巖溶地面塌陷是指覆蓋在溶蝕洞穴之上的松散土體,在外動(dòng)力或人為因素作用下產(chǎn)生的突發(fā)性地面變形破壞,其結(jié)果多形成圓錐形塌陷坑。
巖溶地面塌陷是地面變形破壞的主要類型,多發(fā)生于碳酸鹽巖、鈣質(zhì)碎屑巖和鹽巖等可溶性巖石分布地區(qū)。激發(fā)塌陷活動(dòng)的直接誘因除降雨、洪水、干旱、地震等自然因素外,往往與抽水、排水、蓄水和其他工程活動(dòng)等人為因素密切相關(guān),而后者往往規(guī)模大、突發(fā)性強(qiáng)、危害也就大。巖溶地面塌陷發(fā)現(xiàn)于碳酸鹽巖分布區(qū),其形成受到環(huán)境和人類活動(dòng)的雙重影響。
1. 可溶巖及巖溶發(fā)育程度
可溶巖是由巖溶地面塌陷形成的物質(zhì)基礎(chǔ),而巖溶洞穴的存在則為地面塌陷提供了必要的空間條件。大量塌陷事件表明,塌陷主要發(fā)生在覆蓋型巖溶和裸露型巖溶分布區(qū),部分發(fā)育在埋藏型巖溶分布區(qū)。
溶穴的發(fā)育和分布受巖溶發(fā)育條件的制約,一般主要沿構(gòu)造斷裂破碎帶、褶皺軸部張裂隙發(fā)育帶、質(zhì)純層厚的可溶巖分布地段、與非可溶巖接觸地帶分布。巖溶的發(fā)育程度和巖溶洞穴的開啟程度,是決定巖溶地面塌陷的直接因素,可溶巖洞穴和裂隙一方面造成巖體結(jié)構(gòu)的不完整,形成局部的不穩(wěn)定;另一方面為容納陷落物質(zhì)和地下水的強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)提供了充分的空間條件。一般情況下,巖溶越發(fā)育,溶穴的開啟性越好,洞穴的規(guī)模越大,則巖溶地面塌陷也越嚴(yán)重。
2. 覆蓋層厚度、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
松散破碎的蓋層是塌陷體的主要組成部分,由基巖構(gòu)造成的塌陷體在重力作用下沿溶洞、管道頂板陷落而成的塌陷為基巖塌陷。塌陷體物質(zhì)主要為第四系松散沉積物所形成的塌陷叫土層塌陷。據(jù)南方十省區(qū)統(tǒng)計(jì),土層塌陷占塌陷總數(shù)的96.7%。
3. 地下水運(yùn)動(dòng)
地下水運(yùn)動(dòng)是塌陷產(chǎn)生的動(dòng)力條件——主要?jiǎng)恿。地下水的流?dòng)及其水動(dòng)力條件的改變是巖溶塌陷形成的最重要?jiǎng)恿σ蛩,地下水徑流集中和?qiáng)烈的地帶,最易產(chǎn)生塌陷,這些地帶有:
。1)巖溶地下水的主徑流帶;
。2)巖溶地下水的(集中)排泄帶;
。3)地下水位埋藏淺、變幅大的地帶(地段);
(4)地下水位在基巖面上下頻繁波動(dòng)的地段;
。5)雙層(上為孔隙、下為巖溶)含水介質(zhì)分布的地段,或地下水位急劇變化的地段;
。6)地下水與地表水轉(zhuǎn)移密切的地段。
地下水位急劇變化帶是塌陷產(chǎn)生的敏感區(qū),水動(dòng)力條件的改變是產(chǎn)生塌陷的主要觸發(fā)因素。
水動(dòng)力條件發(fā)生急劇變化的原因主要有降雨、水庫蓄水、井下充水、灌溉滲漏、嚴(yán)重干旱、礦井排水、強(qiáng)烈抽水等。
此外,地震、附加荷載、人為排放的酸堿廢液對(duì)可溶巖的強(qiáng)烈溶蝕等均可誘發(fā)巖溶地面塌陷。