岩土工程知识：岩溶塌陷发育的时空动态规律

【学员问题】岩溶塌陷发育的时空动态规律?

【解答】(一)单个岩溶塌陷的发育过程及其动态特征

对于绝大多数常见的土层塌陷来说，都具有由岩溶洞隙→土洞→塌陷的发育过程，土洞是塌陷的孕育阶段，也是潜在的塌陷，土层塌陷的动态规律受着土洞发育过程的控制，后者又因土层岩性结构和厚度、岩溶地下水的状态及引起塌陷的作用因素不同而异。

根据我国的实际情况，按土洞发育的时期可区分为老土洞和新土洞两类：老土洞是在已往地质历史时期中在自然因素的作用下形成的;新土洞形成于现代，绝大多数是在人为因素作用下形成。

对于老土洞，根据其活动性概可分为两类。一类是已停止活动的“死”土洞，其特征主要是土洞充填较密实，无空洞存在，无地下水流强烈活动的迹象。这类土洞是由于环境条件的改变而形成，如原来岩溶地下水运移通道(包括岩溶洞隙)的充填堵塞，岩溶地下水位区域性下降并保持在基岩顶板以下，后者往往与地壳的升降活动有关。除非有强烈作用的人为因素如大规模的抽排水或突水水作用的迭加而可能重新活动外，一般不会复活，在工程活动中可当作一类具特殊性质的工程岩土体来对待，可不采取防塌措施。另一类是具有微弱的或间歇性活动性的老土洞，其形成时的条件和因素没有基本的变化，仅作用因素的强度有所减弱，其发育和扩展速度较缓慢，要达到塌陷产生的时间较为漫长，但在有人为因素的迭加作用下，其活动性及其发育和扩展的速度随人为因素作用的强度而有不同程度的增加。使老土洞产生塌陷，其经历的时间一般为数月甚至数年。我国南方是有这中缓塌型动态的塌陷为数甚多。缓塌型老土洞的特征是土洞充填物较疏松软弱，一般呈软型状，具有地下流动的痕迹，但其上部空洞少见。

新土洞主要是在人为因素作用下形成，其发展速度一般较老土洞要快得多，其经历的时间短至数小时，长的数日至数月，可称之为速塌型。新土洞的特征是土洞充填物较新，结构很疏松，含水量高，一般处于流动状态，其上部往往有空洞存在。

(二)岩溶塌陷群发育的时空动态

人为塌陷多成群产生，形成塌陷群，其时空动态表现在以下几个方面：

1.塌陷的持续性：岩溶塌陷在其诱发因素消失之前将持续发展，直到达到新的稳定平衡为止。如铜录山，水口山等矿区从1964年以来塌陷持续发展达20年之外，至今仍在继续。其他矿区也有类似的情况，这种现象主要与矿坑排水降深不断加深有关。对于抽水塌陷来说，如果降深较稳定，其持续时间将要短得多，但有的也可延长至10年以上(如水城)。

2.塌陷的阶段性：单个塌陷的发育过程可分为孕育阶段(土洞形成和扩展)，塌陷阶段(塌陷形成)，调整阶段(塌陷坑壁不稳定土体的坍塌以达到新的平衡状态及后期发行和充填堆积的休止阶段)。对于在一定诱发源(如一定降深的矿坑排水)作用下整个地区的塌陷发展过程可分为以下几个阶段。这几个阶段组成一个塌陷轮回。

3.塌陷的周期性：在诱发源稳定不变(如排水降深稳定)的情况下，受气象水文因素的影响。塌陷作用随其周期性变化而作强弱波动，如一年中的雨季春耕泡田季节，塌陷作用强烈，塌陷数量多而集中，其它季节塌陷作用减弱，数量减少。在一个轮回中这种波动随着塌陷发展逐渐向外围扩展，其幅度逐渐减弱以至消失。在诱发源发生变化(如排水降深加大)。塌陷作用将再次复活并向外围扩展，开始一个新的轮回，再次出现新的周期性波动，但其波动幅度较前一轮回减弱，呈螺旋式发展。

4.塌陷的重复性：对于一个特定的塌陷区来说，由于诱发源不断变化，可经历多次轮回的重复塌陷，表现为产生新的塌陷或者是原先塌陷的复活。