摘要：河北省徐水縣向陽村地面塌陷地質災害嚴重威脅當地居民的生命財產安全。通過采用地質調查、地球物理勘探、地質鉆探等綜合勘查方法，查明了該區的地質環境條件、地面塌陷的特征及分布規律，本文根據勘查成果對其成因進行了分析、總結，得出地面塌陷地質災害是由當地地形地貌、地層巖性、地質構造、地表水、地下水、人類工程活動等因素綜合疊加引起，并對地面塌陷的防治措施提出了建議。

　　關鍵詞：地面塌陷，綜合勘查，成因分析，防治措施

　　0 引言

　　河北省徐水縣瀑河鄉向陽村位于徐水縣與易縣兩縣交界處，坐落于丘陵區的山間盆地中，村東距瀑河水庫約三百米，西臨西山山腳五百米，全村現有農戶136戶，人口503人。自1964年村中發現有墻體出現裂縫以來，歷年雨季均相繼出現地面塌陷、裂縫等現象，近些年塌陷日趨嚴重，據不完全統計，已出現不規則圓形、橢圓形直徑 1米左右的塌陷坑20多處，涉及村民25戶，至使30余間民房地基不均勻沉降，墻體開裂甚至房屋倒塌，地面塌陷地質災害的不斷發生，嚴重威脅村民的生命財產安全。綜合治理地質災害、消除塌陷隱患成為向陽村安定村民穩定社會的首要任務。

　　通過對向陽村進行地質調查、綜合物探、地質鉆探等多方法、多手段勘查，綜合分析推斷地面塌陷形成機理，為該村地面塌陷治理選擇正確的技術路線和治理方法提供科學依據，為防預地質災害發生、避免村民的生命財產損失提供有效手段。

　　1 地質環境背景

　　向陽村屬北溫帶半干旱大陸性氣候，年降水量566mm，多集中在6—8月份。日最大降水量157mm，年平均氣溫11.9℃,極端最低氣溫-26.7℃，極端最高氣溫42.1℃, 村位于山間盆地中心偏北，周圍山勢平緩，海拔高程86—158m，西山地表降水由西往東直瀉村中，至瀑河水庫，近幾年鄰近村的瀑河水庫已干枯無水。

　　向陽村區內出露地層為第四系，主要是全新統沖洪積土層，自上而下共分四層，地表層為褐色耕土層，以粉土為主，厚度0.3—0.6m;中部為黃土狀粉土層，褐色，稍濕，含砂質土，局部含卵石土，干強度低，韌性低，厚度7.7—9.1m;下部為粉質粘土層，褐色，硬塑，濕，含鐵染、錳結核，厚度9.8—10.4m，土層中垂直節理發育，可見中間充填褐黃色粉土裂隙，干強度中等，韌性中等;底層為礫類土，雜色，濕，中密，揭露厚度6米，碎石成分主要為強、中等風化石英砂巖，次為強風化泥質頁巖等，呈棱角狀，塊狀結構，一般粒徑為3—6cm ，裂隙發育，漏水嚴重。下覆基巖地層由老至新分別為鐵嶺組含碎石條帶白云巖、下馬嶺組千枚狀泥質頁巖、景兒峪組石英砂巖等，一般巖層產狀較平緩。區內處于近南北向和近東西向兩組斷層構造中，基巖破碎比較發育。

　　2 地面塌陷的特征

　　2.1地面塌陷的表現形式

　　向陽村地面塌陷的主要表現形式為土洞和裂縫。村東出現較多，土洞和裂縫因隨出現隨填，取證較為困難，故根據實地處理結果和村民反映情況分析論述。

　　(1)土洞

　　土洞一般呈不規則圓形，少量呈橢圓形、勺狀形，洞口上小下大，直徑0.5～1m，深0.5～2m，洞壁上陡下緩，呈壇狀，壁上分布有豎向節理、裂縫。土洞呈串珠狀分布，大部分土洞間以裂縫相連，裂縫寬度不等，寬約0.2～0.5m。

　　(2)裂縫

　　裂縫多呈條帶狀鋸齒形展布，個別地段不同方向裂縫相互交叉，延伸1.0m～12m，寬0.3m～1.0m，深0.3～1.1m，裂縫壁上分布有豎向節理、裂縫。

　　2.2地面塌陷的分布規律

　　(1)空間分布規律

　　通過收集資料，結合實地調查及勘查成果，向陽村地面塌陷空間分布規律總結如下：地面塌陷主要集中在村莊東部，地勢低洼、易積水處尤為顯著，基本遵循自南向北、自西向東的發展規律。

　　(2)時間分布規律

　　自1964年開始，每遇豐水年，地面便出現塌陷，特別在雨季后期，特別是雨季中后期，塌陷發展較迅速，而干旱年相對平靜。

　　1994年后，連續三年雨季，塌陷日趨嚴重。

　　近年來降水量有所減少，塌陷發展相對平緩。

　　3 地質災害勘查

　　在地形測量，專項環境地質、地質災害調查的基礎上，布置適量物探工作，查明覆蓋層厚度和基巖面起伏情況，以及土洞和塌陷的分布、形態及空洞大小，查明地下水流向，同時輔以鉆探工作加以驗證物探數據解譯的準確性。

　　3.1勘查工作布置

　　(1)地形測量、地質調查

　　對災害影響區域進行地形、地質測量，內容包括1：1000數字化地形測量及1：2000專項環境地質、地質災害調查，測區面積0.5km2。

　　(2)地球物理勘探

　　根據工作區域特點，以及前人所做工作，物探手段采用淺層地震法、高密度電阻率法。共布置勘探線15條。

　　(3)地質鉆探

　　在物探成果的基礎上，有針對性、在有疑問的地段布置適量工程鉆孔，揭露地層、構造等準確資料，與物探成果資料相互配合，驗證和查明土洞和塌陷的分布、形態及空洞大小。

　　3.2勘查結論

　　通過地質調查工作，查明了土層的年代、成因、性質、厚度、分布及巖層的風化程度;查明了地面塌陷的形成、分布、規模和發育程度和危害程度;調查走訪了136戶村民，查明了危害程度;查明了人類工程活動(破壞表土、開采地下水)對場地穩定性的影響。

　　通過地球物理勘探及地質鉆探工作，查明向陽村基巖埋深，西淺東深，南北埋深接近;基巖埋深在25米左右變化，局部地區也有15米左右出現基巖，村北東、南東基巖完整性較差，基巖破碎帶比其他地方多而且范圍大;全村20米左右的深度范圍內大部分為粉質粘土和粉土，而且含水量大，20米30米多以碎石土為主，含水量相對小些;面積性工作對斷裂反映明顯，其間巖石破碎，斷裂、裂隙發育，是地質災害發生的制約和主導因素。故該地區是地質災害多發區。

　　4 地面塌陷的形成條件

　　經勘查成果，向陽村地面塌陷由地形地貌、地層巖性、地質構造、地表水、地下水、人類工程活動等因素綜合疊加引起。

　　4.1地形地貌

　　向陽村位于低山丘陵區開闊地帶，北西南三面環山，東臨瀑河水庫，西高東低，降水時西山地表水直瀉村中，大部分入滲村區地下。地形地貌是形成地面塌陷的前提。

　　4.2地層巖性

　　向陽村地處山間匯水盆地，原有瀑河流經此地，上覆第四系土層多為坡積和洪積物，疏松多孔，節理、裂隙發育是形成地面塌陷的內在因素。

　　表層黃土狀粉土，含植物根系，石屑，小螺殼、菌絲及少量粘質，稍密～中密，吸水性強，吸水后強度降低，具有濕陷性，垂直節理、裂隙發育，均有利于地表水的入滲。

　　下伏青白口系中統鐵嶺組白云巖，可溶性強，裂隙發育，易產生溶孔和溶洞。

　　4.3地質構造

　　塌陷區處于斷裂帶，基巖破碎范圍大，裂隙發育，縱橫交錯的裂隙構成地下水暢流的良好通道。下伏青白口系中統鐵嶺組白云巖，可溶性強，裂隙發育，易產生溶孔和溶洞。地質構造是地面塌陷的制約因素，地下溶孔、溶洞是地面塌陷的主導因素。

　　4.4地表水、地下水

　　本區地形地貌條件決定地表水的排泄方式主要為入滲補給地下水，斷裂破碎帶的存在成為地下水徑流的良好通道，地下水的漲落、潛蝕、掏挖了斷裂破碎帶內的砂土，使溶孔、溶洞及裂隙的頂板越來越薄，最終導致地面塌陷。地下水活動是地面塌陷的內在動力因素。

　　4.5人類工程活動

　　隨著該村人口的增長以及農業及畜牧業的發展，用水量逐年增加，大量抽取地下水，地下水的漲落幅度加大，更加劇了對斷裂帶內砂土的潛蝕、掏挖作用，促使地面塌陷加劇。另外，人為破壞上覆地表土層的穩定性(土體結構、強度)也是誘發地面塌陷的重要因素。

　　綜上所述，斷裂破碎帶和可溶性白云巖的存在，是發生地面塌陷的根本所在，地下水活動是地面塌陷的內在動力因素，人類工程活動對表土穩定性的破壞及大量抽取地下水是重要誘發因素。

　　5 地面塌陷的成因分析

　　經調查了解，該區近50年來未發生明顯的內動力地質作用，故地面塌陷地質災害的發生，主要是外動力地質作用引起。成因分析如下：

　　5.1地表水的滲灌

　　該村地處相對低洼地帶，降水后，西山匯水后全部流入村莊，村內沒有修建任何截排水工程，大部分地表水入滲地下。上覆地表土層(黃土狀粉土)存在裂隙和生物洞穴，地表水沿裂隙和洞穴下滲，將細粒砂土帶走，在滲灌、沖刷的過程中，擴大了土層裂縫，最終形成土洞和大的裂縫，隨著時間的推移，孔洞不斷擴大，直至塌陷。故塌陷多發生在雨季，地表水滲灌是地面塌陷發生的主要原因之一。

　　5.2地下水的滲流

　　(1)由于斷裂破碎帶的存在，形成地下水的徑流通道，地下水動力條件改變時，原來被堵塞的落水洞，裂隙口及與其相連的下部排水通道復活，重新成為地下水活動的地段。

　　(2)地下水位上升，遇抗水性差的黃土狀粉土、碎石土等，溶蝕作用增強，引起土體強烈崩解，崩解物部分順喇叭口落入下部溶洞中，初步形成了上覆土層中的土洞。

　　(3)地下水繼續作用，土顆粒沿巖溶洞穴、裂隙被帶走，使上覆土層中的空洞逐漸擴大，向上呈拱形發展。

　　(4)土洞進一步擴大，空洞向地表發展，頂板漸薄，當拱頂薄到不能支持上部土的重量時，便突然發生塌落。這就是雨后發生突然塌陷的過程。

　　(5)坍塌后，地表便成為地表徑流匯集的場所，大量沖積物日益堆積，使底部逐漸形成蝶形洼地，其后雜草叢生，年代一久，地表夷平無法辨認，土洞便停止發展。

　　5.3人類工程活動

　　隨著社會的發展，向陽村用水量逐年增加，大量抽取地下水，引起地下水位的變動，最終引起地面塌陷，其作用機理如下：

　　(1) 潛蝕

　　由于淺部巖溶發育，當大量抽取地下水改變地下水動力條件時，地下水流速和坡降增大，使土層中的孔洞越來越大，特別是雨季，土顆粒間含水增加，起到潤滑作用，土顆粒間支撐力減小，更有利于巖土顆粒的搬運，對上覆第四系土層和充填在巖溶裂隙中的充填物進行沖蝕、掏空，并將土顆粒帶走，形成潛蝕，潛蝕的結果，使第四系土層失去自然平衡狀態，產生土洞，導致地表下沉、開裂、塌陷。當地下水在第四系土層底部運動時，潛蝕作用最為強烈。

　　(2)真空吸蝕

　　當巖溶網絡地下水急劇下降，巖溶腔內有壓水轉為無壓水時，其中水面以上空間出現了低氣壓即真空，瞬間誘導出的能量，對覆蓋土層內部結構產生強烈而迅速的吸嘬、液化、旋吸、掏空和搬運等破壞作用，造成塌陷。

　　(3)液化

　　巖溶含水層覆蓋有飽水的、而且有蝕變性的疏松土石，在地下水的滲流方向突變、垂直方向滲透動力水壓力迅速增加的時候，土層突然液化，水伴隨土體瞬間流向下部巖溶裂隙通道而產生塌陷。

　　土洞在形成過程中，沉積在洞底的塌落土體有時不能被水帶走，而起到堵塞通道的作用，若潛蝕大于堵塞，土洞繼續發展;反之，土洞就停止發展。因此，不是所有的土洞都能發展到地表的塌陷。

　　從本場地工程地質條件來看，主要以潛蝕和液化為主。

　　6 結論及建議

　　通過勘查查明，向陽村地面塌陷由地形地貌、地層巖性、地質構造、地表水、地下水、人類工程活動等因素綜合疊加引起，具有可溶性巖石和斷裂破碎帶是發生本區地面塌陷地質災害的根本所在。

　　本區地形地貌是形成地面塌陷的前提;上覆第四系土層多為坡積和洪積物，疏松多孔，節理、裂隙發育是形成地面塌陷的內在因素;地質構造是地面塌陷的制約因素;地下溶孔、溶洞是地面塌陷的主導因素;地下水活動是地面塌陷的內在動力因素;人類過程活動是地面塌陷的誘發因素。

　　隨著人類工程活動范圍和力度的加大，再加上大氣降水的不可控制性，以及地質環境的不可改變性，地質災害的范圍會不斷擴大，危害程度不斷加劇，越來越嚴重危機村民的生命財產安全，所以采取合理的防護和治理措施是必要的，以避免地質災害的發生和減輕地質災害帶來的危害。根據本次勘查結果及塌陷成因分析，可采取回填塌陷坑、修建截排水渠、硬化路面、加固基礎、加強地面塌陷監測等防治措施。