岩溶塌陷地质灾害是怎么形成的
⑴ 岩溶塌陷地质灾害是怎么形成的
岩溶地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体，在外动力或人为因素作用下版产生的突发性地面变形破权坏，其结果多形成圆锥形塌陷坑。
岩溶地面塌陷是地面变形破坏的主要类型，多发生于碳酸盐岩、钙质碎屑岩和盐岩等可溶性岩石分布地区。激发塌陷活动的直接诱因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外，往往与抽水、排水、蓄水和其他工程活动等人为因素密切相关，而后者往往规模大、突发性强、危害也就大。岩溶地面塌陷发现于碳酸盐岩分布区，其形成受到环境和人类活动的双重影响。
⑵ 地面塌陷的形成机制
地面塌陷是在特定地质条件下，因某种自然因素或人为因素触发而形成的地质灾害。由于不同地区地质条件相差很大，地下洞室拱顶失稳塌陷的主导因素不同，形成地面塌陷的原因很多。因此，对地面塌陷成因机制的认识存在着多种观点。
1.潜蚀机制
在地下水流作用下，岩溶洞穴和含盐土洞中的物质和上覆盖层沉积物产生潜蚀、冲刷和掏空作用，岩溶洞穴或溶蚀裂隙中的充填物被水流搬运带走，在上覆盖层底部的洞穴或裂隙开口处产生空洞。若地下水位下降，则渗透水压力在覆盖层中产生垂向的渗透潜蚀作用，土洞不断向上扩展最终导致地面塌陷。
岩溶洞穴或溶蚀裂隙的存在、上覆土层的不稳定是塌陷产生的物质基础，地下水对土层的侵蚀搬运作用是引起塌陷的动力条件。自然条件下，地下水对岩溶洞穴或裂隙充填物质和上覆土层的潜蚀作用很缓慢，规模一般不大;人为抽取地下水，使地下水的侵蚀搬运作用大大加强，促进了地面塌陷的发生和发展。此类塌陷的形成过程大体可分为四个阶段:
1)在抽水、排水过程中，地下水位降低，对上覆土层的浮托力减小，水力坡度增大，水流速度加快，潜蚀作用加强。溶洞充填物在地下水的潜蚀、搬运作用下被带走，松散层底部土体下落、流失而出现拱形崩落，形成隐伏土洞。
2)隐伏土洞在地下水持续的动水压力及上覆土体的自重作用下，崩落、迁移，洞体不断向上扩展，引起地面沉降。
3)地下水不断侵蚀、搬运崩落体，隐伏土洞继续向上扩展。当上覆土体的自重压力逐渐接近洞体的极限抗剪强度时，地面沉降加剧，在张性压力作用下，地面开裂。
4)当上覆土体自重压力超过洞体的极限强度时，地面产生塌陷。同时，在其周围伴生有开裂现象。这是因为土体在塌落过程中，不但在垂直方向产生剪切应力，还在水平方向产生张力所致。
潜蚀致塌论解释了某些岩溶地面塌陷事件的成因。按照该理论，岩溶上方覆盖层中若没有地下水或地面渗水以较大的动水压力向下渗透，就不会产生塌陷。但有时岩溶洞穴上方的松散覆盖层中完全没有渗透水流仍会产生塌陷，说明潜蚀作用还不足以说明所有的岩溶地面塌陷的机制(纪万斌等，1993)。
2.真空吸蚀机制
根据气体体积与压力关系的玻意尔-马略特定律，在密封条件下，当温度恒定时，随着气体的体积增大，气体压力不断减小。在相对密封的承压岩溶网络系统中，由于采矿排水、矿井突水或大流量开采地下水，地下水水位大幅度下降。当水位降至较大洞穴覆盖层的底面以下时，空洞内的地下水面与上覆洞穴顶板脱开，出现无水充填的洞穴空腔。随着水位持续下降，空洞体积不断增大，空洞中的气体压力不断降低，从而导致空洞内形成负压。洞穴顶板覆盖层在自身重力及溶洞内真空负压的影响下向下剥落或塌落，在地表形成塌陷坑或陷沟。
3.其他地面塌陷形成机制
1)重力致塌模式:是指因自身重力作用使洞穴上覆盖层逐层剥落或者整体下陷而产生地面塌陷的过程和现象。它主要发生在地下水位埋藏深、溶洞及土洞发育的地区。
2)冲爆致塌模式:洞穴通道、空洞及土洞中蓄存的高压气团和水头，随着地下水位上涨，压力不断增加;当其压强超过洞穴顶板的极限强度时，就会冲破岩土体发生“爆破”并使岩土体破碎;破碎的岩土体在自身重力和水流的作用下陷入岩溶洞穴，在地面则形成塌陷。冲爆致塌现象常发生于地下暗河的下游。
3)振动致塌模式:是指由于振动作用，使岩土体发生破裂、位移和砂土液化等现象，降低了岩土体的机械强度，从而发生地面塌陷。在岩溶发育地区，地震、爆破或机械振动等经常引发地面塌陷，如辽宁省营口地震时，孤山乡第四纪松散沉积物覆盖型岩溶区，由于地震引起砂土液化，出现了200多个岩溶塌陷坑。
4)荷载致塌模式:是指溶洞或土洞的覆盖层和人为荷载超过了洞顶盖层的强度，压塌洞顶盖层而发生的塌陷过程和现象。如水库蓄水，尤其是高坝蓄水，可将库底岩溶洞穴的顶盖压塌，造成库底塌陷，库水大量流失。
应当指出，地面塌陷实际上常常是在几种因素的共同作用下发生的。例如，洞顶的土层在受到潜蚀作用的同时，往往还受到自身的重力作用。
⑶ 岩溶地面塌陷
岩溶地面塌陷是发生在碳酸盐岩类分布的覆盖型岩溶区一种较特殊的地质灾害，是指覆盖在溶蚀洞穴发育的可溶性岩层之上的松散土石体在外动力因素作用下，向洞穴运移而导致的地面变形破坏，其表现形式是产生塌陷坑。由于地面塌陷一般是突然发生的，可导致突发性的地质灾害。严重者可遭致建筑物和人民生命财产的重大损失。
岩溶地面塌陷的成因机制有多种解释，主要有潜蚀论、真空吸蚀论和气爆论。其中“潜蚀论”国内外已有不少文献论及，下面简要介绍一下。
在覆盖型岩溶（指的是地表堆积数米至数十米厚土层的岩溶化岩层）区，由于下伏碳酸盐岩岩溶发育，存在溶洞、落水洞、溶隙等地下水的良好通道，当天然或人为原因使地下水位大幅度下降时，地下水的流速和水力梯度相应加大，对上覆第四系土层和洞穴、溶隙中的充填物进行冲蚀、淘刷，并随水携走，这时在与碳酸盐岩体顶板接触处的土层中开始形成土洞。土洞形成后改变了土层中的原始应力状态，引起洞顶的坍落。在地下水不断潜蚀及土体重力坍落作用下，土洞逐渐发展成拱形。当土层厚度大时可以形成天然平衡拱，土洞停止发展而隐伏于地下；当土层较薄时，土洞则不能形成天然平衡拱，其顶部不断坍落，直至达到地表而形成塌陷坑。塌陷坑形成后，地面便成为地表径流汇集的场所，坑壁不断坍塌，同时还有地表水挟带物质的堆积作用，使陷坑逐渐形成为碟形洼地，地表塌陷暂时停止发展。其发育形成过程如图4-6所示。
图4-6 岩溶地面塌陷过程示意图
据研究，地面塌陷的形成必须具备3个条件：①下伏碳酸盐岩中岩溶发育；②孔隙水与岩溶水联系密切，且水动力条件变化大；③上覆土层较松散且厚度较小，且土层中塌落物质有被水流携走的通道和空间。地下水动力条件的变化有自然的和人为的因素，人为因素包括大量开采岩溶水作供水水源和疏干大水岩溶矿井，会大幅度降低地下水位，水动力条件急剧变化（水力梯度大增），较自然因素强烈。上覆土层以冲积和冲洪积成因者地面塌陷较突出，其厚度小于10m者塌陷严重，大于30m者塌陷少见。
根据本次调查和收集资料可知，在线路里程610km～618km南东侧的湖北段咸宁市官埠桥—北洪桥一线分布有数处岩溶塌陷，这些塌陷距离线路较近，故将其形成特征与已造成的危害论述如下。
塌陷地段多分布于垅岗前低洼地带，陷塌坑多呈圆形漏斗状，直径一般1～4m，最大者10m，深1～3m，最深达15m，塌陷规模520×104m2。表层多分布全新统黄褐色粘土和砂砾石构成的二元结构，厚5～13.8m；中更新统黄红至黄褐色粘性土，厚10～25m，最厚达42m。下伏基岩为岩溶较发育的石炭系黄龙组、二叠系栖霞组碳酸盐岩和白垩至古近系东湖群砾岩、砂砾岩为区内主要取水含水层，石炭、二叠系碳酸盐岩受构造影响，节理裂隙及岩溶发育。目前已造成107国道的11km水泥路面严重开裂受损，先后发生5次较大规模塌陷，形成26个陷坑。塌陷首发时间为1983年，1986年、1987年、1995年、1996年均有发展，目前处于较不稳定状况，在过量抽取地下水情况下，可能加剧地面变形。
塌陷使水井报废，工厂停产，交通中断等，并随时危及当地居民的安全。已造成经济损失约150万元，潜在危害近750万元。
需要强调指出的是，在湖北—湖南段管线里程 620～705km（咸宁—赤壁—临湘）地段分布有寒武、奥陶、石炭、二叠、三叠系的灰岩、白云岩等碳酸盐岩，具备发生岩溶地面塌陷的机制和地质、水文地质条件。目前该地段还未出现地面塌陷情况，但在工程施工或管道建成运营过程中，一旦因岩溶水开采等使水动力条件发生改变，引发岩溶地面塌陷的可能性是存在的。
⑷ 地面塌陷的形成条件
1.地质条件
(1)岩性条件
可溶性岩石的存在是岩溶地面塌陷形成的物质基础。中国发生岩溶地面塌陷的可溶岩主要是古生界、中生界的石灰岩、白云岩、白云质灰岩等碳酸盐岩，部分地区的晚中生界、新生界富含膏盐芒硝或钙质砂泥岩、灰质砾岩及盐岩也发生过小规模的塌陷。大量岩溶地面塌陷事件表明，塌陷主要发生在覆盖型岩溶和裸露型岩溶分布区，部分发育在埋藏型岩溶分布区。
(2)岩溶发育条件
岩溶塌陷主要取决于溶洞的存在。幼年期岩溶在原始碳酸盐岩表面上开始发育，有原始河系切入，以地表水岩溶作用为主，形成溶沟、石芽和少量漏斗，岩溶塌陷不发育。青年期岩溶地下水位附近形成溶洞，地表漏斗、落水洞、干谷、盲谷、溶蚀洼地发育，地表水大部分被吸入地下，转化为地下水，地上河只保留主河，岩溶塌陷发育。壮年期岩溶洞穴进一步扩大，洞顶坍塌，地下河又部分转为地上河，岩溶塌陷最发育，同时有许多溶蚀洼地、坡立谷和峰林。老年期岩溶地下河全部转为地上河，地表流水发育，地表接近地下水水平径流带，有少数孤峰、溶丘地形，形成宽广的冲积平原，岩溶现象逐渐消失，岩溶塌陷不发育。可见，青、壮年期是岩溶强烈发育时期，岩溶塌陷发育，尤以壮年期为最。
(3)盖层条件
在其他条件相同的情况下，第四系盖层的厚度愈大，成岩程度愈高，塌陷愈不易产生。相反，盖层薄且结构松散的地区，则易形成地面塌陷。如广东砂洋矿区疏干漏斗中心部位，盖层厚度为40～130m，地面塌陷少而稀;而在漏斗中心的东南部和东部边缘地段，因盖层厚度较小(8～23m)，地面塌陷多而密。调查统计结果显示，覆盖层厚度小于10m发生塌陷的机会最多，10～30m以上只有零星塌陷发生。缺乏盖层、岩溶发育强烈地区，岩溶塌陷也发育(图7-4至图7-6)。
图7-4 四川兴文岩溶塌陷洼地
图7-5 贵州石灰岩陷沟与天生桥
图7-6 广西宜山密集岩溶塌陷坑
(4)地貌条件
岩溶塌陷多分布在河床两侧及地形低洼地段，在这些地区，地表水和地下水的水力联系密切，相互转化比较频繁，在自然条件下就可能发生潜蚀作用，形成土洞，进而产生地面塌陷(图7-7)。
图7-7 广西河池塌陷洼地、穿山洞
2.新构造运动条件
地面塌陷主要发生在新构造运动的上升区，由于地壳上升，地下水位相对下降，包气带加厚，地下洞穴空洞扩大或处于潜水面以上，有利于地面塌陷的发生。我国云贵高原、黄土高原多发地面塌陷地质灾害(图77)。
3.气候条件
久旱无雨会造成地下水位下降，从而引发地面塌陷。龙南县渡江镇象塘村田寮背村小组一块农田发生地面岩溶塌陷，上面直径约6m，底部直径约2m，深度约5m，面积超过30m2，周围有水。塌陷原因就是因为久旱少雨引起地下水位大幅度下降而引起的(图7-8)。
图7-8 龙南县渡江镇象塘村农田中的岩溶塌陷坑
长时间暴雨，会造成伏流与暗河的下游产生冲爆致塌岩溶塌陷以及土洞和窑洞地面塌陷。
图7-9 村前水田里的塌陷大坑之一
4.人为条件
(1)矿坑突水，造成地下水位下降，引发地面塌陷
2006年5月，江西瑞昌市横港镇楼下易村附近的苏家垅煤矿在开采时发生突水，地下水位迅速下降，地下溶洞发生崩落，使地面出现裂缝和产生塌陷。全村23户人家的房屋都存在不同程度的开裂，其中不少房子还是刚建不久的新房。同时，在村庄前方的水田里出现了6个塌陷大坑，这些塌陷坑小的有几平方米，大的超过20m2，水深1.5～6m不等，而陷坑附近的农田里则干涸无水，表层出现龟裂。在村子后面的小山顶上，一条长约30m，深约80cm，宽1～20cm的弧形裂缝将山头分成了两半，令人触目心惊(图7-9，图7-10)。“地面塌陷得这么厉害，房子的裂缝这么宽，我们也不知道房子会不会倒塌，这些天，晚上我们都不敢在家里住!”村民说。
图7-10 墙壁上出现的裂缝
(2)开采地下水引发岩溶塌陷
大量开采地下水而形成降落漏斗的地区，地下水运动强烈，促进了岩溶作用，加强了岩溶洞隙的发展，降低了地下水的浮托力，从而引发岩溶塌陷;愈接近降落漏斗中心，地下水运动愈强烈，岩溶塌陷愈发育。986年抚宁县石门寨开辟为秦皇岛市供水水源地，那里广泛分布着寒武系—奥陶系石灰岩，突然大量开采岩溶水，造成石门寨地下水位骤然下降，导致多处发生岩溶塌陷;一老汉赶着毛驴车，突遇塌陷，毛驴被陷死;石门寨中学80万元新建的教学大楼，因为岩溶塌陷，楼体斜歪开裂，新楼变成危楼、废楼。
⑸ 岩溶塌陷地质灾害是怎么形成的
指在岩溶地区，因自身洞体扩大或者人为的因素，上顶板失稳，从而造成塌陷
⑹ 中国地质灾害形成的原因
地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产造成的损失、对环境造成破坏的地质作用或地质现象。地质灾害在时间和空间上的分布变化规律，既受制于自然环境，又与人类活动有关，往往是人类与自然界相互作用的结果。[1]
中文名
地质灾害
外文名
Geological disasters
特点
突然，广泛，区域，不可避免等
简称
地灾
类型
滑坡、泥石流
快速
导航
基本特点
基本分类
分级标准
成因分析
危险性评估
防治知识
应用
速报制度
防御
相关条例
中国地质灾害
瑞士的地质灾害
期刊
信息化建设
定义
简称地灾。[2] 以地质动力活动或地质环境异常变化为主要成因的自然灾害。在地球内动力、外动力或人为地质动力作用下,地球发生异常能量释放、物质运动、岩土体变形位移以及环境异常变化等,危害人类生命财产、生活与经济活动或破坏人类赖以生存与发展的资源、环境的现象或过程。不良地质现象通常叫做地质灾害，是指自然地质作用和人类活动造成的恶化地质环境，降低了环境质量，直接或间接危害人类安全，并给社会和经济建设造成损失的地质事件。地质灾害是指，在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象）。如崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、岩爆、坑道突水、突泥、突瓦斯、煤层自燃、黄土湿陷、岩土膨胀、砂土液化，土地冻融、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化，以及地震、火山、地热害等。[2]
地质灾害的背景
影响或控制地质灾害形成与发展的基础环境和总体条件。它与地质灾害形成条件既存在密切联系又有一定区别。地质灾害形成条件指的是造成地质灾害的直接因素；地质灾害背景指的是控制和影响地质灾害的更高层次的基础条件。地质灾害背景由两个系列组成：[2]
①以地球动力活动为核心的自然背景；
②以人口、经济、社会发展水平为核心的社会经济背景。地质灾害背景虽然不能直接决定一个具体灾害事件的发生和发展,但从宏观上控制了一个地区一种或多种地质灾害的成灾程度和变化的总体趋势。因此研究地质灾害背景条件是进行地质灾害宏观评价的重要内容
我国相关法律法规中的界定
根据2003年11月19日国务院颁发的《地质灾害防治条例》（中华人民共和国国务院令第394号）规定，地质灾害，通常指由于地质作用引起的人民生命财产损失的灾害。地质灾害可划分为30多种类型。由降雨、融雪、地震等因素诱发的称为自然地质灾害，由工程开挖、堆载、爆破、弃土等引发的称为人为地质灾害。常见的地质灾害主要指危害人民生命和财产安全的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等六种与地质作用有关的灾害。
基本定义
地质灾害是指由于自然或人为作用，多数情况下是二者协同作用引起的，在地球表层比较强烈地破坏人类生命财产和生存环境的岩土体移动事件。地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时也属于人为灾害的范畴。在某种意义上，地质灾害已经是一个具有社会属性的问题，已经成为制约社会经济发展和人民安居的重要因素。因此，地质灾害防治就不仅是指预防、躲避和工程治理，在高层次的社会意识上更表现为努力提高人类自身的素质，通过制定公共政策或政府立法约束公众的行为，自觉地保护地质环境，从而达到避免或减少地质灾害的目的。
地质灾害主要是指崩塌（即危岩体）、滑坡、泥石流、岩溶地而塌陷和地裂缝等，它们是比较公认的原地壳表层地质结构的剧烈变化而产生的，且通常被认为是突发性的。
地质环境灾害是指区域性地质生态环境变异引起的危害，如区域性地而沉降、海水入侵、干旱半干旱地区的荒漠化、石山地区的水土流失、石漠化和区域性地质构造沉降背景下平原或盆地地区的频繁洪灾等，这些问题通常都是由多种因素引起且缓慢发生的，地质界常称其为缓变性地质灾害。
当然，不能简单地把洪水归类于地质灾害。但长时期、大范围且爆发频繁的洪灾是与地质环境密切相关的，是人类社会工程经济活动或防洪治水方略与地质环境演变方向比较长期的不相适应的结果。利用考古资料恢复长江荆江河段近5000 a来洪水位的上升过程，发现近2000 a来是荆江洪水位相对荆北平原上升的主要时期，累计上升13.6 m，特别是近500 a来的洪水位上升的平均视速率达20～27 mm,/a。近500 a来的荆江走堤厦其堤基的决口破坏历史研究表明，在两岸干堤地基的渗漏、管涌、溃决、软上地基变形和崩岸等工程地质问题中，洪水期以北岸的管涌和渍决占绝对优势，干早期则以南岸的崩岸引人注意，这反映了荆江高水位与其地质环境已不相适应的关系。
⑺ 发生地陷，是什么原因引起的
地面沉降是自然因素抄和人为因素综合作用下形成的地面标高损失。自然因素包括构造下沉、地震、火山活动、气候变化、地应力变化及土体自然固结等。人为因素主要包括开发利用地下流体资源（地下水、石油、天然气等）、开采固体矿产、岩溶塌陷、软土地区与工程建设有关的固结沉降等。原因如下：
第一是开发利用地下流体资源。由于抽取地下水，在许多国家和地区产生了地面沉降。20世纪20年代，我国上海、天津在市区集中开采地下水的地区发生地面沉降。华北平原地下水降落漏斗和地面沉降已经引起广泛关注。
第二是岩溶塌陷。中国是世界上岩溶最多的国家之一。随着岩溶地区国民经济的飞速发展，岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发不断增强，由此引发的岩溶塌陷问题日益突出，已成为岩溶地区主要地质灾害问题。
第三是开采固体矿产。矿山塌陷多分布在矿山的采空区，以采煤塌陷最为突出。中国有约20个省区发生采空塌陷，以黑龙江、山西、安徽、山东、河南等省最为严重。
第四是工程环境效应。密集高层建筑群等工程环境效应是近年来新的沉降制约因素，在地区城市化进程中不断显露，在部分地区的大规模城市改造建设中地面沉降效应明显。
⑻ 常见地质灾害是怎样形成的
举个例子吧，
设想一个场地，要建一个高楼。
拟建场区地质条件变化较大，地质结构较复杂，岩土层性质变化较大，对其场地的地质环境条件应进行详细的勘察和论证，尤其探明灰岩的分布和岩溶的发育情况，避免由于基岩地质条件、工程地质条件的不明而引起岩溶地面塌陷、软弱土层地面沉降、基坑失稳破坏、基坑降水诱发地面沉降、基坑突涌、地基土浸水膨胀和失水收缩等灾害的发生，从而对建筑基础造成破坏。
3、针对基坑降水地面沉降地质问题，可根据周边环境设置有效的止水帷幕，如不能设置有效的止水帷幕，可采取回灌井方案，同时需注意进行地面沉降监测及周边影响区域内的建筑物变形监测。
4、基坑开挖面积及深度较大，开挖土方量大，堆放在评本区内可能造成堆积土边坡失稳，施工时应注意选择弃土堆放场所并注意控制堆放边坡角度处于自稳范围内。
5、在岩溶地面塌陷危险性中等区进行工程建设时，应对可溶性岩层的分布、特征、是否存在溶洞、是否造成岩溶地面塌陷灾害进行分析、论证或查明，以避免隐伏性岩溶地面塌陷灾害的发生；岩溶区施工灌注桩宜选用对地基扰动和影响小的成孔工艺，如回转钻进成孔。灌注桩施工前应进行专门的施工勘察，查明岩溶洞隙及其伴生土洞的位置、规模、埋深等情况；当采用嵌岩桩时，应进行专门的桩基勘察；对一柱一桩的基础，应逐桩布置勘探孔，直径大于1m的桩应布置2-3个勘探孔。勘探孔如发现溶洞或土洞应跟踪注浆充填。
6、本区域土层中夹有高岭土，在施工过程中注意高岭土与地下水作用产生的危害。基坑开挖和基础施工时，应防止地表水及地下水浸泡地基土，也不宜暴晒地基土，保持地基土的天然湿度。
7、针对基坑涌水地质问题，需进行次重点防治。应对基坑内水量进行必要监测，同时采取合理的降水措施，并配合相应的截水和排水措施，如修建截水沟、排水井等，避免发生基坑突涌。工程建设时采取合理防排水措施，及时疏排地表水，防止浸泡冲刷地基。
8、本区内桩端持力层局部高差较大，基础施工时应加强桩端持力层的验收工作，确保桩端进入持力层一定深度。另外，桩身过长时桩长细比过大，在进行设计及施工时应避免过大的弯曲变形造成的建筑物不均匀沉降危害。
9、场地现有的地面高度有一定的高差变化，如果本区工程建设出现或存在人工边坡，应根据具体边坡工程地质条件，设置相应的挡土墙的防护措施。