图4-4 岩溶地面塌陷过程示意图

潜蚀致塌论解释了某些岩溶地面塌陷事件的成因。按照该理论，岩溶上方覆盖层中若没有地下水或地面渗水以较大的动水压力向下渗透，就不会产生塌陷。但有时岩溶洞穴上方的松散覆盖层中完全没有渗透水流仍会产生塌陷，说明潜蚀作用还不足以说明所有的岩溶地面塌陷的机制。 2. 真空吸蚀机制

根据气体的体积与压力关系的玻意尔—马略特定律，在密封条件下，当温度恒定时，随着气体的体积增大，气体压力则不断减小。在相对密封的承压岩溶网络系统中，由于采矿排水、矿井突水或大流量开采地下水，地不水水位大幅度下降。当水位降至较大岩溶空洞覆盖层的底向以下时，岩溶空洞内的地下水面与上覆岩溶洞穴顶板脱开，出现无水充填的岩溶空腔。随着岩溶水水位持续下降，岩溶空洞体积不断增大，空洞中的气体压力不断降低，从而导致岩溶空洞内形成负压。岩溶顶板覆盖层在自身重力及溶洞内真空负压的影响下向下剥落或塌落，在地表形成岩溶塌陷坑。 3. 其他岩溶地面塌陷形成机制

除前述两种岩溶地面塌陷形成机制外，还有学者提出重力致塌模式、冲爆致塌模式、振动致塌模式和荷载致塌模式等其他岩溶地面塌陷的成因模式。

重力致塌模式是指因自身重力作用使岩溶洞穴上覆盖层逐层剥落或者整体下陷而产生岩溶地面塌陷的过程和现象。它主要发生在地下水位埋藏深、溶洞及土洞发育的地区。

冲爆致塌模式的形成过程是岩溶通道、空洞及上洞中蓄存的高压气团和水头，随着地下水位上涨压力不断增加；当其压强超过岩溶顶板的极限强度时，就会冲破岩土体发生“爆破”并使岩土体破碎；破碎的岩土体在自身重力和水流的作用下陷入岩溶洞穴，在地面则形成塌陷。冲爆致塌现象常发生于地下暗河的下游。

振动致塌模式是指由于振动作用，使岩土体发生破裂、位移和砂土液化等现象，降低了岩土体的机械强度，从而发生岩溶塌陷。在岩溶发育地区，地震、爆破或机械振动等经常引

发地面塌陷，如辽宁省营口地震时．孤山乡第四纪松散沉积物覆盖型岩溶区，由于地震引起砂土液化、山现了200多个岩溶塌陷坑。

荷载致塌模式是指溶洞或土洞的覆盖层和人为荷载超过了洞顶盖层的强度，压塌洞顶盖层而发生的塌陷过程和现象。如水库蓄水，尤其是高坝蓄水，可将库底岩溶洞大的顶盖压塌，造成库底塌陷，库水大量流失。

应当指出，岩溶地面塌陷实际上常常是在几种因素的共同作用下发生的。例如洞顶的土层在受到潜蚀作用的同时．往往还受到自身的重力作用。

（二）岩溶地面塌陷的形成条件 1．岩溶地面塌陷的地质基础 （1）可溶岩及岩溶发育程度

可溶岩的存在是岩溶地面塌陷形成的物质基础。中国发生岩溶地面塌陷的可溶岩主要是占生界、中生界的石灰岩、白云岩、白云质灰岩等碳酸盐岩，部分地区的晚中生界、新生界富含膏盐芒硝或钙质砂泥岩、灰质砾岩及盐岩也发生过小规模的塌陷。大量岩溶地面塌陷事件表明，塌陷主要发生在覆盖型岩溶和裸露型岩溶分布区，部分发育在埋藏型岩溶分布区。

岩溶的发育程度和岩浴洞穴的开启程度是决定岩溶地面塌陷的直接因素。从岩溶地面塌陷形成机理看，可溶岩洞穴和裂隙一方面造成岩体结构的不完整．形成局部的不稳定；另一方面为容纳陷落物质和地下水的强烈运动提供了充分条件，因此，一般情况下，可溶岩的岩溶越发育，溶隙的开启性越好，溶洞的规模越大，岩溶地面塌陷越严重。

（2）覆盖层厚度、结构和件质

发生于覆盖型岩溶分布区的塌陷与覆盖层岩土体的厚度、结构和性质存在看密切的关系。

大量调查统计结果显示，覆盖层厚度小于10m发生塌陷的机会最多，10～30m以上只有零星塌陷发生。覆盖层岩性结构对岩溶地面塌陷的影响表现为颗粒均一的砂性土最容易产生塌陷；层状非均质上、均一的粘性土等不易落入下伏的岩浴洞穴中。此外，当覆盖层中有土洞时、容易发生塌陷；土洞越发育，塌陷则越严重。

（3）地下水运动

强烈的地下水运动，不但促进了可溶岩洞隙的发展，而且是形成岩熔地面塌陷的重要动力因素。地下水运动的作用方式包括：溶蚀作用、浮托作用、侵蚀及潜蚀作用、搬运作用等。因此，岩浴地面塌陷多发育在地下水运动速度快的地区和地下水动力条件发生剧烈变化的时期、如大量开采地下水而形成的降落漏斗地区极易发生岩溶地面塌陷。

2．动力条件

引起岩落地面塌陷的动力条件主要是水动力条件的急剧变化，由于水动力条件的改变可使岩土体应力平衡发生改变，从而诱发岩溶地面塌陷。水动力条件发生急剧变化的原因主要有降雨、水库蓄水、井下充水、灌溉渗漏以及严重干旱、矿井排水或高强度抽水等。

除水动力条件外，地震、附加荷载、人为排放的酸碱废液对可溶岩的强烈溶蚀等均可诱发岩溶地面塌陷。

五、岩溶地面塌陷的分布规律

岩溶地面塌陷主要分布于岩溶强烈到中等发育的覆盖型碳酸盐岩地区。全球有16个国家存在严重的岩溶地面塌陷问题。我国可溶岩分布面积约为363*104km2，是世界上岩溶地面塌陷范围最广、危害最严重的国家之一。全国24个省区共发生岩溶地面塌陷2841处，塌陷坑33192个，塌陷面积合计332.28km2。其中以南方的桂、黔、湘、赣、川、滇、鄂等省区最为发育，北方的冀、鲁、辽等省区也发生过严重的岩溶地面塌陷灾害（段永侯等，1993）。

岩溶地面塌陷的分布规律与表现主要有以下几个方面的特征：

1．多产生在岩溶强烈发育区

我国南方许多岩溶区的资料说明，浅部岩溶愈发育，富水性愈强，地面塌陷愈多，规模愈大。岩溶地面塌陷与岩溶率具有较好的正相关关系（表4～3）。

表4-3 广东省凡口矿区岩溶率与地面塌陷的相关关系

2．主要分布在第四系松散盖层较簿地段

在其他条件相同的情况下，第四系盖层的厚度愈大，成岩程度愈高，塌陷愈不易产生。相反，盖层薄且结构松散的地区，则易形成地面塌陷。如广东沙洋矿区疏干漏斗中心部位，盖层厚度为40～130m，地面塌陷少而稀。而在漏斗中心的东南部和东部边缘地段，因盖层厚度较小（8～23m），地面塌陷多而密。

3．多分布在河床两侧及地形低洼地段

在这些地区，地表水和地下水的水力联系密切，两者之间的相互转化比较频繁，在自然条件下就可能发生潜蚀作用，形成土洞，进面产生地面塌陷。

4．常分布在降落漏斗中心附近

由采、排地下水而引起的地面塌陷，绝大部分发生在地下水降落漏斗影响半径范围以内，特别是在近降落漏斗中心的附近地区。另外，在地下水的主要径流方向上也极易形成岩溶地面塌陷。

六、地面塌陷危险性调查

地面塌陷包括岩溶塌陷和采空塌陷。宜以搜集资料、调查访问为主，分别查明下列内容：

1）岩溶塌陷危险性调查：

①岩溶塌陷区调查，包括地貌成因类型与形态、可溶岩层岩性与岩溶发育特征、上覆第四系松散覆盖层的厚度、结构与工程地质特征、岩溶地下水类型、水文地质结构和岩溶水的补径排条件及其动态变化特征；

②岩溶塌陷特征调查，包括分布与规模、形态特征、发育强度与频度、发育过程与发育阶段、塌陷的伴生现象、上覆土层中土洞的发育与分布等；

③岩溶塌陷成因调查，包括自然动力因素与人类工程经济活动对岩溶塌陷发生与发展的影响、确定主要成因与类型；

④岩溶塌陷危害调查和防治现状及效果调查。 2)采空塌陷危险性调查：

一、矿层的分布、层数、厚度、深度、埋藏特征和开采层的岩性、结构等。 二、矿层开采的深度、厚度、时间、方法、顶板支撑及采空区的塌落、密实程度、空隙和积水等。

三、地表变形特征和分布规律，包括地表陷坑、台阶、裂缝位置、形状、大小、深度、延伸方向及其与采空区、地质构造、开采边界、工作面推进方向等的关系。 四、地表移动盆地的特征，划分中间区、内边缘和外边缘区，确定地表移动和变形的特征值。

五、采空区附近的抽、排水情况及对采空区稳定的影响。 六、搜集建筑物变形及其处理措施的资料等。 七、岩溶地面塌陷的危害

岩溶地面塌陷的产生，一方面使岩溶区的工程设施，如工业与民用建筑、城镇设施、道路路基、矿山及水利水电设施等遭到破坏；另一方面造成岩溶区严重的水土流失、自然环境恶化、同时影响各种资源的开发利用（图4—5）。

图4-5 岩溶地面塌陷的危害