7-2 第七講——地面變形地質(zhì)災(zāi)害-地面塌陷+地面沉降.ppt

1、第七條河流的地面變形地質(zhì)災(zāi)害，金麗中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地工學(xué)地球信息科學(xué)與技術(shù)系，主要內(nèi)容，地面變形地質(zhì)災(zāi)害的類型概述中國地面變形地質(zhì)災(zāi)害的分布規(guī)律，地面沉降地面裂縫，1，概述，地面變形地質(zhì)災(zāi)害的定義是廣義的。指內(nèi)部、外部動力地質(zhì)作用、人類活動導(dǎo)致地面形態(tài)變形和破壞。例如，由于構(gòu)造運動而引起的山地升降和盆地下沉地下水提取、地下礦山開采等人類活動引起的地面裂縫、地面沉降、崩塌等。狹義：指以地面沉降、地面裂縫、地面沉降等地面垂直變形破壞或地面古道變化為主的地質(zhì)災(zāi)害。太原，西安大雁塔，無錫市，土地下沉，土地塌陷，土地龜裂，人類活動加強，人為因素已經(jīng)成為地面變形地質(zhì)災(zāi)害的重要原因。因此，在經(jīng)濟發(fā)展、大

2、規(guī)模建設(shè)、礦山開采過程中，要充分認識地面變形地質(zhì)災(zāi)害及其危害，加強對地面變形地質(zhì)災(zāi)害原因、預(yù)測和防治措施的研究。有效減輕地面變形地質(zhì)災(zāi)害造成的經(jīng)濟損失?；赟POT-5圖像解釋的唐山市煤礦開采沉陷區(qū)分布圖(理性區(qū)等，2006年)，其次是地面變形地質(zhì)災(zāi)害類型，根據(jù)地面變形的形式，地面沉降地裂縫滲透變形特殊巖土膨脹變形2。根據(jù)地面變形的原因，內(nèi)部動力地面變形：地震裂縫、地震崩塌、結(jié)構(gòu)地裂縫、火山地面變形等水力地面變形：地表水和地下水運動引起的地面變形、河流和湖泊的海浪和水侵蝕形成的水池海岸重建、熔巖水動態(tài)變化引起的巖溶塌陷、地下水過度開采引起的地面沉降、坡面流引起的地面沖刷等重力地面變形：崩塌、滑

3、坡東南海岸丘陵特殊地面變形和地面沉降災(zāi)區(qū)；臺灣地震以地面沉降為主的崩潰災(zāi)區(qū)。中部地區(qū)(黃土高原、中低山)黃土高原可折疊，土地裂開，土地下沉，災(zāi)區(qū)塌陷。四川秦嶺、湖北、橫斷山區(qū)地面沉降災(zāi)區(qū)；長江上游平原，云貴高原巖溶塌陷區(qū)。西部地區(qū)(高山、高原、人煙稀少)內(nèi)蒙古高原、準格爾盆地、塔里木盆地土地沙化、鹽化地面變形災(zāi)害地區(qū)天山、昆侖山地震地面變形災(zāi)害地區(qū)；大興安嶺北部山地董潔融化崩潰災(zāi)區(qū)；青藏高原山地地面董潔融化，地震崩潰災(zāi)區(qū)。地面塌陷、地面塌陷引起的地面變形楊怡很多，變形速度快、突然，地面塌陷，地下有洞是地面塌陷的前提，地下洞可以分為天然洞穴和人工洞穴。天然洞穴：由自然地質(zhì)作用形成，包括巖溶洞穴、

4、土洞(黃土洞、紅土洞、冰凍山丘融化形成的土洞)、熔巖洞。人工洞穴：人工采礦活動形成的，包括人防工程、地鐵、隧道、涵洞、采礦形成的地下道系統(tǒng)。目前面臨的地面崩塌主要包括巖溶塌陷和采礦地區(qū)崩塌。礦山采空區(qū)地面塌陷是人工誘發(fā)地面塌陷的最重要類型。2，地面塌陷的危害，1，地面建筑破壞，人員傷亡發(fā)生，2009年八月8日，安徽省合肥市長江中路和徽州大道交叉口路面坍塌，一輛藍色出租車墜落到倒塌地區(qū)。2009年七月4日凌晨2點30分左右，梧州市正祖鎮(zhèn)劉云村鎮(zhèn)城灣村、安徽淮南礦區(qū)塌陷、黑龍江鶴崗煤礦、采礦70多年來，土地41.97km2被推倒，房屋總建筑面積39.7104m2被轉(zhuǎn)移18個槽口，最大槽口長度63米

5、，深度67米；最小槽口12長，深度小于2米。艦艇編隊分布在東西方300米，南北250米范圍內(nèi)。2所住宅完全倒塌，16所住宅徐璐裂開，損壞到其他程度。2008年八月11日，貴州、江、自治州、自治州、青漢村桃坪一起地面塌陷，造成一人失蹤，三戶民房和兩畝耕地遭到破壞，附近農(nóng)戶9家具38人，24所房子受到威脅。貴州沿河一村，土地下陷，村民陷入深坑，失蹤，西安70米長的路面坍塌，9輛貨車深度約3米，長度約70米的坑中附近群眾想到地震。2、鐵路、公路、水利設(shè)施損毀，2008年十一月15日杭州地鐵1號線地面沉降事故，75米路倒塌，我國東部巖溶區(qū)，鐵路4010公里，巖溶塌陷376處，近10年車輛1860小時中

6、斷，列車翻車3次。3，誘發(fā)礦井水環(huán)。2009年七月22日，黑龍江省雞西市永豐煤礦發(fā)生地基塌陷，形成了面積約3000平方米、深度10多米的塌陷坑。降雨導(dǎo)致水和沙類大量涌入坑內(nèi)，礦井被淹沒，23名半礦工被困在井里。4、破壞農(nóng)田，3、中國地面塌陷分布的特點，(1)巖溶地面塌陷分布發(fā)現(xiàn)，據(jù)1993年不完全統(tǒng)計，南部巖溶地面塌陷點占34，072，占全國總數(shù)的96.5%。其中湖南省以14152個位居全國第一，接著是廣東省和廣西藏族自治區(qū)，分別有8751個、8735個，其次是貴州、云南、四川。1、北部巖溶地面塌陷區(qū)長江以北，華北平臺大、大、寬、慢褶皺和斷層構(gòu)造，氣候干燥、降水少，巖溶發(fā)育程度不高。除了古代溶

7、洞系統(tǒng)的一些殘余外，現(xiàn)代巖溶主要以侵蝕裂縫為基礎(chǔ)。巖溶地面塌陷大部分是遼寧省南部、山東的泰安、棗莊、萊蕪、河北的唐山、秦皇島柳江盆地、江蘇的徐州華北地區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動，地下水的區(qū)域排泄標(biāo)準也多次變遷，碳酸鹽巖地層形成了大量的洞穴。洞穴崩塌導(dǎo)致上伏石炭-二疊系煤系地層陷落，形成了大小分散的陷落體，即陷落柱。古代巖溶塌陷主要分布在晉、濟、魯、豫、陜等省，太原西山、豐河沿岸、河北太行山現(xiàn)代已有地面塌陷點1252個，全國，2、南部巖溶塌陷區(qū)位于長江以南的廣大地區(qū)，是中國碳酸鹽分布最集中、面積最大的地區(qū)，總面積約為176.08104公里2。氣候溫暖濕潤，植物茂盛，地質(zhì)結(jié)構(gòu)大部分是致密的褶皺和密集的塊

8、狀，現(xiàn)代巖溶非常發(fā)達。裸露巖溶區(qū)和半裸露巖溶區(qū)的面積占碳酸鹽巖總面積的41.3%，主要分布在云南貴州、四川、廣西、湖南、江西、湖北等地。湖南省巖溶牙齒全國第一，緊隨廣東省和廣西壯族自治區(qū)、貴州、云南、四川牙齒之后。礦井排水、地下水開采、水池蓄水等妨礙巖溶水場的活動是誘發(fā)巖紙崩塌的主導(dǎo)力量。(b)礦山采空區(qū)地面塌陷分布礦山采空區(qū)地面塌陷是中國地面塌陷的另一重要形式。其中煤礦開采引起的地面沉降率最大。目前，我國礦業(yè)業(yè)引起的地面崩潰主要分布在全國20個省市，共17138個，占全國各種類型的地面崩潰總分44.4%，其中湖南省12549個，內(nèi)蒙古自治區(qū)2800個，其次是山西、黑龍江、安徽、河南等，4，地

9、面塌陷的形成條件和發(fā)生機制，(1)地面塌陷的形成條件1，巖土體的內(nèi)部條件，(1)地下有空(前提)牙齒一定規(guī)模的地下無巖土空間，即空。地下共同的存在有兩種茄子意義。第一，洞穴屋頂、側(cè)壁部分掉落物、崩塌發(fā)生時墜落物的儲存容量空間、地下巖溶發(fā)育地區(qū)、地下洞穴、溶解裂縫作為將洞穴臨時堆積物轉(zhuǎn)移到遠處或深洞穴的通道。第二，地下空腔是具有多個林公面的空腔。空頂、底板、側(cè)壁在周圍暗壓力的作用下容易發(fā)生應(yīng)力集中，在穩(wěn)定性下降的情況下被外力干擾，容易發(fā)生不穩(wěn)定，發(fā)生復(fù)巖墜落，甚至波及到地表的崩塌。大衛(wèi)亞設(shè)，美國電視電視劇，安定)地下空洞的形成，可能是自然力或人工挖掘的結(jié)果。1)巖溶系統(tǒng)：可溶性鹽巖分布區(qū)巖溶洞穴

10、包括各種形式的洞穴、溶解間隙、管道等。一般來說，溶巖巖性比較純，巖層厚度大，暴露分布廣泛，斷層發(fā)育，巖層破裂，巖溶容易發(fā)育。巖洞縫隙的發(fā)育一般由巖溶地下水排泄標(biāo)準控制，在淺部發(fā)育多，逐漸減弱為深部。淺巖石洞穴空隙頻繁地下水活動，交替強烈，一般連接性好，成為倒塌物質(zhì)的儲存空間和移動通道。塌陷坑與開口間隙有密切的垂直對應(yīng)關(guān)系。洞穴越大，崩塌規(guī)模也越大?？紫对酱螅浪俣仍娇?。2)地下井巷系統(tǒng)是最容易引起地面崩塌的人工洞室。為了某種特殊目的而挖掘的人不限于可溶性鹽巖地層，可以徐璐出現(xiàn)在其他巖石地層中，洞穴規(guī)?？梢院艽蠛苌?。施工進度或采礦計劃繼續(xù)擴大，在施工完成或礦山關(guān)閉之前，洞穴的面積和體積會隨著時

11、間的變化而變化，采礦地區(qū)應(yīng)力的變化和調(diào)整處于一致的、宏觀的不穩(wěn)定狀態(tài)。人工洞穴，特別是長時間不中斷開采的礦山，地面塌陷的概率最高。(2)洞圍巖狀態(tài)地下洞室的受力狀態(tài)等于梁的受力，孔的頂板等于復(fù)蓋巖體的自重梁，孔的兩側(cè)等于梁末端的兩個支點。倒塌與否取決于頂板能否形成穩(wěn)定的支撐拱。一般來說，洞穴埋深與洞穴高度的比例低于25: 1，洞穴頂部就會形成三個茄子變形特征不同的帶：落帶、裂縫帶、彎曲帶。2、巖土體的外部條件(1)自然影響因素(A)大氣降雨滲透后，洞穴伏巖的含水層會增大，自重也會增大。滲透的水流滋潤了裂縫，降低了巖石塊之間的滑動阻力，引起了洞頂和洞壁的進一步變形，引起了不穩(wěn)定。降雨強度高，需要

12、很長時間，滲透的水流進入周圍巖石的大空隙，形成大的動態(tài)壓力和沖刷作用。在巖溶地區(qū)，降水滲透有助于補給密封的巖溶洞穴，快速上升的巖溶水被壓縮到洞穴內(nèi)，形成了常壓壓力，造成空氣爆炸，使洞穴頂部倒塌。(B)河流，湖泊近岸地帶的側(cè)逆流作用河，湖泊近岸地帶一般分布著由孔潛水和熔巖水組成的雙層水介質(zhì)。雨季洪水水位急劇上升，河流和湖泊向地下水發(fā)生側(cè)逆流，地下水水位上升。此時巖溶地下水對復(fù)蓋在孔隙中的土體施加正壓力或增加請求力。洪水位下降得快，巖溶地下水位下降得比潛水水位快，孔縫對蓋層的請求力下降得快，通過孔縫從跳水含水層到巖洞縫產(chǎn)生垂直滲透蠶食作用，在蓋層形成土洞，形成崩塌。這種現(xiàn)象稱為洪水落后灌溉蠶食崩潰

13、，簡稱洪水崩潰。(C)地震1表示，地震力可以進一步擴大洞穴頂部的復(fù)巖和孔壁的縫隙，加劇巖層的破裂和位移。第二，孔縫中松散的捕收微粒物質(zhì)被“液化”，地面塌陷。2.人為活動的影響礦山開采地區(qū)的地面沉降：人為刺激活動主要表現(xiàn)為對地面施加載荷、人為爆破和車輛振動、水池儲存排水的人工調(diào)節(jié)等。巖溶地面沉降：除了上述人為活動外，地下水的排水和補給，特別是快速、深層的抽水活動，往往是地面塌陷的最常見原因。(b)地面塌陷的發(fā)生機制，1、礦山采空區(qū)地面塌陷機制，第一階段是掘進和采礦的初期階段，有落帶、裂縫區(qū)和彎曲區(qū)。第二階段是土地裂縫發(fā)展階段，只有落差和裂縫。第三個階段是地面崩潰階段，只有下降臺。2，巖溶地面塌陷

14、的機制，巖溶：水(包括地表水和地下水)以對可溶性巖石的化學(xué)溶解作用為主，對地質(zhì)作用進行改造和破壞。是隨之而來的地形和水文地質(zhì)現(xiàn)象的總稱。巖溶作用：以化學(xué)溶解為主，還包括機械粉碎、沉積、崩塌、處理等作用，是化學(xué)物理學(xué)相結(jié)合的復(fù)合作用?？扇苄詭r石包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。(1)地下水蠶食機制地下水水位下降時，水力變化也加大，地下水流速加快，動水壓力強，動水壓力大于土體內(nèi)聚力和顆粒間摩擦力，土粒通過滲透移動的現(xiàn)象稱為蠶食或管道流入。在蓋層型巖溶地區(qū)，下伏有龍口洞，地下水通過蓋層共同滲透，或地下水位下降，水力梯度增大。(威廉莎士比亞、地下水位、地下水位、地下水位、地下水位、地下水位、地下水位、

15、地下水位、地下水位、地下水位)在一定的水壓作用下，地下水侵蝕并清空了泥土或縫隙中的填充物。因此，洞穴屋頂上的土體開始形成土洞，土洞變大，最終使洞穴頂部倒塌。土層厚或有深度時，形成倒塌的拱，可以保持上覆土層的整體穩(wěn)定。土堆比較薄時，土洞不能達到平衡。形成崩潰的原因有很多。有蠶食、真空吸收、振動、土體軟化、建筑荷載等。根據(jù)條件不同，崩潰的原因會有所不同，也可能是因為一個茄子原因主導(dǎo)，多種因素綜合作用的結(jié)果。a .水位下降前的平衡狀態(tài)；b .水位下降，上部侵蝕過程清空通道，活躍的地下侵蝕(進入蠶食開放的洞穴)牙齒發(fā)生。c .洞穴頂部逐漸崩塌，短期內(nèi)可能被鈣化碎石層抑制。d .最后一個拱門倒塌，形成了

16、同心球形張力裂縫包圍的落水洞。(2)真空吸食效果我國西魏國于1979年提出，國內(nèi)普遍接受牙齒論點。在熔巖網(wǎng)絡(luò)的封閉空腔(龍洞或土洞)中，地下水位大幅下降到空腔蓋子底部以下，地下水從壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闊o壓力，空腔頂部形成低氣壓狀態(tài)的真空，產(chǎn)生吸力，吸出屋頂?shù)哪嗤令w粒。同時，由于內(nèi)外壓力作用，蓋子表面出現(xiàn)了一種“打孔”作用，加快了土體破壞。(3)壓力差效應(yīng)壓降是指巖溶空腔和松散介質(zhì)(或土洞)接觸面的上下水、氣流體因巖溶管道水位變化而產(chǎn)生相應(yīng)的壓力差。(4)自重效應(yīng)雨水滲入后，蓋子的飽和容重通常比干容重增加30 40%。土拱承受更大的重量，使其倒塌。(5)浮力效應(yīng)巖土體位于地下水位內(nèi)，地下水位下降時，除壓差效應(yīng)外，土體的浮力也減少，引起崩塌。(6)土體強度效應(yīng)土體吸收吸收吸收飽和，土體剪切