地面为什么会塌陷?

一、什么是地面沉降?

地面塌陷是指地表岩石和土壤在自然或人为因素的作用下向下坠落,在地面形成塌陷坑(洞)的地质现象。当这种现象发生在有人类活动的地区时,就可能成为一种地质灾害,尤其是岩溶塌陷。

二、地面塌陷会造成什么危害?

中国许多城市都发生过岩溶地面塌陷。塌陷使大量建筑物变形倒塌,道路塌陷,田地被毁,水井干涸或报废,风景名胜被毁,给城市生产建设和人民生活造成了巨大损失。据不完全统计,全国岩溶地面塌陷灾害严重的城市有辽宁大连、河北秦皇岛、唐山,山东济南、泰安、淄博、枣庄,湖北武汉、黄石、咸宁,湖南怀化、娄底、黔城、湘潭、郴州,江苏南京,浙江杭州,江西九江、宜春、上高,云南昆明,贵州贵阳。其中大连、秦皇岛、泰安、武汉、桂林、水城、昆明等。破坏力强,影响大,以贵州水城地面塌陷最为典型和强烈。水城(六盘水市)因水港水源地16井大量抽取地下水,在约5平方公里范围内产生1023个塌陷坑,造成89间房屋开裂或倒塌,道路塌陷,423亩农田被毁,电线杆倒塌,一度造成全市停电,直接赔偿和经济损失达260余万元。在一些地区,污水注入造成地下水水质污染和生态环境恶化。此外,云南省昆明市中心的翠湖塌陷,使得历史悠久的景区翠湖湖水干涸,亭台楼阁倒塌,小桥流水被毁,名泉九龙池成了一个天坑,湖中鲜花凋零,绿意盎然。

在地下开采中,由于矿井强排水和突水涌水,许多矿区发生岩溶地面塌陷,造成建筑物开裂坍塌,农田被毁,道路中断,矿山生产延误,甚至停产报废,经济损失和社会影响巨大。据不完全统计,我国矿区岩溶地面塌陷直接经济损失已达4000多万至5000多万元。据初步调查资料,目前我国已产生岩溶地面塌陷灾害的大型矿区有:恩口煤矿、斗笠山煤矿、桥头河煤矿、石炭坝煤矿、水口山铅锌矿、大冶铜绿山铜矿、大冶野花香铜矿、大冶大光山铁矿、宜都宋轶煤矿、江西于风云庄煤矿、乐平华亭锰矿、乐平桥头丘煤矿、乐平明山煤矿。广东石路铜矿、凡口铅锌矿、英德硫铁矿、黑石岗硫铁矿、阳春硫铁矿,辽宁石棉矿,山东莱芜铁矿业庄矿、莱芜顾家台铁矿,安徽铜陵新桥铜矿、淮南煤矿、铜官山矿,河北唐山开滦煤矿等几十个矿区。其中,恩口煤矿、水口山铅锌矿、凡口铅锌矿、鱼顶山铅锌矿和铜绿山铜矿的岩溶地面塌陷最为典型和强烈。

岩溶地面塌陷也是铁路的主要灾害之一。多年来,全国共发生铁路线路、车站重大塌方约52起,累计停运1680小时,部分工点处理费用达数亿元。在我国主要干线铁路中,岩溶地面塌陷灾害较为严重的有京广线、贵昆线、浙赣线、津浦线、沈大线、渝大线。塌陷造成站房破坏、路基下沉、道路悬空、桥涵开裂坍塌、隧道施工受阻、铁路停运事故时有发生,甚至列车脱轨。在某些路段,列车长时间低速运行,造成巨大损失。如京广线南岭隧道、大瑶山隧道地面塌陷,造成已建铁路下沉,交通中断,隧道施工受阻;贵昆铁路K413-K606段先后发生3起重大塌方,造成2辆货车翻车,停运71小时,治理投资达17万元;津浦线泰安站地面塌陷导致路基下沉,轨道架空,交通一度中断,改造费用达2000多万元。沈大铁路瓦房店城区段地面塌陷导致列车停运8小时。

三、地面沉降的类型有哪些?

1.岩溶塌陷

由于溶洞存在于可溶岩石(主要是碳酸盐岩,其次是石膏、岩盐等。).在溶岩上松散土层覆盖的岩溶地区,塌陷主要发生在土层中,称为“土层塌陷”,发育数量最多,分布最广;当构成洞顶的各种岩石破碎时,也会发生洞顶塌陷的“基岩塌陷”。岩溶塌陷在我国分布广泛,除天津、上海、甘肃、宁夏外,全国26个省(自治区、直辖市)均有发生,其中广西、湖南、贵州、湖北、江西、广东、云南、四川、河北、辽宁为最发达的省(自治区)。据统计,我国岩溶塌陷总数为2841,有33192个天坑,面积约332平方公里,每年造成经济损失超过654380+0.2亿元。

2.非岩溶塌陷

非溶洞引起的塌陷,如采空塌陷、黄土地区黄土溶洞引起的塌陷、玄武岩地区隧道顶板引起的塌陷等。后两者分布有限。采空塌陷是指煤矿和金属矿山地下采空区顶板容易冒落、坍塌,在我国分布广泛。目前除天津、上海、内蒙古、福建、海南、西藏外,全国24个省(区、市)均有发现,其中黑龙江、山西、安徽、江苏、山东等省较为发达。据不完全统计,在21个省(自治区、直辖市),* *有182多处采空塌陷,1592多处坑洞,塌陷面积1150多平方公里,年经济损失317万。

在上述塌陷类型中,岩溶塌陷分布最广、数量最多、发生频率高、诱发因素最多,具有很强的隐蔽性和突发性,严重威胁人民生命财产安全。

岩溶塌陷的平面形状有圆形、椭圆形、长形和不规则形,主要与下伏岩石中溶洞的开口形状和上覆岩土体性质在平面上的均匀性有关。其剖面形状有坛形、井形、漏斗形、碟形和不规则形,主要与坍塌层的性质有关。粘性土层的崩塌多呈坛状或井状,砂土层的崩塌多呈漏斗状,松散土层的崩塌常呈碟形,基岩的崩塌剖面常呈不规则的阶梯状。

岩溶塌陷的规模用单个塌陷坑的大小来表示,主要取决于岩溶发育程度、溶洞开口大小、上覆层厚度等因素。据统计,土壤沉陷坑直径一般小于30米,其中大部分小于5米,达到63%~71%,5~10% ~ 20%,有的高达60~80米。塌陷坑的可见深度大多小于5米,占总数的84%~97%。基岩崩塌规模一般较大。如四川省兴文县小岩湾崩塌,长650m,宽490m,深208m。

四、地面塌陷的原因

人类活动在地面沉降的形成和发展中发挥了重要作用。不合理或过度的人类活动可能诱发或导致地面塌陷。对地面沉降有重要影响的几种人类活动及其作用简述如下。

矿井地下采空区。地下采矿活动造成一定范围的采空区,使上部岩体失去支撑,导致地面塌陷。这种人类活动是矿区地面塌陷的主要原因。这种地面塌陷在我国很多矿区都有发生,造成了相当大的危害。如山西省八大矿务局所属煤矿区地面塌陷,影响了数百个村庄、数万亩农田、数十万人的正常生产生活。

地下工程排水突水(突泥)。在矿山、隧道、人防等地下工程中,由于地下水的排泄或突水(突泥),地下水位迅速下降,其上方的地表岩土体失去平衡,出现地下空洞时,就会发生坍塌。这种人类活动对岩溶地面塌陷的作用很大,由此产生的岩溶地面塌陷规模最大、强度最大、危害最大。我国许多矿区和铁路隧道的岩溶地面塌陷就是由这种活动引起的。

过量抽取地下水。过量抽取地下水会降低地下水位,加剧潜在的侵蚀,使岩体和土体失去平衡,并在存在地下空洞时造成地面塌陷。这种地面塌陷在岩溶地区也很常见,多发生在市区。

人工储水。这不仅增加了一定范围内的水荷载,而且增加了地下水位,加强了地下水的潜在侵蚀和冲刷,从而引起地面塌陷。比如广西南丹八圩水库引起的地面塌陷,使水库水全部渗漏。

手动装载。在隐蔽洞穴的开发场地上方进行人工装载,也会导致地面塌陷。如武汉中南轧钢厂堆场地面塌陷,就是人为堆载造成的。

人工振动。爆破和车辆振动也会造成隐藏洞穴发育区的地面塌陷。比如广西贵县五良村爆破导致地面塌陷,迫使全村搬迁。

地表水渗漏。输水管道漏水或场地排水不畅会造成地表水下渗或化学污水下渗,也会造成地面塌陷。如广西桂林第二造纸厂地面塌陷,就是由该厂排放的化工污水渗入造成的。