土體吸水飽和后，內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角較天然狀況時(shí)減少 七）其它效應(yīng) 除上述幾種機(jī)制外，尚有地震、超聲波等特殊致塌效應(yīng)。,巖溶地面塌陷的成因、機(jī)制關(guān)系,六、巖溶塌陷的發(fā)育規(guī)律,一）分布規(guī)律 巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的可溶巖分布地帶或沿其與非可溶巖的接觸地帶。 沿可溶巖中的

9、斷裂帶或主要裂隙交匯破碎帶，巖層劇烈轉(zhuǎn)折、破碎的地帶； 松散蓋層較薄且以砂土為主，其底部粘性土層缺失或甚薄的“天窗”地段； 地下水的主通流帶或巖溶管道上及排泄區(qū) 地下水位在基巖面上下頻繁波動(dòng)的地帶，或受排水影響強(qiáng)烈的降落漏斗中心及近側(cè)地段； 地下水位埋藏較淺的低洼地帶。,二）巖溶塌陷發(fā)育的時(shí)空動(dòng)態(tài)規(guī)律,1單個(gè)巖溶塌陷的發(fā)育過程及其動(dòng)態(tài)特征 具有由巖溶洞隙土洞塌陷的發(fā)育過程 2巖溶塌陷群發(fā)育的時(shí)空動(dòng)態(tài)： 塌陷的持續(xù)性 塌陷的階段性 塌陷的周期性 塌陷的重復(fù)性,三）巖溶塌陷的伴生與共生現(xiàn)象,地面下沉或地面沉降 地面開裂 塌陷地震,四）地面塌陷的前兆,地面形變：地面出現(xiàn)環(huán)型開裂，地面出現(xiàn)沉降等。 建

10、筑物：傾斜、開裂等 水：地下水位水量等突變；地面積水引起地面冒氣泡、水泡、旋流等。 植物變態(tài)、動(dòng)物驚恐等,七、巖溶塌陷穩(wěn)定性的宏觀判斷標(biāo)志,1穩(wěn)定性較好的塌陷一般具有下列特征 坑底經(jīng)后期充填后地面較平滑，參差凹凸的現(xiàn)象已不復(fù)見；坑周圍的環(huán)形裂縫已多自行填塞不顯。 坑底堆積物中未見新的下沉、錯(cuò)移等復(fù)活跡象，坑底未見新的裂縫或坑穴。 植物生長(zhǎng)茂密，已遮蓋大部分剖面。 無地表水匯集注入現(xiàn)象，雨后坑中積水消散較慢。 附近不存在人為因素的強(qiáng)烈影響,2.穩(wěn)定性差的塌陷坑，其特征,塌陷坑形態(tài)保存較好，特別是坑中堆積物有沉陷、錯(cuò)移跡象，并見有裂縫。 塌陷坑周邊環(huán)形裂縫發(fā)育較齊全，其寬度、長(zhǎng)度都有進(jìn)一步發(fā)展的趨

11、勢(shì) 植物不發(fā)育或發(fā)育不均衡 有地表水流匯集注入跡象，水流入滲迅速 附近有人為因素的影響,巖溶塌陷活動(dòng)程度判定表,八、巖溶塌陷的監(jiān)測(cè),一)地面監(jiān)測(cè) 1、抽水點(diǎn)附近監(jiān)測(cè)：對(duì)地面開裂、沉降等變形監(jiān)測(cè)。 2、水文監(jiān)測(cè) ：地表積水、干涸或放水灌溉及雨季前期降雨都是塌陷前兆。 3、異常監(jiān)測(cè)：建筑物開裂、植物傾斜、井泉突然冒水，地下水有異常聲,二）在泉點(diǎn)、礦坑及水庫滲漏點(diǎn)監(jiān)測(cè),地下水位：監(jiān)測(cè)降深是否超過設(shè)計(jì)允許值。 地下水位升降速度：防止驟然速度。 砂泥量：水中帶泥砂量高，易導(dǎo)致塌陷 孔井內(nèi)儀器監(jiān)測(cè):如伸縮性水準(zhǔn)儀等。,三）報(bào)警裝置,聚氯乙烯銅線報(bào)警：聚氯乙烯銅線裝入混凝土管內(nèi)，埋設(shè)于填土中，當(dāng)發(fā)生塌陷混凝土管折斷時(shí)，顯示色燈信號(hào)。但其斷線才能報(bào)警，故只有一次使用壽命。 重力傳感音響報(bào)警 塌陷時(shí)地表變形，重力也將發(fā)生變化，將重力轉(zhuǎn)換為音響報(bào)警裝置，進(jìn)行報(bào)警,九、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),一）地表封閉防滲 1、植被防滲 2、排水設(shè)施 3、水泥土封閉 4、氯丁橡膠板封閉 5、玻璃纖維涂料封閉 6、回填抹面封閉,二）地下加固措施,1、恢復(fù)地下水位：坑道堵水、停用油水井和人工回灌或補(bǔ)償?shù)?/p>