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广州市夏茅村岩溶塌陷的影响因素分析

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  【摘 要】广州市夏茅村位于广花盆地内,地质条件复杂,区内浅部岩溶、土洞发育。受人类工程活动的影响,地下水平衡条件失衡,无法支撑上部土体及外荷载,导致研究区地面塌陷地质灾害发生。
  【关键词】岩溶;地面塌陷;成因;广州市;夏茅村
  中图分类号: P642.25 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)12-0082-002
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.039
  【Abstract】Xiamao village of Guangzhou city is located in guanghua basin, the geological condition is complex,the shallow part Karst and earth hole develop in the area.Affected by human engineering activities,the conditions of underground water balance are unbalanced and can not support the upper soil body and external loads,resulting in the occurrence of ground collapse Geological disasters in the research area.
  【Key words】Karst;Ground collapse;Cause;Guangzhou City;Xia mao village
  可溶性碳酸盐类岩在地下水的化学和物理作用下被溶蚀,极易产生溶洞、溶蚀沟槽、岩溶洼地及岩溶漏斗[1]。在自然或人为工程活动条件下,由于地下水动力条件的改变,隐伏岩溶以及第四系松散覆盖层中伴生的土洞极易出现顶板坍塌,形成岩溶地面塌陷,造成经济损失或人员伤亡。广州市岩溶塌陷地质灾害主要分布在广州市西北的广花盆地隐伏岩溶区,广州市夏茅村岩溶塌陷是其中造成较大影响的代表之一[2-3]。夏茅村于2008年12月及2015年9月先后2次共发生了6次岩溶地面塌陷,形成的塌陷坑分别位于向西街8巷16号、6巷16号、3巷13号、2巷北端及沙园坊7巷6号,陷坑面积一般30~300m2。岩溶塌陷地质灾害损毁房屋12幢,数十处房屋墙壁及地面出现开裂、变形,地面裂缝多呈近东西向,灾害影响范围约5000m2,事故幸未造成人员伤亡,直接经济损失约300万元[4-5]。本文从气象、地层、构造、水文、岩土、人类活动等多方面分析,研究夏茅村溶地面塌陷形成的主要影响因素。
  1 内在因素
  1.1 地层岩石条件
  研究区广泛分布隐伏的石炭系壶天群灰岩及二叠系下统栖霞组泥灰岩、含燧石灰岩,它们都属于碳酸盐岩,厚度较大,分布较广,纯度越高的碳酸盐岩,越易被地下水溶蝕,形成大大小小的隐伏岩溶、溶洞。灰岩、泥灰岩为岩溶的发育提供了物质基础。第四系冲积层中的的粘性土,含砂、砾、碎石,既具有一定的粘性,又具有一定的渗透性。越靠近基岩顶面溶洞发育带的粉质粘土层,越易形成土洞,为土洞的发育提供了物质基础,钻孔中常是土洞与溶洞形影相随,彼此相连。第四系上部含水砂层分布广泛,厚度大,为松散岩类孔隙水提供了地下水的储藏空间,同时给覆盖型岩溶裂隙溶洞水提供了丰富的地下水补给资源。
  1.2 地质构造条件
  研究区自东往西揭露的地层依次为二叠系下统童子岩组(P1t)、孤峰组(P1g),栖霞组(P1q)、上石炭统壶天群(C2ht)、三叠系小坪组(T3x)及下石炭统测水组(C1c),岩层走向北北东,总体倾向南东,岩层倾角约60~70°,构成新市向斜的西翼,次级褶皱发育,地层褶曲变形强烈。除此,研究区内北北东向及近东西断裂构造发育,纵横交错分布有十余条之多,断层破碎带及影响带不仅为地下水的运移提供了良好通道,而且沿断层破碎带灰岩的岩溶作用强烈,溶洞发育。
  1.3 水文地质条件
  研究区第四系普遍发育含水砂层,局部地段发育上、下两层结构体,厚度约3.5~11.1m,含有丰富的地下水,地下水向基岩垂直下渗补给,为岩溶、土洞的发育提供了充足的地下水补给水资源。塌陷地段第四系上部为中粗砂含水层,厚度3.2~9.80m,呈近南北向展布,下部为粉质粘土,质地不均,普遍含有角砾、碎石或砂,厚度12.9~>35.7,构造上发育断层带,并因断层带的发育形成一条北北东向岩溶拗槽,该区域岩溶发育,亦为岩溶水的一个良好通道。这一地段是松散岩类孔隙水补给岩溶裂隙溶洞水活跃的地块,岩溶、土洞发育。地下水的作用是岩溶、土洞成生的主导因素。研究区北东向、近东西向断层发育,岩石破碎,断层为地下水提供了良好通道。
  1.4 岩土工程条件
  研究区第四系淤泥类土和松散中粗砂、粉细砂土发育,厚度变化较大。软土呈软塑状,属高压缩性、含水量高、高孔隙比和低强度、低渗透性软土,工程性质极差;松散的砂类土,自然压密程度低,结构松散,在其上负载荷或大量地下水波动下易流失,软土被压实、固结将产生地面沉降变形破坏。研究区隐伏的石炭系壶天群灰岩、二叠系栖霞组泥灰岩属于碳酸盐岩。壶天群灰岩厚度大,纯度高,断裂发育,岩溶发育程度高。栖霞组泥灰岩含炭质、泥质较高,纯度相对偏低,岩溶发育程度相对偏弱。土洞多发育于第四系土体与基岩接触带的粉质粘土层中,空间标高约在-8.60m~-30.64m,洞高约1.50~7.30m,埋藏较深,规模较大,大小悬殊,呈北北东向串珠状展布。溶洞呈北北东向串珠状展布为主,分布空间约在标高-5.80m~-24.80m之间,洞高0.15~13.24m,位于基岩面附近,埋藏较浅,规模大小不一,受北北东向断裂控制,连通性较好,这些都是发生岩溶地面塌陷的有利因素。   2 外在因素
  2.1 气象条件
  极端气象条件是诱发地质灾害发生的主要因素之一。研究区处于南亚热带季风型气候区,降雨极为丰富,年平均降雨量1612.0~1909mm。据历史资料统计降雨对地下水年变化幅度有一定影响,但近年来降雨量属正常范围,不至于因降雨而诱发地面塌陷。因此,气象水文对地下水水位影响较小,自然因素不会导致地下水位大幅下降。
  2.2 人類工程活动
  研究区及周边建筑物密集,人类工程活动强烈,主要为工业和民用建筑、水利、公路、桥梁、铁路、煤矿开采及人工取水等。二十世纪九十年代及以前,市第四煤矿和大朗煤矿地下采煤、开挖和抽排地下水活动频繁,后期关闭后逐渐减弱。近期,周边2km内有广花公路、机场高速、华南快速干线三期等高速公路,白云湖东湖水利建设,污水排污管道埋设等市政建设,村镇居民生活用水,九十年代以后的居民建筑等都存在挖桩、开挖坚井、开挖建基面等不同程度的抽排地下水活动。这些人工的抽排水活动为地下水的运移、第四系松散岩类孔隙水下渗补给岩溶裂隙溶洞水提供了动力条件,地下水平衡条件失衡,无法继续支撑上部土体及外部荷载。
  3 结论
  1)研究区近十年来降雨量属正常,气象条件对研究区地下水水位影响小,不会导致研究区地下水位大幅波动,不是导致地面塌陷的主要诱因之一。
  2)研究区地质环境条件复杂,第四系含水砂层、隐伏岩溶和断层发育。受断层影响,第四系含水砂层、隐伏岩溶在地下水的作用下极易形成溶洞、土洞和地下水通道,使地下水水力联系密切,加上人类工程活动过程中不合理的大量抽排地下水,地下水平衡条件失衡,无法继续支撑上部土体及外部荷载,最终导致地面塌陷地质灾害的发生。
  【参考文献】
  [1]陈彦竹,刘安培,陈思宇,郭龙飞.不同水动力条件下碳酸盐岩溶蚀能力及机理[J].云南化工,2018(10):110-111.
  [2]刘江龙,刘会平,吴湘滨.广州市地面塌陷的形成原因与时空分布[J].灾害学,2007(04):62-65.
  [3]郑小战,郭宇,戴建玲,李晶晶,陈小月.广州市典型岩溶塌陷区岩溶发育及影响因素[J].热带地理,2014,34(06):794-803.
  [4]广州市地质调查院.广州市白云区石井街夏茅村岩溶地面塌陷地质灾害综合勘查报告[R].2009.
  [5]石晓龙.广州市夏茅村岩溶塌陷形成条件与预防措施[J].科技经济导刊,2018,26(21):64-65.
  ※基金项目:广东省广州市地质灾害详细调查(1:50000)(4111600000015)。
  作者简介:高杨(1991—),男,硕士,主要从事水文工程环境地质相关工作。
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