摘要：河北省徐水縣向陽村地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳�命�?cái)產(chǎn)安全。通過采用地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探、地質(zhì)鉆探等綜合勘查方法，查明了該區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件、地面塌陷的特征及分布規(guī)律，本文根據(jù)勘查成果對(duì)其成因進(jìn)行了分析、總結(jié)，得出地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害是由當(dāng)?shù)氐匦蔚孛病⒌貙訋r性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水、地下水、人類工程活動(dòng)等因素綜合疊加引起，并對(duì)地面塌陷的防治措施提出了建議。

　　關(guān)鍵詞：地面塌陷，綜合勘查，成因分析，防治措施

　　0 引言

　　河北省徐水縣瀑河鄉(xiāng)向陽村位于徐水縣與易縣兩縣交界處，坐落于丘陵區(qū)的山間盆地中，村東距瀑河水庫約三百米，西臨西山山腳五百米，全村現(xiàn)有農(nóng)戶136戶，人口503人。自1964年村中發(fā)現(xiàn)有墻體出現(xiàn)裂縫以來，歷年雨季均相繼出現(xiàn)地面塌陷、裂縫等現(xiàn)象，近些年塌陷日趨嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已出現(xiàn)不規(guī)則圓形、橢圓形直徑 1米左右的塌陷坑20多處，涉及村民25戶，至使30余間民房地基不均勻沉降，墻體開裂甚至房屋倒塌，地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的不斷發(fā)生，嚴(yán)重威脅村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。綜合治理地質(zhì)災(zāi)害、消除塌陷隱患成為向陽村安定村民穩(wěn)定社會(huì)的首要任務(wù)。

　　通過對(duì)向陽村進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、綜合物探、地質(zhì)鉆探等多方法、多手段勘查，綜合分析推斷地面塌陷形成機(jī)理，為該村地面塌陷治理選擇正確的技術(shù)路線和治理方法提供科學(xué)依據(jù)，為防預(yù)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、避免村民的生命財(cái)產(chǎn)損失提供有效手段。

　　1 地質(zhì)環(huán)境背景

　　向陽村屬北溫帶半干旱大陸性氣候，年降水量566mm，多集中在6—8月份。日最大降水量157mm，年平均氣溫11.9℃,極端最低氣溫-26.7℃，極端最高氣溫42.1℃, 村位于山間盆地中心偏北，周圍山勢(shì)平緩，海拔高程86—158m，西山地表降水由西往東直瀉村中，至瀑河水庫，近幾年鄰近村的瀑河水庫已干枯無水。

　　向陽村區(qū)內(nèi)出露地層為第四系，主要是全新統(tǒng)沖洪積土層，自上而下共分四層，地表層為褐色耕土層，以粉土為主，厚度0.3—0.6m;中部為黃土狀粉土層，褐色，稍濕，含砂質(zhì)土，局部含卵石土，干強(qiáng)度低，韌性低，厚度7.7—9.1m;下部為粉質(zhì)粘土層，褐色，硬塑，濕，含鐵染、錳結(jié)核，厚度9.8—10.4m，土層中垂直節(jié)理發(fā)育，可見中間充填褐黃色粉土裂隙，干強(qiáng)度中等，韌性中等;底層為礫類土，雜色，濕，中密，揭露厚度6米，碎石成分主要為強(qiáng)、中等風(fēng)化石英砂巖，次為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖等，呈棱角狀，塊狀結(jié)構(gòu)，一般粒徑為3—6cm ，裂隙發(fā)育，漏水嚴(yán)重。下覆基巖地層由老至新分別為鐵嶺組含碎石條帶白云巖、下馬嶺組千枚狀泥質(zhì)頁巖、景兒峪組石英砂巖等，一般巖層產(chǎn)狀較平緩。區(qū)內(nèi)處于近南北向和近東西向兩組斷層構(gòu)造中，基巖破碎比較發(fā)育。

　　2 地面塌陷的特征

　　2.1地面塌陷的表現(xiàn)形式

　　向陽村地面塌陷的主要表現(xiàn)形式為土洞和裂縫。村東出現(xiàn)較多，土洞和裂縫因隨出現(xiàn)隨填，取證較為困難，故根據(jù)實(shí)地處理結(jié)果和村民反映情況分析論述。

　　(1)土洞

　　土洞一般呈不規(guī)則圓形，少量呈橢圓形、勺狀形，洞口上小下大，直徑0.5～1m，深0.5～2m，洞壁上陡下緩，呈壇狀，壁上分布有豎向節(jié)理、裂縫。土洞呈串珠狀分布，大部分土洞間以裂縫相連，裂縫寬度不等，寬約0.2～0.5m。

　　(2)裂縫

　　裂縫多呈條帶狀鋸齒形展布，個(gè)別地段不同方向裂縫相互交叉，延伸1.0m～12m，寬0.3m～1.0m，深0.3～1.1m，裂縫壁上分布有豎向節(jié)理、裂縫。

　　2.2地面塌陷的分布規(guī)律

　　(1)空間分布規(guī)律

　　通過收集資料，結(jié)合實(shí)地調(diào)查及勘查成果，向陽村地面塌陷空間分布規(guī)律總結(jié)如下：地面塌陷主要集中在村莊東部，地勢(shì)低洼、易積水處尤為顯著，基本遵循自南向北、自西向東的發(fā)展規(guī)律。

　　(2)時(shí)間分布規(guī)律

　　自1964年開始，每遇豐水年，地面便出現(xiàn)塌陷，特別在雨季后期，特別是雨季中后期，塌陷發(fā)展較迅速，而干旱年相對(duì)平靜。

　　1994年后，連續(xù)三年雨季，塌陷日趨嚴(yán)重。

　　近年來降水量有所減少，塌陷發(fā)展相對(duì)平緩。

　　3 地質(zhì)災(zāi)害勘查

　　在地形測(cè)量，專項(xiàng)環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的基礎(chǔ)上，布置適量物探工作，查明覆蓋層厚度和基巖面起伏情況，以及土洞和塌陷的分布、形態(tài)及空洞大小，查明地下水流向，同時(shí)輔以鉆探工作加以驗(yàn)證物探數(shù)據(jù)解譯的準(zhǔn)確性。

　　3.1勘查工作布置

　　(1)地形測(cè)量、地質(zhì)調(diào)查

　　對(duì)災(zāi)害影響區(qū)域進(jìn)行地形、地質(zhì)測(cè)量，內(nèi)容包括1：1000數(shù)字化地形測(cè)量及1：2000專項(xiàng)環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，測(cè)區(qū)面積0.5km2。

　　(2)地球物理勘探

　　根據(jù)工作區(qū)域特點(diǎn)，以及前人所做工作，物探手段采用淺層地震法、高密度電阻率法。共布置勘探線15條。

　　(3)地質(zhì)鉆探

　　在物探成果的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性、在有疑問的地段布置適量工程鉆孔，揭露地層、構(gòu)造等準(zhǔn)確資料，與物探成果資料相互配合，驗(yàn)證和查明土洞和塌陷的分布、形態(tài)及空洞大小。

　　3.2勘查結(jié)論

　　通過地質(zhì)調(diào)查工作，查明了土層的年代、成因、性質(zhì)、厚度、分布及巖層的風(fēng)化程度;查明了地面塌陷的形成、分布、規(guī)模和發(fā)育程度和危害程度;調(diào)查走訪了136戶村民，查明了危害程度;查明了人類工程活動(dòng)(破壞表土、開采地下水)對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性的影響。

　　通過地球物理勘探及地質(zhì)鉆探工作，查明向陽村基巖埋深，西淺東深，南北埋深接近;基巖埋深在25米左右變化，局部地區(qū)也有15米左右出現(xiàn)基巖，村北東、南東基巖完整性較差，基巖破碎帶比其他地方多而且范圍大;全村20米左右的深度范圍內(nèi)大部分為粉質(zhì)粘土和粉土，而且含水量大，20米30米多以碎石土為主，含水量相對(duì)小些;面積性工作對(duì)斷裂反映明顯，其間巖石破碎，斷裂、裂隙發(fā)育，是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的制約和主導(dǎo)因素。故該地區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。

　　4 地面塌陷的形成條件

　　經(jīng)勘查成果，向陽村地面塌陷由地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水、地下水、人類工程活動(dòng)等因素綜合疊加引起。

　　4.1地形地貌

　　向陽村位于低山丘陵區(qū)開闊地帶，北西南三面環(huán)山，東臨瀑河水庫，西高東低，降水時(shí)西山地表水直瀉村中，大部分入滲村區(qū)地下。地形地貌是形成地面塌陷的前提。

　　4.2地層巖性

　　向陽村地處山間匯水盆地，原有瀑河流經(jīng)此地，上覆第四系土層多為坡積和洪積物，疏松多孔，節(jié)理、裂隙發(fā)育是形成地面塌陷的內(nèi)在因素。

　　表層黃土狀粉土，含植物根系，石屑，小螺殼、菌絲及少量粘質(zhì)，稍密～中密，吸水性強(qiáng)，吸水后強(qiáng)度降低，具有濕陷性，垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育，均有利于地表水的入滲。

　　下伏青白口系中統(tǒng)鐵嶺組白云巖，可溶性強(qiáng)，裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生溶孔和溶洞。

　　4.3地質(zhì)構(gòu)造

　　塌陷區(qū)處于斷裂帶，基巖破碎范圍大，裂隙發(fā)育，縱橫交錯(cuò)的裂隙構(gòu)成地下水暢流的良好通道。下伏青白口系中統(tǒng)鐵嶺組白云巖，可溶性強(qiáng)，裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生溶孔和溶洞。地質(zhì)構(gòu)造是地面塌陷的制約因素，地下溶孔、溶洞是地面塌陷的主導(dǎo)因素。

　　4.4地表水、地下水

　　本區(qū)地形地貌條件決定地表水的排泄方式主要為入滲補(bǔ)給地下水，斷裂破碎帶的存在成為地下水徑流的良好通道，地下水的漲落、潛蝕、掏挖了斷裂破碎帶內(nèi)的砂土，使溶孔、溶洞及裂隙的頂板越來越薄，最終導(dǎo)致地面塌陷。地下水活動(dòng)是地面塌陷的內(nèi)在動(dòng)力因素。

　　4.5人類工程活動(dòng)

　　隨著該村人口的增長以及農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)的發(fā)展，用水量逐年增加，大量抽取地下水，地下水的漲落幅度加大，更加劇了對(duì)斷裂帶內(nèi)砂土的潛蝕、掏挖作用，促使地面塌陷加劇。另外，人為破壞上覆地表土層的穩(wěn)定性(土體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度)也是誘發(fā)地面塌陷的重要因素。

　　綜上所述，斷裂破碎帶和可溶性白云巖的存在，是發(fā)生地面塌陷的根本所在，地下水活動(dòng)是地面塌陷的內(nèi)在動(dòng)力因素，人類工程活動(dòng)對(duì)表土穩(wěn)定性的破壞及大量抽取地下水是重要誘發(fā)因素。

　　5 地面塌陷的成因分析

　　經(jīng)調(diào)查了解，該區(qū)近50年來未發(fā)生明顯的內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用，故地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，主要是外動(dòng)力地質(zhì)作用引起。成因分析如下：

　　5.1地表水的滲灌

　　該村地處相對(duì)低洼地帶，降水后，西山匯水后全部流入村莊，村內(nèi)沒有修建任何截排水工程，大部分地表水入滲地下。上覆地表土層(黃土狀粉土)存在裂隙和生物洞穴，地表水沿裂隙和洞穴下滲，將細(xì)粒砂土帶走，在滲灌、沖刷的過程中，擴(kuò)大了土層裂縫，最終形成土洞和大的裂縫，隨著時(shí)間的推移，孔洞不斷擴(kuò)大，直至塌陷。故塌陷多發(fā)生在雨季，地表水滲灌是地面塌陷發(fā)生的主要原因之一。

　　5.2地下水的滲流

　　(1)由于斷裂破碎帶的存在，形成地下水的徑流通道，地下水動(dòng)力條件改變時(shí)，原來被堵塞的落水洞，裂隙口及與其相連的下部排水通道復(fù)活，重新成為地下水活動(dòng)的地段。

　　(2)地下水位上升，遇抗水性差的黃土狀粉土、碎石土等，溶蝕作用增強(qiáng)，引起土體強(qiáng)烈崩解，崩解物部分順喇叭口落入下部溶洞中，初步形成了上覆土層中的土洞。

　　(3)地下水繼續(xù)作用，土顆粒沿巖溶洞穴、裂隙被帶走，使上覆土層中的空洞逐漸擴(kuò)大，向上呈拱形發(fā)展。

　　(4)土洞進(jìn)一步擴(kuò)大，空洞向地表發(fā)展，頂板漸薄，當(dāng)拱頂薄到不能支持上部土的重量時(shí)，便突然發(fā)生塌落。這就是雨后發(fā)生突然塌陷的過程。

　　(5)坍塌后，地表便成為地表徑流匯集的場(chǎng)所，大量沖積物日益堆積，使底部逐漸形成蝶形洼地，其后雜草叢生，年代一久，地表夷平無法辨認(rèn)，土洞便停止發(fā)展。

　　5.3人類工程活動(dòng)

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，向陽村用水量逐年增加，大量抽取地下水，引起地下水位的變動(dòng)，最終引起地面塌陷，其作用機(jī)理如下：

　　(1) 潛蝕

　　由于淺部巖溶發(fā)育，當(dāng)大量抽取地下水改變地下水動(dòng)力條件時(shí)，地下水流速和坡降增大，使土層中的孔洞越來越大，特別是雨季，土顆粒間含水增加，起到潤滑作用，土顆粒間支撐力減小，更有利于巖土顆粒的搬運(yùn)，對(duì)上覆第四系土層和充填在巖溶裂隙中的充填物進(jìn)行沖蝕、掏空，并將土顆粒帶走，形成潛蝕，潛蝕的結(jié)果，使第四系土層失去自然平衡狀態(tài)，產(chǎn)生土洞，導(dǎo)致地表下沉、開裂、塌陷。當(dāng)?shù)叵滤�在第四系土層底部運(yùn)動(dòng)時(shí)，潛蝕作用最為強(qiáng)烈。

　　(2)真空吸蝕

　　當(dāng)巖溶網(wǎng)絡(luò)地下水急劇下降，巖溶腔內(nèi)有壓水轉(zhuǎn)為無壓水時(shí)，其中水面以上空間出現(xiàn)了低氣壓即真空，瞬間誘導(dǎo)出的能量，對(duì)覆蓋土層內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈而迅速的吸嘬、液化、旋吸、掏空和搬運(yùn)等破壞作用，造成塌陷。

　　(3)液化

　　巖溶含水層覆蓋有飽水的、而且有蝕變性的疏松土石，在地下水的滲流方向突變、垂直方向滲透動(dòng)力水壓力迅速增加的時(shí)候，土層突然液化，水伴隨土體瞬間流向下部巖溶裂隙通道而產(chǎn)生塌陷。

　　土洞在形成過程中，沉積在洞底的塌落土體有時(shí)不能被水帶走，而起到堵塞通道的作用，若潛蝕大于堵塞，土洞繼續(xù)發(fā)展;反之，土洞就停止發(fā)展。因此，不是所有的土洞都能發(fā)展到地表的塌陷。

　　從本場(chǎng)地工程地質(zhì)條件來看，主要以潛蝕和液化為主。

　　6 結(jié)論及建議

　　通過勘查查明，向陽村地面塌陷由地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水、地下水、人類工程活動(dòng)等因素綜合疊加引起，具有可溶性巖石和斷裂破碎帶是發(fā)生本區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害的根本所在。

　　本區(qū)地形地貌是形成地面塌陷的前提;上覆第四系土層多為坡積和洪積物，疏松多孔，節(jié)理、裂隙發(fā)育是形成地面塌陷的內(nèi)在因素;地質(zhì)構(gòu)造是地面塌陷的制約因素;地下溶孔、溶洞是地面塌陷的主導(dǎo)因素;地下水活動(dòng)是地面塌陷的內(nèi)在動(dòng)力因素;人類過程活動(dòng)是地面塌陷的誘發(fā)因素。

　　隨著人類工程活動(dòng)范圍和力度的加大，再加上大氣降水的不可控制性，以及地質(zhì)環(huán)境的不可改變性，地質(zhì)災(zāi)害的范圍會(huì)不斷擴(kuò)大，危害程度不斷加劇，越來越嚴(yán)重危機(jī)村民的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以采取合理的防護(hù)和治理措施是必要的，以避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和減輕地質(zhì)災(zāi)害帶來的危害。根據(jù)本次勘查結(jié)果及塌陷成因分析，可采取回填塌陷坑、修建截排水渠、硬化路面、加固基礎(chǔ)、加強(qiáng)地面塌陷監(jiān)測(cè)等防治措施。