长江中下游堤防岩溶地面塌陷概述

4.4.1　岩溶地面塌陷概述

岩溶地面塌陷是指可溶岩区溶洞或土洞上覆土体塌落或上覆土体逐渐流失到下伏溶洞内，从而导致地面沉陷的现象。发生岩溶地面塌陷，必须具备3个条件，即①在岩溶地层中，存在容纳塌落土体的空间，这种空间既可以是塌陷区下方存在较大的空间，足以容纳其上方导致地面塌陷的土体，也可以是一个或多个通道，使得上方塌落的土体源源不断地搬运、流失，为上覆土体的继续塌落不断提供空间。事实上，无论是溶洞还是其他成因的空洞，只要地下存在容纳塌落土体的空间，即具备了地面塌陷的基本条件之一。②存在塌落土体流失的通道，该通道可以是竖向贯通的溶蚀裂隙，也可以是人类活动的产物，如未封堵的、连通下伏溶洞的钻孔等。③上覆土体可以塌落。上覆岩体如果强度很高且厚度较大，易形成塌落拱，则不易导致地面塌陷发生。这3个条件必须同时具备，缺一不可。

关于岩溶地面塌陷的成因，目前主要有潜蚀和真空吸蚀两种机理。笔者通过工程实例总结，认为“沙漏”也是岩溶地面塌陷机理之一。

1.潜蚀机理

潜蚀机理是1898年由俄国学者巴甫洛夫提出，已被国内外地学界学者广泛接受。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，即是发生在地下土/岩界面处的一种渗流破坏过程。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，特别是在溶沟、溶槽中易形成土层底部的小径流，在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。土洞形成要具备两个重要条件：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。(www.xing528.com)

2.真空吸蚀机理

真空吸蚀机理是我国学者徐卫国于1979年提出的，它包括吸盘吸蚀作用、空腔吸蚀作用和漩吸漏斗吸蚀作用3种吸蚀作用。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用下，覆盖土层对应岩溶地下通道的薄弱位置在瞬间产生塌陷坑或塌陷洞。这种由负压或真空对覆盖层的抽吸作用称为“真空吸蚀”。这种作用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，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）及不存在水位急降条件的地区，就不易发生这类塌陷。

3.“沙漏”机理

所谓“沙漏”机理，是指具有溶洞及竖向通道的岩溶展布区，上覆砂性土层中的砂颗粒在重力作用下沿竖向通道不断“漏”入下伏岩溶地层中的溶洞中，从而引起的地面塌陷现象。由“沙漏”现象导致的岩溶地面塌陷除必须具备“容纳空间”和“竖向通道”外，还须具备这样一个条件，即在岩溶地层上方必须发育一定厚度的砂性土层。因为砂颗粒在重力作用下可以流失。如果有向下的地下水活动，则在渗流力作用下易形成流沙，则岩溶地面塌陷会发育得更快。江西九江地震岩溶地面塌陷和武汉市汉南区岩溶地面塌陷即可用“沙漏”机理解释。