武汉地区岩溶地面塌陷类型

沟、溶槽中易形成土层底部的小径流，在 漫长的潜蚀过程中将土中物质带入溶洞中， 在上覆粘性土层中形成“土洞”。当土洞 顶板土层超越自撑能力时，发生地面塌陷。 土洞形成要两个重要条件，一是岩溶地下 水位低于土岩界面，二是土岩界面高差较 大。因此，土洞多数分布在山前或山间谷 地。
• 2、潜蚀—渗流或振动液化—漏失机理
• 3、钻孔或打桩，尤其是冲击振动成孔引起盖 层砂土液化、漏失、诱发塌陷地质灾害产生。 汉南纱帽镇塌陷和武咸公路塌陷属此类。
•
后两种情况产生的前提还是地下空洞和通
道存在，因此，本质上还是自然地质灾害。
• 八、防治对策、措施
• 1、绕避、及时回填（如烽火村）。
• 2、严禁在易塌陷区开采地下水或限量抽水 （如汤池温泉）。
•
这是一种混合类型。当覆盖层为二元
结构冲积层且冲积层下部饱和粉土、砂、
砾石层直接盖在岩面之上时，在粉土、砂、
砾石层中的孔隙水与可溶岩中的岩溶裂隙、 管道水发生直接联系，形成统一运动情况 下，由于水位不断升降变化，尤其是岩溶
地下水位或承压水头低于孔隙水位时，发 生垂直渗流。
•
先是在粉土、砂、砾石层中发生潜蚀
作用产生塌陷。此种塌陷一般规模不大，
地表陷坑直径为几米至十几米，数量取决
于土洞数目（图3）。
• 图3 湖北大冶老土桥村土洞剖面
Z126 53.20
2.10
9.60 13.1
Z127 53.20
Z17 53.20
Z131 53.20
1.30
7.50
8.70
9.00
10.7 13.8
12.4 14.3 14.0
1、亚粘土 2、粉细砂 3、含砾粘土岩 4、粘土岩 5、灰岩 6、地下水位 7、钻孔编号及孔深
• 图2
武汉市汉南纱冒镇塌陷
•
二是“土洞塌陷型”，即粘性土(多
为Q3-Q2老粘性土)在土岩界面上长期受地 下水潜蚀而形成土洞。当土洞顶板土层厚
度减小到不能自撑时，受某种触发因素
（强降雨、抽水或打桩、爆破振动或地震）
• 2、长江二、三级阶地老粘土（Q2—Q3）
区，虽有石灰岩条带分布，但从未发生过 塌陷，原因是无土洞分布（已经成千上万 个钻孔证实）。没有土洞的原因有二：一 是阶地下石灰岩面高差很小，不利于土岩 面上地下水流动；二是岩溶承压水头往往 高于土岩界面。
• 3、武汉市周边的山前坡地或山间谷地老 粘性土下隐伏岩溶区（乌龙泉、大冶）偶 有土洞型塌陷发生。其原因是土岩界面坡 度大，岩溶地下水位低于岩面，存在较大 的岩溶饱气带和垂直循环带，易于形成土 洞。
• 六、分布规律
•
从上述的三种塌陷机理和相对应的
三种塌陷类型可知，不同的地质条件决
定了不同的塌陷类型。地质条件最突出
的特点是可溶岩之上覆盖层性质——第 四纪地层组合特点和地下水埋藏类型及
其变动特点，这些条件则决定了塌陷分
布规律。
• 众所周知，地貌单元决定其单元内第 四纪地层的时代和地层组合特征。其中， 地层组合特征决定了土岩界面之上土层性 质，如冲积层二元结构（上部为粘性土， 下部为粉土、砂及卵砾石）就限定了塌陷 类型为“潜蚀—液化”漏失型；地层时代 则决定了土层固结密实程度，也就决定了 它抵抗漏失的能力，如山前坡地或山间谷 地粘性土则不可能因潜蚀—液化而漏失， 而只能是在土岩接触面附近，因长期潜蚀 而形成土洞。这两种类型实际上受地貌单 元的严格控制。仅以武汉及其周边地区为 例，略述塌陷分布规律。
• ②护筒（或钢管桩）跟进，密封土岩接合 面；
• ③最宜采用大功率迴转钻机成孔，遇空洞 漏浆时采用冲击硾填粘土、片石，封闭后 再迴转钻进，尽量少冲击振动。
• 九、结论及建议
• (一)结论：
• 1、岩溶地面塌陷是指覆盖层塌陷，而非可 溶岩溶洞塌陷；
• 2、存在三种塌陷机理，不同地质条件符合 不同机理；
武汉地区岩溶地面塌陷类型及 其发生、分布规律和防治对策
勘察大师 范士凯
• 近年在一些城市圈内的隐伏岩溶 分布区，岩溶地面塌陷时有发生。如 武汉、广州、深圳等大城市，由隐伏 岩溶造成覆盖层地面塌陷曾导致居民 财产严重受损，或建筑工程停顿，或 堤防受损加固，其经济损失非常巨大。
• 其中以武汉市最为突出，2000年4 月近郊的烽火村出现22个塌陷坑，造成 49栋农居楼房易地重建，经济损失500 余万元；2008年4月汉南纱冒镇邻近长 江大堤发生地面塌陷，仅加固堤防就耗 资近3000万元；2009年6～11月武咸公 路改造工程先后发生八次塌陷使交通受
• 1、潜蚀机理
•
所谓“潜蚀”是泛指地下水在运动过
程中不断带走土中物质的机械作用过程。
岩溶地面塌陷过程中的“潜蚀”一般是发
生在土岩接合面附近的土中。最有利于发
生潜蚀的条件是覆盖层为粘性土，且岩溶
地下水位已脱离基岩顶面降至岩体中而在
地下水位以上存在饱气带，亦即岩面上下
地下水的垂直循环带。
• 由于基岩面的高低变化，特别是在溶
空洞并有与覆盖层相连的通道，所以塌陷
属于地质灾害。外因有三：
• 1、自然因素——地下水长期运动，疏通通道、 带走充填物，引起地面塌陷。纯属自然地质灾
害，武汉市区1931～2006年10余次塌陷均属 此类。
• 2、人为抽取地下水，造成水位下降，加速地 下水运动，诱发塌陷地质灾害产生。1978年 汉阳轧钢厂塌陷属此类。
其危害相当严重。
•
是否会发生真空吸蚀，主要有两个
特殊条件：其一是大量抽排岩溶地下水，
水位在短时间内急剧下降；其二是覆盖层
对地下岩溶有良好的封闭作用，能使在水
位下降的过程中形成充分的负压或真空。
这两个条件就决定了这类塌陷分布的特殊
地域性。比如在岩溶地下水的补给区和排
泄区（可溶岩出露区）和不存在水位急降
• 岩溶地面塌陷基本上分为三种类型：
•
一是饱和松散层（粉土、砂、砾石）
“漏失”型，即饱和松散层在地下水位变
化过程中发生潜蚀——液化，直接漏失到 岩溶空洞中，造成地面塌陷。此类塌陷规
模大，突发性强，危害最大。
• 如武汉市汉南纱冒镇塌陷，最大陷坑 160m×60m，最深处10m，陷入土方达 15000方；烽火村塌陷22个陷坑，最大者 达60m×50m，深10余米，其中三栋小楼 陷入坑中（图1~2）。
• 一、定义
• 所谓“岩溶地面塌陷”，是指隐 伏在第四纪覆盖层下的可溶岩中存在 岩溶空洞，且存在与覆盖层相连的通 道。在某些自然因素或人为因素作用 下，覆盖层物质沿着岩溶通道漏失到 岩溶空洞中，引起覆盖土体发生塌陷， 导致地面出现塌陷的自然现象。这里 要强调两层含义，一是“地面塌陷”， 二是“覆盖层土体”塌陷，而非可溶 岩溶洞塌陷。
• 二、武汉市区石灰岩分布
• 武汉市区自北向南主要有三条石灰 岩带横跨长江呈近东西向分布，其余 为零星分布（见下图）。
• 北部：自岱家山、谌家矶至蒋家墩、武钢。东西 长约17km，南北宽约0.8～2.8km。
• 中部：汉阳邹家湾、十里铺、龟山至蛇山、武汉 大学、蚂蚁嶂。东西长约35km，南北宽约0.5～ 2.0km。
作用，形成“漏斗状疏松体”，进而因垂
直渗流加剧，局部水力坡度加大，砂、砾
石土呈液化状态流入岩溶空洞，地面出现
塌陷坑。另一种液化是打桩采用重锤冲击，
产生振动液化。
• 3、真空吸蚀机理
•
所谓“真空吸蚀”是指岩溶地下水在
大量抽取或因矿井大量排水后水位在短时
间内急剧下降过程中的“活塞”作用下形
成负压至真空状态。在这种负压或真空作
•
武汉地区自北向南有三条隐伏石灰
岩条带呈东西向分布，横穿长江及其阶地。
根据已发生的多次塌陷，概括以下四条规
律：
• 1、自1931年至今，武汉市区先后发生的 10余次岩溶地面塌陷全部分布在长江一级 阶地的二元结构冲积层中，其地层组合为 上部粘性土，下部粉细砂（偶见卵砾石）， 地层时代为Q4。地下水分三层：上层滞水、 孔隙承压水和岩溶承压水。产生塌陷地段 的岩溶承压水头低于冲积层孔隙承压水头 数米。
• 南部：自汉阳太子湖至武昌陆家街、武太闸及南 湖广大地区。东西长约35km，南北宽约4.0～ 5.0km。
此外，在汉南区也有一条东西向狭长的石灰 岩条带。
• 上述几个条带中，北部及中部条带从来未发 生过塌陷。有史以来十余起塌陷基本上都发生在 南部条带和汉南条带上。
• 三、武汉市区发生塌陷的记录
• 1931年8月武昌丁公庙（倒口湖）塌陷；
• 3、不同地质条件、不同机理对应不同塌陷 类型；
用下，覆盖土层对应岩溶地下通道的薄弱
位置在瞬间产生陷坑或陷洞。这种由负压
或真空对所产生的塌陷确实存在，但
主要发生在矿山地区和集中抽取岩溶地下
水的群井水源地，有时也发生在公路、铁
路隧道施工的突水地段。这种因“真空吸
蚀”产生的塌陷坑往往成群出现，在短时
间内可产生几十甚至上百个陷坑或陷洞，
• 1978年汉阳轧钢厂钢材库塌陷；
• 1983年武昌阮家巷塌陷；
• 1988年武昌陆家街中学塌陷；
• 1999年4月青菱乡毛坦港小学塌陷(2000年又塌一次)；
• 2000年2月武昌涂家沟司法学校塌陷；
• 2000年4月青菱乡烽火村塌陷；
• 2005年和2006年阮家巷（倒口湖）两次塌陷；
• 2008年2～3月汉南纱帽镇陡埠堤塌陷；
条件的地区，就不易发生这类塌陷。
•
上述三种机理是指三种不同地质条
件下的塌陷过程特点，也就是说不同条件
符合不同机理。其共同特点是，必须具备
岩溶空洞及联系通道和地下水的运动，所
不同的是覆盖土层与岩溶的组合性质不同
和触发因素不同。前两者机理是以自然因
素为基本因素，最后一种则以人为因素为