【学员问题】岩溶塌陷之岩溶地下水的作用？

【解答】岩溶地下水的活动在岩溶塌陷的形成中具有多种作用，是一种十分重要的动力因素，可以在自然条件下由于气候季节的干、湿变化引起，也可以由于人工抽水、矿坑排水、水库蓄水、引水、灌溉和给排水工程的渗漏引起。

1.溶蚀作用水对可溶岩的溶蚀过程极为缓慢。据观测计算，我国岩溶区其溶蚀量每千年为数十至百余毫米。作为岩溶塌陷基础的岩溶洞隙都是在漫长的地质历史时期中形成。但在石膏、岩盐类岩石分布地区，因采矿、水库兴建或其它人类活动的影响可使其产生强烈的溶蚀作用，使新岩溶快速发育，为塌陷提供必要的条件。

2.改变土体的状态岩土体中含水量随地下水位的升降而变化，含水量的增加一方面使岩土体的重度增大，如达到饱和，重度可增加约巧一 25 % ；另一方面对于粘性土因塑性状态发生变化而使其变软，强度降低。这些变化将使洞隙顶板的力学平衡状态恶化。

3.地下水的浮托作用处于地下水位以下的岩土体都受到地下水浮托力的作用。当水位上升，浮托力按其增加的水头值增大，产生正压效压，如上复盖层较薄、上升水头较高时，就可能顶破盖层产生塌陷；当水位下降时浮托力消减，对于不透水的粘性土或砂土，其消减值为全部的下降水头或（ 0 . 6 一 0 . 7 ）倍下降水头，其作用相当于使盖层增加一个同值的附加荷载，对于粘性土一般可达到其自重的 40 %左右。这样可使盖层的稳定性降低甚至直接导致失稳塌陷。

4.地下水的渗透潜蚀作用潜蚀作用是指地下水流在其流径上对土、岩颗粒产生的动水压力使其移动带走的作用，动力水的大小取决于地下水的坡降，产生潜蚀作用的起始水力坡降称为临界水力坡降，它的大小取决于土的组成成分与结构，一般粘性土因其具有凝聚力，比砂性土要大。沿着岩溶地下水流方向上的水平渗透潜蚀，在自然条件下因其水力坡降较小一般不易产生，主要出现于人工抽排水岩溶水位急剧下降的过程中，这时地下水的坡降流速增大，从而对岩溶洞隙通道中的松散充填物和复盖会产生潜蚀、冲刷和淘空作用。其结果，岩溶洞隙充填物被带走，在复盖层底部的洞隙开口处形成空洞，成为土洞的雏形。并在岩溶水位下降到基岩顶板之前继续受到潜蚀、冲刷而逐渐扩展。在双层含水层结构分布地区。潜水或土层水向岩溶地下水的垂向渗透，以及降雨和地表水的垂向入渗，可产生垂向渗透潜蚀作用，这时入渗水流向着洞隙开口处汇聚和集中渗透。这种作用在抽排岩溶地下水水位急速下降的情况下最为显著，因上复土层的渗透性比岩溶含水层要小得多，其水位的下降速度也就要慢得多。这样水位差将随着岩溶水位的下降而增大，当水位降至复盖层底板时，其水力坡度达到最大（可接近 1 ） ，浸蚀作用也最强。在上述作用下土洞不断向上扩展而导致失稳塌陷。

5.岩溶地下水位变化引起岩溶洞隙空间的正负压力作用岩溶地下水位上升时，封闭较好的岩溶洞隙空间的气体受压形成高压气团，对其周围的岩土体产生正压作用，当盖层较薄时，可冲破盖层岩土体，形成气爆，造成塌陷。这类塌陷称之与冲爆塌陷，主要见于岩溶山地地下河的通道上。岩溶地下水位大幅度下降可在封闭的岩溶洞隙空间产生负压，对复盖层土体产生附加吸力而使其遭到吸蚀剥落并向下迁移。对于上复土体中所含的水，负压使其增加了向下渗透的附加水头，从而加剧了对土体的潜蚀作用，加速土体的破坏和土洞的形成和扩展。负压的大小取决于复盖层的封闭程度和水位的下降速度，在安全封闭条件下，其理论最大值为一个大气压，实际上复盖层的封闭性只是相对的，地下水位下降速度除矿坑突水骤降外一般也是较缓慢的。因此其作用有限，完全由负压吸蚀产生的塌陷只有在极特殊的条件下才有可能出现。

6.岩溶地下水位波动的散解作用岩溶地下水位波动使岩溶洞隙上复盖岩土体处于频繁的干湿交替状态，使其发生崩解和剥落，促进土洞的发育和扩展。形成于地下水位波动带中的土洞除了入渗水流的潜蚀作用外主要与此种作用有关。

7.岩溶地下水的水击作用岩溶管道中的地下水流经常处于不稳定状态，管道中因塌陷物的堵塞或充填物的冲决，使水流速度突然变化，水流的动能将转化为压力，形成一种向来水方向传播的弹性波即水击波，从而产生水击作用，冲击岩溶洞隙管道系统，引起与之相通的上方复盖岩土体的击穿与塌陷。据计算，岩溶管道中水流速度突然降低 lm / S 时，产生的水击压力可达到 120m 水头以上，可见其力之大。

8.地下水的侵蚀和搬运作用在洞隙管道中流动的地下水，一般具有和地表水一样的侵蚀作用，而且由于管道系统形态的曲折多变，多有涡流形成而具有很强的冲蚀、掏蚀能力。在洞隙的开口处，对上复土层的侵蚀常可形成土洞雏形，并参与土洞的扩展过程浅部岩溶洞隙常有松散沉积物充填，由于水动力条件的改变，地下水水力坡降加大，流速加快，这些充填物被迁移搬运，并在塌陷发育过程中不断将塌落物质带走，这样塌陷才能不断发展，直至达到新的平衡。

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