一種地面塌陷模式分析研究

2016-10-20 08:37:38合肥工業大學安徽省地質環境監測總站安徽合肥230001

地球 2016年10期

（合肥工業大學 /安徽省地質環境監測總站安徽合肥230001）

本文以馬鞍山市一處地面塌陷地質災害隱患點為研究對象，具體分析沉陷式地面塌陷模式形成原因，并提出有效的防范措施。

地面塌陷沉陷式地質災害

我國的鐵礦資源比較豐富，在長期開采的背景下，容易發生地面坍塌、滑坡、地裂縫、泥石流、崩塌等現象，具有比較大的危害[1]。地面塌陷主要有三種模式：地塹式地面塌陷、冒落式地面塌陷、沉陷式地面塌陷。

2016年5月，馬鞍山市一處地面塌陷地質災害隱患點再次發生塌陷。塌陷坑剖面形態呈上大下小的碗形，塌陷坑四周陡立，高差約為3-5m，中下部向塌陷中心傾斜，坑底塌落物成分為粉質粘土與粉細砂，呈流塑狀態。

1 工程地質特征分析

1.1 巖體

主要為以凝灰巖為主火山質碎屑巖巖組（Hs）：由白堊系下統姑山組火山碎屑巖組成，巖石蝕變強烈，多為松軟-半堅硬塊狀，裂隙不發育。據區內勘察資料，其單軸抗壓強度26.0-44.0MPa，工程地質條件較好。

1.2 土體

主要由沖積形成的粉質粘土、粉質粘土與粉砂互層、粉質粘土夾粉砂和砂卵石組成，按照工程地質特征分為9個工程地質層:（1）粉質粘土：層厚2.00-5.10m，褐黃色，稍濕，可塑。（2）淤泥質粉質粘土：厚約0-2.00m，黑灰色，濕，飽和，流塑狀態。（3）粉質粘土與粉砂互層：厚約3.0-15.80m，灰色，濕，流-軟塑狀態。（4）粉質粘土：厚約0.5-2.5m，灰、灰綠色，濕，飽和，流塑-軟塑狀態。（5）粉質粘土夾粉砂：層厚約1.50-8.80m，灰色，濕-飽和，軟塑狀態。（6）粉質粘土夾粉砂：厚約2.50-13.8m，灰色，濕-飽和，軟塑、局部可塑狀態。（7）粉質粘土：層厚約3-10m，灰色，稍濕，可塑狀態。（8）粉質粘土夾砂：層厚1.20-11.25m，灰色、濕、軟塑-可塑。（9）卵礫石：層厚8.90-18.80m，青灰、黃褐色，濕，松散~稍密，砂多為中砂，部分粗砂。

2 沉陷式地面塌陷影響因素初步分析

2.1 地層結構對地面塌陷的影響

塌陷坑上部地層主要為粉質粘土與粉砂互層類土為主，呈軟-可塑狀態，力學強度低，單層厚度薄，抗侵蝕、抗變形能力差，屬于典型的河流漫灘相沉積物；且其中的淤泥質粉質粘土屬于軟土，呈流-軟塑狀態，具有觸變性、流變性、高壓縮性、低透水性及不均性，較之其它粘性土更易于變形破壞[2]。

下部卵礫石層賦存有豐富的地下水，屬強透水地層，其中的地下水對上覆地層的潛蝕性較強，并有導致上覆地層發生變形破壞和塌落的可能性，進而在上覆地層中形成土洞，當土洞向上發展至近地表時即可發生地面塌陷，上下貫通的土洞也就成了塌陷通道；而下部的卵礫石層空隙較大，具有巨大的貯存空間，地面塌陷形成的塌落物在水流攜帶下可逐漸沉積于卵礫石層空隙中。

2.2 礦山疏干排水對地面塌陷的影響

塌陷坑附近現有1座鐵礦礦山，該鐵礦已開采多年，塌陷坑及其附近地區長期處于該礦疏干排水影響范圍內。受礦山開采影響，塌陷坑處孔隙承壓水水位大幅度下降，水位埋深15.00-20.00m（天然水位埋深0.50-1.50m），而當地孔隙潛水水位埋深一般1.00m左右，從而在第四系孔隙潛水與孔隙承壓水之間存在較大的水頭差，自上而下的滲透作用和動水壓力亦顯著增大，加劇了下部卵礫石層孔隙承壓水的潛蝕作用，并導致上部地層局部結構逐漸破壞。

水位差所導致的徑流場和應力場的變化，一方面使作用于卵礫石層上部土體上的附加應力增加，使土體發生變形，引起巖土滲透性能改變；另一方面，地下水靜水壓力差和滲流產生的動水壓力又直接導致土體發生剪切變形和破壞，在上部土體中產生土洞，并不斷向上發展，當土洞發展至近地表時，地面塌陷也就不可避免。

2.3 附近水文觀測孔對地面塌陷的影響

該孔為某一鐵礦探礦權勘查時施工的水文長期觀測孔，與塌陷坑相距不足10m，因其在成井過程中及成井結構的缺陷，對當地地面塌陷的發生具有一定的促進作用。

該孔在成井、洗井、抽水試驗過程中，在卵礫石含水層中形成局部降落漏斗，與鐵礦疏干排水降落漏斗的疊加，在塌陷坑附近形成了復雜的徑流場，增強了卵礫石層孔隙承壓水對上覆土體的侵蝕、淘蝕作用，加速了上覆土體中土洞的形成。在成井時濾料填充范圍過高，已導致塌陷坑附近的上部孔隙潛水與下部的孔隙承壓水上下貫通，管外環狀濾料層變成了其上部孔隙潛水向下部孔隙承壓水滲流排泄的通道，并在孔隙潛水中形成局部降落漏斗，使上部孔隙潛水的水力梯度發生了急劇變化，形成了上層潛水補補給孔隙承壓水的直接通道，在滲流過程中，帶走了上部土體中的部分粉土、粉細砂等，對地面塌陷的發生具有一定的促進作用。