摘要：河北省徐水县向阳村地面塌陷地质灾害严重威胁当地居民的生命财产安全。通过采用地质调查、地球物理勘探、地质钻探等综合勘查方法，查明了该区的地质环境条件、地面塌陷的特征及分布规律，本文根据勘查成果对其成因进行了分析、总结，得出地面塌陷地质灾害是由当地地形地貌、地层岩性、地质构造、地表水、地下水、人类工程活动等因素综合叠加引起，并对地面塌陷的防治措施提出了建议。
关键词：地面塌陷，综合勘查，成因分析，防治措施
0 引言
河北省徐水县瀑河乡向阳村位于徐水县与易县两县交界处，坐落于丘陵区的山间盆地中，村东距瀑河水库约三百米，西临西山山脚五百米，全村现有农户136户，人口503人。自1964年村中发现有墙体出现裂缝以来，历年雨季均相继出现地面塌陷、裂缝等现象，近些年塌陷日趋严重，据不完全统计，已出现不规则圆形、椭圆形直径 1米左右的塌陷坑20多处，涉及村民25户，至使30余间民房地基不均匀沉降，墙体开裂甚至房屋倒塌，地面塌陷地质灾害的不断发生，严重威胁村民的生命财产安全。综合治理地质灾害、消除塌陷隐患成为向阳村安定村民稳定社会的首要任务。
通过对向阳村进行地质调查、综合物探、地质钻探等多方法、多手段勘查，综合分析推断地面塌陷形成机理，为该村地面塌陷治理选择正确的技术路线和治理方法提供科学依据，为防预地质灾害发生、避免村民的生命财产损失提供有效手段。
1 地质环境背景
向阳村属北温带半干旱大陆性气候，年降水量566mm，多集中在6—8月份。日最大降水量157mm，年平均气温11.9℃,极端最低气温-26.7℃，极端最高气温42.1℃, 村位于山间盆地中心偏北，周围山势平缓，海拔高程86—158m，西山地表降水由西往东直泻村中，至瀑河水库，近几年邻近村的瀑河水库已干枯无水。
向阳村区内出露地层为第四系，主要是全新统冲洪积土层，自上而下共分四层，地表层为褐色耕土层，以粉土为主，厚度0.3—0.6m;中部为黄土状粉土层，褐色，稍湿，含砂质土，局部含卵石土，干强度低，韧性低，厚度7.7—9.1m;下部为粉质粘土层，褐色，硬塑，湿，含铁染、锰结核，厚度9.8—10.4m，土层中垂直节理发育，可见中间充填褐黄色粉土裂隙，干强度中等，韧性中等;底层为砾类土，杂色，湿，中密，揭露厚度6米，碎石成分主要为强、中等风化石英砂岩，次为强风化泥质页岩等，呈棱角状，块状结构，一般粒径为3—6cm ，裂隙发育，漏水严重。下覆基岩地层由老至新分别为铁岭组含碎石条带白云岩、下马岭组千枚状泥质页岩、景儿峪组石英砂岩等，一般岩层产状较平缓。区内处于近南北向和近东西向两组断层构造中，基岩破碎比较发育。
2 地面塌陷的特征
2.1地面塌陷的表现形式
向阳村地面塌陷的主要表现形式为土洞和裂缝。村东出现较多，土洞和裂缝因随出现随填，取证较为困难，故根据实地处理结果和村民反映情况分析论述。
(1)土洞
土洞一般呈不规则圆形，少量呈椭圆形、勺状形，洞口上小下大，直径0.5～1m，深0.5～2m，洞壁上陡下缓，呈坛状，壁上分布有竖向节理、裂缝。土洞呈串珠状分布，大部分土洞间以裂缝相连，裂缝宽度不等，宽约0.2～0.5m。
(2)裂缝
裂缝多呈条带状锯齿形展布，个别地段不同方向裂缝相互交叉，延伸1.0m～12m，宽0.3m～1.0m，深0.3～1.1m，裂缝壁上分布有竖向节理、裂缝。
2.2地面塌陷的分布规律
(1)空间分布规律
通过收集资料，结合实地调查及勘查成果，向阳村地面塌陷空间分布规律总结如下：地面塌陷主要集中在村庄东部，地势低洼、易积水处尤为显著，基本遵循自南向北、自西向东的发展规律。
(2)时间分布规律
自1964年开始，每遇丰水年，地面便出现塌陷，特别在雨季后期，特别是雨季中后期，塌陷发展较迅速，而干旱年相对平静。
1994年后，连续三年雨季，塌陷日趋严重。
近年来降水量有所减少，塌陷发展相对平缓。
3 地质灾害勘查
在地形测量，专项环境地质、地质灾害调查的基础上，布置适量物探工作，查明覆盖层厚度和基岩面起伏情况，以及土洞和塌陷的分布、形态及空洞大小，查明地下水流向，同时辅以钻探工作加以验证物探数据解译的准确性。
3.1勘查工作布置
(1)地形测量、地质调查
对灾害影响区域进行地形、地质测量，内容包括1：1000数字化地形测量及1：2000专项环境地质、地质灾害调查，测区面积0.5km2。
(2)地球物理勘探
根据工作区域特点，以及前人所做工作，物探手段采用浅层地震法、高密度电阻率法。共布置勘探线15条。
(3)地质钻探
在物探成果的基础上，有针对性、在有疑问的地段布置适量工程钻孔，揭露地层、构造等准确资料，与物探成果资料相互配合，验证和查明土洞和塌陷的分布、形态及空洞大小。
3.2勘查结论
通过地质调查工作，查明了土层的年代、成因、性质、厚度、分布及岩层的风化程度;查明了地面塌陷的形成、分布、规模和发育程度和危害程度;调查走访了136户村民，查明了危害程度;查明了人类工程活动(破坏表土、开采地下水)对场地稳定性的影响。
通过地球物理勘探及地质钻探工作，查明向阳村基岩埋深，西浅东深，南北埋深接近;基岩埋深在25米左右变化，局部地区也有15米左右出现基岩，村北东、南东基岩完整性较差，基岩破碎带比其他地方多而且范围大;全村20米左右的深度范围内大部分为粉质粘土和粉土，而且含水量大，20米30米多以碎石土为主，含水量相对小些;面积性工作对断裂反映明显，其间岩石破碎，断裂、裂隙发育，是地质灾害发生的制约和主导因素。故该地区是地质灾害多发区。
4 地面塌陷的形成条件
经勘查成果，向阳村地面塌陷由地形地貌、地层岩性、地质构造、地表水、地下水、人类工程活动等因素综合叠加引起。
4.1地形地貌
向阳村位于低山丘陵区开阔地带，北西南三面环山，东临瀑河水库，西高东低，降水时西山地表水直泻村中，大部分入渗村区地下。地形地貌是形成地面塌陷的前提。
4.2地层岩性
向阳村地处山间汇水盆地，原有瀑河流经此地，上覆第四系土层多为坡积和洪积物，疏松多孔，节理、裂隙发育是形成地面塌陷的内在因素。
表层黄土状粉土，含植物根系，石屑，小螺壳、菌丝及少量粘质，稍密～中密，吸水性强，吸水后强度降低，具有湿陷性，垂直节理、裂隙发育，均有利于地表水的入渗。
下伏青白口系中统铁岭组白云岩，可溶性强，裂隙发育，易产生溶孔和溶洞。
4.3地质构造
塌陷区处于断裂带，基岩破碎范围大，裂隙发育，纵横交错的裂隙构成地下水畅流的良好通道。下伏青白口系中统铁岭组白云岩，可溶性强，裂隙发育，易产生溶孔和溶洞。地质构造是地面塌陷的制约因素，地下溶孔、溶洞是地面塌陷的主导因素。
4.4地表水、地下水
本区地形地貌条件决定地表水的排泄方式主要为入渗补给地下水，断裂破碎带的存在成为地下水径流的良好通道，地下水的涨落、潜蚀、掏挖了断裂破碎带内的砂土，使溶孔、溶洞及裂隙的顶板越来越薄，最终导致地面塌陷。地下水活动是地面塌陷的内在动力因素。
4.5人类工程活动
随着该村人口的增长以及农业及畜牧业的发展，用水量逐年增加，大量抽取地下水，地下水的涨落幅度加大，更加剧了对断裂带内砂土的潜蚀、掏挖作用，促使地面塌陷加剧。另外，人为破坏上覆地表土层的稳定性(土体结构、强度)也是诱发地面塌陷的重要因素。
综上所述，断裂破碎带和可溶性白云岩的存在，是发生地面塌陷的根本所在，地下水活动是地面塌陷的内在动力因素，人类工程活动对表土稳定性的破坏及大量抽取地下水是重要诱发因素。
5 地面塌陷的成因分析
经调查了解，该区近50年来未发生明显的内动力地质作用，故地面塌陷地质灾害的发生，主要是外动力地质作用引起。成因分析如下：
5.1地表水的渗灌
该村地处相对低洼地带，降水后，西山汇水后全部流入村庄，村内没有修建任何截排水工程，大部分地表水入渗地下。上覆地表土层(黄土状粉土)存在裂隙和生物洞穴，地表水沿裂隙和洞穴下渗，将细粒砂土带走，在渗灌、冲刷的过程中，扩大了土层裂缝，最终形成土洞和大的裂缝，随着时间的推移，孔洞不断扩大，直至塌陷。故塌陷多发生在雨季，地表水渗灌是地面塌陷发生的主要原因之一。
5.2地下水的渗流
(1)由于断裂破碎带的存在，形成地下水的径流通道，地下水动力条件改变时，原来被堵塞的落水洞，裂隙口及与其相连的下部排水通道复活，重新成为地下水活动的地段。
(2)地下水位上升，遇抗水性差的黄土状粉土、碎石土等，溶蚀作用增强，引起土体强烈崩解，崩解物部分顺喇叭口落入下部溶洞中，初步形成了上覆土层中的土洞。
(3)地下水继续作用，土颗粒沿岩溶洞穴、裂隙被带走，使上覆土层中的空洞逐渐扩大，向上呈拱形发展。
(4)土洞进一步扩大，空洞向地表发展，顶板渐薄，当拱顶薄到不能支持上部土的重量时，便突然发生塌落。这就是雨后发生突然塌陷的过程。
(5)坍塌后，地表便成为地表径流汇集的场所，大量冲积物日益堆积，使底部逐渐形成蝶形洼地，其后杂草丛生，年代一久，地表夷平无法辨认，土洞便停止发展。
5.3人类工程活动
随着社会的发展，向阳村用水量逐年增加，大量抽取地下水，引起地下水位的变动，最终引起地面塌陷，其作用机理如下：
(1) 潜蚀
由于浅部岩溶发育，当大量抽取地下水改变地下水动力条件时，地下水流速和坡降增大，使土层中的孔洞越来越大，特别是雨季，土颗粒间含水增加，起到润滑作用，土颗粒间支撑力减小，更有利于岩土颗粒的搬运，对上覆第四系土层和充填在岩溶裂隙中的充填物进行冲蚀、掏空，并将土颗粒带走，形成潜蚀，潜蚀的结果，使第四系土层失去自然平衡状态，产生土洞，导致地表下沉、开裂、塌陷。当地下水在第四系土层底部运动时，潜蚀作用最为强烈。
(2)真空吸蚀
当岩溶网络地下水急剧下降，岩溶腔内有压水转为无压水时，其中水面以上空间出现了低气压即真空，瞬间诱导出的能量，对覆盖土层内部结构产生强烈而迅速的吸嘬、液化、旋吸、掏空和搬运等破坏作用，造成塌陷。
(3)液化
岩溶含水层覆盖有饱水的、而且有蚀变性的疏松土石，在地下水的渗流方向突变、垂直方向渗透动力水压力迅速增加的时候，土层突然液化，水伴随土体瞬间流向下部岩溶裂隙通道而产生塌陷。
土洞在形成过程中，沉积在洞底的塌落土体有时不能被水带走，而起到堵塞通道的作用，若潜蚀大于堵塞，土洞继续发展;反之，土洞就停止发展。因此，不是所有的土洞都能发展到地表的塌陷。
从本场地工程地质条件来看，主要以潜蚀和液化为主。
6 结论及建议
通过勘查查明，向阳村地面塌陷由地形地貌、地层岩性、地质构造、地表水、地下水、人类工程活动等因素综合叠加引起，具有可溶性岩石和断裂破碎带是发生本区地面塌陷地质灾害的根本所在。
本区地形地貌是形成地面塌陷的前提;上覆第四系土层多为坡积和洪积物，疏松多孔，节理、裂隙发育是形成地面塌陷的内在因素;地质构造是地面塌陷的制约因素;地下溶孔、溶洞是地面塌陷的主导因素;地下水活动是地面塌陷的内在动力因素;人类过程活动是地面塌陷的诱发因素。
随着人类工程活动范围和力度的加大，再加上大气降水的不可控制性，以及地质环境的不可改变性，地质灾害的范围会不断扩大，危害程度不断加剧，越来越严重危机村民的生命财产安全，所以采取合理的防护和治理措施是必要的，以避免地质灾害的发生和减轻地质灾害带来的危害。根据本次勘查结果及塌陷成因分析，可采取回填塌陷坑、修建截排水渠、硬化路面、加固基础、加强地面塌陷监测等防治措施。
