【学前课|灾害学】地面变形地质灾害（0）地面塌陷学习笔记

1 笔记概述

1.1 大纲

边听课边记录的大纲内容。

1.2 学习参考

视频：揭秘灾难片中的地质灾害问题（4）危城之地
PPT：灾害学第七讲地面变形地质灾害
论文：基于GIS技术的全国地面塌陷灾害危险性评价
论文：西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术
IEEE|外文论文|Geodynamic monitoring of development of a karst on the basis of georadar sounding
IEEE|外文会议论文|Risk evaluation of Karst collapse using GIS and RS

2 笔记详述

2.1 导入：报道聚焦和解释

2.1.1 广西“天坑群”

• 媒体报道：

11月15日，自然资源部中国地质调查局专家公布了一个让不少地质研究与生态科学家们激动的消息——广西最新发现世界级的天坑群！据悉，这处大型的“那坡天坑”是在广西百色市那坡县发现的，它由19个天坑组成，是我国境内发现的第28个天坑群，同时也是目前北回归线以南发现的最大天坑群。

• 媒体解释：

天坑是怎样形成的？其实，它是流水和岩石长期作用的“杰作”，成为了发育在碳酸盐岩喀斯特地区的一种周壁峻峭、深度与口径可达数百米的喀斯特负地形，具有巨大的容积，底部与地下河相连接（或者有证据证明地下河道已迁移）。其具有稀少、险峻、奇特、恢弘、壮丽、生态环境独特等一系列特殊的旅游观赏价值及感官属性。

2.1.2 湖南路面塌陷

• 媒体报道：

7月18日下午4时许，湖南湘潭汽车东站附近一路段突然发生路面塌陷，有一辆黑色小车坠入其中，所幸，车上驾驶员自行爬出坑洞脱困，事故没有造成人员伤亡。从附近市民拍摄的视频中可以看到坑洞内有水管爆裂。事发后，湘潭中环水务有限公司发布通知：因河东汽车东站门口DN800管道突发爆裂，2020年7月18日16:30湘潭大道双拥路口至马家河收费站沿线、双马镇、高新路沿线用户停水，复水时间待定。

• 媒体解释：

经初步调查，事故系地下自来水管网损坏吸空导致塌陷。

2.1.3 新奥尔良《危地之城》

• 电影场景：

新奥尔良地区路面出现大洞，在该现象出现几天前，该地多处地区出现地面冒烟的现象。电影《危城之地》展示了因为地下煤矿闷燃而导致起火的现象。

• 电影解释：

闷燃现象导致地面塌陷。首先因为高温、加之煤层与氧气接触，地下煤炭发生闷燃现象，在矿藏燃尽后，在流水作用下燃烧物被冲走，在原地留下一个巨大的空洞，造成安全隐患。

2.1.4 学习笔记

2.1.4.1 几个概念

1. 地面变形地质灾害：指因为内外动力地质作用和人类活动导致地面形态发生变型破坏，造成经济算是或者人员伤亡等现象或者过程。如构造运动造成的山地抬升和盆地下沉；抽取地下水、开采地下矿藏导致的地裂缝、地面沉降和塌陷等。

2. 地面塌陷：地面塌陷是指天然洞穴或者人工洞室、巷道上覆岩土体失稳突然陷落，导致地面快速下沉开裂的现象和过程。地面塌陷造成地面变形量大，变形速度快，且事出突然，往往难以预测发生的具体时间。

3. 闷燃现象：煤与空气中的氧气接触发生氧化作用，氧化作用产生的热量使得煤炭逐渐升温，当产生的热量大量积聚，开始聚热升温，直到到了煤的着火点（有些种类的煤矿40℃就可以燃烧了），就形成了煤层自燃。当下没有好的办法控制煤层自燃现象，其浪费了大量煤炭资源，其燃烧排放的碳占每年世界碳排放量的3%左右。

煤层自燃衍生阅读1

4. 岩溶：谁对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主的改造和破坏的地质作用及由此产生的地貌及水文地质现象总称。可溶性岩石包含碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物等。

2.1.4.2 地面塌陷分类

1. 岩溶塌陷
在长江以南广大地区为主。该地区是我国盐酸盐分布最集中，面积最大的区域，南方岩溶塌陷区总面积约为176.08*10⁴.气候条件温热湿润植被茂密。现代岩溶十分发育。
矿山排水、开采地下水、水库蓄水等人为干扰岩溶水流畅的活动是诱发岩溶地面塌陷的主要因素。

2. 采空区塌陷（人为诱发地面塌陷的主要类型）
以煤矿开采为主要因素，湖南在采空区塌陷也独领风骚，全国塌陷点17138个，湖南就有12549个（得好好管管才行。。。）
p.s.数据为1993年的统计数据。

2.1.4.3 形成条件

地下存在空洞+洞穴围岩情况

2.1.4.4 主要成因

潜蚀作用、真空吸蚀、振动、土体软化、建筑荷载。往往以某种原因为主导，多种因素共同作用导致。

2.1.4.5 提炼总结

1. 可由自然和人为原因形成导致塌陷。广西“天坑群”主要是由于喀斯特地貌的流水侵蚀作用导致，而湖南发生的路面塌陷是由于地下自来水官网损坏吸空导致。
2. 出现地下空洞不一定会导致危害发生，危害发生与否在很大程度上取决于人类在地面的活动。地下存在空洞是塌陷的先决条件，人类活动是地面塌陷灾害的主要成因之一。
3. 地面塌陷可能造成交通事故、断水断电、水灾火灾、道桥损坏等次生灾害。
4. 地面塌陷灾害在我国分布较广，横跨东部、中部和西部地区。如下图所示，在我国北方，主要分布在长白山、燕山山地、松辽平原，华北平原等地。我国中南及华南地区，塌陷地区沿河流密集分布。集中于长江中下游地区等地的丘陵地区。南方塌陷灾害主要是岩溶性塌陷，以湘、粤、桂、滇、黔、赣、川、鄂等省区最为严重，北方的河北、山东、辽宁等省也发生过严重的岩溶塌陷灾害，但主要以煤矿的采空塌陷为主。

2.2 灾害成因初步判断方式

以地面塌陷灾害为例，由于造成地面塌陷灾害的原因众多，灾害成因未下定论时，往往面临：

①条件不适宜勘察，需选择适宜方法进行勘察。
②情况较为危及，被困人员急需救援。
③已知条件过少，难以断定灾害成因。

一般来说，灾害探测方式分为物探和钻探。在实际情况中两种方式结合使用。通过钻孔、地面雷达等方式在灾害区域及其周边进行勘测，测定其理化性质或者裂隙、断面、空洞情况是最佳方式。
1. 物探
对于其中的地质雷达而言
优点：轻便小型
缺点：精度受到仪器限制非常大，勘测范围有限，勘测深度一般不超过15m。

2. 钻探

对于是否会塌陷，安全性如何，往往采用定性和半定量方式进行。

3 处理地面塌陷灾害的方式

3.1 清除填堵法

用于相对较浅的塌陷坑或者埋藏浅的土洞，清除其中的松土填入块石、碎石形成反滤层，其上覆盖黏土夯实。

3.2 跨越法

用于较大较深的塌陷坑或者土洞。对于建筑物地基而言，可以采用梁式基础、拱形结构、或者以刚性大的平板基础跨越，遮盖溶洞，避免塌陷危害。对道路地基而言，可以选择塌陷坑直径较小的部位，采用整体网格垫层措施进行整治。

3.3 钻孔充气法

随着 地下水位的升降，溶洞空腔的水汽压力产生变化，经常出现气爆或者沖爆塌陷，设置各种怪岩溶管道的同期调压设施装置，破坏真空腔的岩溶封闭条件，平衡水、气压力，减少发生冲爆塌陷的机会。

3.4 灌注填充法

在溶洞埋藏较深时通过钻孔关注水泥砂浆，填充岩溶空洞或者缝隙，阻隔地下水通道，达到加固建筑物地基的目的。灌注材料主要是水泥碎料，速凝剂（水玻璃、碳酸钙）等。
以防为主，整治为辅。合理利用开发，不要过度伤害自然。欺骗得了自己，欺骗不了灾害。

4 思考题

1 关于为什么地下水枯竭会导致地面塌陷这档子事
我填坑了，传送门走一个
2 岩溶地貌（喀斯特）的单独介绍

本文于2020/7/28日撰写

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