地质灾害类型及其危险性现状评估和预测评估
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发布时间：2022-04-26 00:10
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时间：2023-02-08 03:45
一、地质灾害类型及特征
评估区地质灾害类型有地面灾害和斜坡变形灾害两大类共6个灾种，灾害类型划分及其主要特征见表12-5。
表12-5 地质灾害类型划分及主要特征表
（一）地面沉降
在评估区及其附近，地面沉降分布于淮北平原阜阳、界首、太和、利辛、涡阳、蒙城等市县，是由于超采中、深层孔隙承压水引起的。20世纪80年代以来，各城镇开采井多深达150～200m，随着开采量逐年增大，承压水头逐渐下降，使得1.62×104km2的自流区基本消失，形成了以城镇为中心的区域性降落漏斗。至90年代中期，阜阳市城区降落漏斗中心水位埋深已达80m，水位降幅1.44～1.88m/a；界首市城区水位埋深已超过70m；有些地段降落漏斗已相连接。承压水位持续下降诱发了地面沉降。
20世纪80年代初有关部门对阜阳市进行水准复测发现，位于颖河西侧水文站内的9号点仅沉降83.7mm，沉降范围80～100km2。此后该市开采中深层承压水进入了高峰期，地下水位以3m/a的速率持续下降，至1990年沉降范围和中心沉降量分别以26km2/a和78.9mm/a高速增长，沉降中心最大沉降速率达109mm/a，沉降范围已达360km2，沉降中心最大累积沉降量873mm。地面沉降量与地下水开采量及水位埋深呈正相关。1990～1999年沉降速率虽有所减缓，但沉降范围扩展和中心沉降速率仍达6.25km2/a和59.3mm/a，至1999年1月沉降范围约410～420km2，中心最大累积沉降量已达1347.4mm（图12-2）。
图12-2 阜阳市累积地面沉降量等值线图
等值线单位：mm
此外，管线附近界首、太和、利辛等县城水位持续下降，已形成水位降落漏斗，地面沉降有一定显示。
过量开采中深层地下水，使地下水位大幅度持续下降，造成含水层及相邻土体的有效应力增加从而固结压密并发生地面沉降。阜阳地区0～156m深度范围内主要有6个压缩层，总厚度50～l00m，其中A7-4、A9-5和A11-6三个压缩层是主要的，它们的埋深分别为39～77m、78～101m和107～132m，而埋深40m以内的土体则为超固结土，压缩沉降量小。
（二）采空塌陷
采空区地面塌陷是采掘巷道上部的岩层失去支撑，力学平衡条件被破坏，而发生的崩落、开裂、弯曲等变形破坏现象，最终导致地面沉陷的地质灾害。在安徽段采空区地面塌陷主要分布于淮海煤矿和定远石膏矿和盐矿三地。
1.淮南煤矿地面塌陷
淮南矿业集团所属12对矿井，井田总面积为301.12km2，至今采空塌陷面积达57.744km2。随着煤矿开采的延深和规模扩大，1997年1月至2000年6月塌陷区增加了8.04km2，年增长率为4.1%。矿区地跨淮河两岸，为冲积平原区，淮河以南采空塌陷（距管线达19km）总面积34.734km2，塌陷最大深度约20.Om；淮河以北采空塌陷总面积23.01km2，塌陷最大深度约5.5m。淮南煤矿采空塌陷比较严重，造成村庄、农田被淹没，工程设施损坏，并对水利和防洪工程造成较大的影响。
淮南煤矿采空塌陷属缓变型。基本特征是：回采1.5个月左右，地面塌陷开始产生，3～4个月为活跃期，此时的塌陷总量可达70%左右，一般18个月后逐渐稳定，且采空区与地面塌陷区基本一致。淮河以北潘谢矿区采空塌陷处于持续发展过程中。
2.定远石膏矿地面塌陷灾害
定远石膏矿地面塌陷形成的特点是：巷道遗弃支护一拆除，巷道顶板岩层立即塌落，随后引起地面塌陷。目前塌陷面积仅为50～800m2，塌陷的深度最大为0.50～0.65m，管线离其尚有一定距离，且开采规模呈现减少的态势。
3.定远县东兴盐矿地面塌陷灾害
该矿的开采区位于输气管线（K235+280）的南侧4km处。自1988年末开采至今，仅在1998年后开采区开始产生轻微的地面塌陷，且与开采区范围相吻合，面积约0.2km2。目前对开采区及周围影响不大。
地面塌陷的产生及危害程度受诸多因素制约，主要与矿层厚度及埋藏深度、顶板围岩强度和上覆的第四系松散堆积物厚度有关：矿层厚度愈大，埋深愈小，顶板围岩强度愈小，上覆第四系松散堆积物愈厚，则地面塌陷愈强烈。
（三）地震液化
管线穿越的地震烈度Ⅶ度区有两段：一段位于淮北平原的四庙—孙集一带（K59—K70），西淝河河床两侧为第四系全新统粘性土、粉砂、细砂，厚度6.40～14.80m，地下水位埋深2.20～2.50m，其下伏的粉砂、细砂在地震条件下存在轻微液化；另一段位于江淮丘陵平原的前王一带（K266+200—K273+200），池河河床两侧分布的全新统粘性土、粉土和含泥砂砾石，厚15～20m，水位埋深0.8～2.4m，上覆的粘性土厚度在6m左右，下伏的粉土较薄，且标贯击数在17击左右，粘粒含量大于10%，基本不产生地震液化问题。
（四）膨胀土灾害
评估区内界首、蒙城、定远、滁州、来安等地丘陵岗地及河谷Ⅱ级阶地上广布的上更新统的冲积、洪冲积及残坡积的粘土、粉质粘土，颜色为灰白、棕黄、褐黄和土*，厚度一般7～15m，局部大于30m。天然状态下呈硬塑、坚硬状，柱状节理发育，含铁锰质结核和薄膜。由于土层中含较高的蒙脱石、伊利石等亲水性矿物成分，有遇水膨胀、失水收缩的特征，往往造成其上的建筑物变形、开裂。经取样测试，评估区内膨胀土自由膨胀率为40%～63.5%，属弱膨胀潜势。淮北平原区和沿江丘陵平原区一般在40%～57.5%；江淮丘陵平原区一般为45.5%～63.5%；局部可达66.5%～74.5%。从地貌上可以看出，膨胀土的膨胀性有在平原区稍低，丘陵坡麓的岗地区稍大的特点。
工程沿线膨胀土分布地段为K19+600—K58+400、K63+400—K65+000、K70+000—K178+500、K184+300—K219+100、K226+650—K245+450、K246+150—K251+250、K253+900—K262+050、K263+300—K266+150、K305+500—K309+900、K312+480—K321+870、K323+190—K325+050、K328+390—K333+900、K343+110—K345+910，分布长度为242.7km，占线路总长的70%。
（五）崩塌
沿线崩塌灾害主要分布于K185—K200、K280—K334段，崩塌均与人工切坡不当有关，有土崩和岩崩。崩塌体的规模一般在50～200m3之间，调查过程中发现多处岩崩，主要分布于K280—K302段，由中元古界千枚岩等浅变质岩组成的斜坡，节理裂隙极为发育，岩性破碎。因修建房屋和公路切坡的边坡大多不够稳定，如滁州市南谯区小庄村崩塌，土崩主要分布于K302—K334段，由Q3弱膨胀土组成，切坡后极易产生崩塌。如滁州市甘里阜和定远县城东轮窑厂崩塌等。
此外，还有人工堆积层崩塌分布于K185—K200段，是由采石场弃碴于采坑边造成的。
二、地质灾害危险性现状评估
（一）地面沉降
阜阳市地面沉降的发展已直接或间接地给城市建设和经济发展造成了一定危害，主要表现有：
1.破坏水利设施和降低防洪标准：位于沉降区的颍河和泉河，左右堤坝全长48km，堤顶高度均已随地面沉降而降低，已达不到原设计20年一遇的防洪标准。20世纪80年代以来，阜阳节制闸多处闸体开裂现象逐年增宽，目前已严重威胁大闸的运行安全。
2.破坏市政及供水设施：部分深层地下水开采井发生倾斜、错位、井管抬升、井台开裂变形。颖上路段排水管道错裂，原可顺畅外排的污水向沉降部位集中。
3.破坏城市测量控制网：中国地震局以阜阳市为中心布设的阜阳环Ⅱ等水准线路，因地面沉降干扰，影响了地震监测工作。1999年总参在阜阳进行地形校测时，导线无法闭合，不得不从沉降区外水准点引测。
阜阳市中深层孔隙承压水水位下降速率近年来有所减小，反映阜阳市地面沉降有减缓的趋势。而输气管线通过地段在阜阳市地面沉降区以北约30km处，沿线除利辛县城外皆为农村，目前中深层地下水开采量不大，尚未发现地面沉降现象。
（二）采空塌陷
1.淮南煤矿采空塌陷
淮南煤矿系国家统配煤矿，开采数十年来所形成的地面塌陷范围和塌陷深度都很大。地面塌陷所导致的灾害比较严重，其危害主要表现在：塌陷盆地中心部位已形成一系列的塌陷湖（塘），造成村庄、农田、通信线路被淹没。边缘区（危险变形区）工程建设及设施被损坏，如房屋倾斜、墙基开裂、地坪错开等；对水利和防洪工程造成较大的影响，如淮河堤塌陷，下沉深度大于1m的达850m，累计影响长度15.1km；铁路路基下沉（大通—张楼线的望李段），影响长度为7.41km；外边缘区主要表现在对房屋的破坏，如墙基开裂等。
淮河以北的潘谢矿区地面塌陷正处于持续发展过程中，且距输气管线相对较近（在K159处相距为10.3km）。目前塌陷区呈北西西—北西向展布，而且潘1、潘2、潘3三个矿井的塌陷区几乎相接（图12-3）。矿区规划的开采区向四周扩展，无疑距输气管线将愈来愈近，应予关注。
图12-3 淮河以北煤田采空区地面塌陷预测图
2.定远石膏矿地面塌陷
该矿采空区顶板岩层以软弱的泥岩和粉砂质泥岩为主。根据多年观测资料表明，当矿床开采深度在170～180m以内时，可引起地面塌陷；其中以开采深度60～70m的最易引起地面塌陷。
根据该矿1992年的调查结果，采空塌陷自1990年开始，在不到一年的时间里，地面塌陷面积达10余亩，随着采空区面积的增加，地面塌陷时有发生，其多发年份为1998年之前，其后地面塌陷灾害有减缓的趋势。地面塌陷产生的同时，多伴有地裂缝的产生（危险变形区）。调查结果表明：定远石膏矿采空区塌陷的影响范围，一般比采空区范围向外扩展l00m左右。塌陷的危害主要是引起房屋开裂、电线杆歪斜、渠道损毁、耕地破坏等。而矿区位于县城的东南郊，属居民较密集区，且存在一些高层建筑（楼房、烟囱），因而，采空区的地面塌陷已威胁到人们的正常生活环境。
由于定远石膏矿目前开采规模呈现减少的态势，因而矿区的地面塌陷问题影响甚弱，地面塌陷危险性等级属轻微。
3.定远县东兴盐矿采空塌陷
该矿矿体顶板埋深218m左右，近东西向展布，岩性为软弱的泥岩和钙质泥岩，目前采用钻井注水法生产工艺开采，采空区即为溶腔，溶腔间预留80～100m的保安矿柱。自1988年末开采至今，矿区地质环境现状较好，基本未产生相关的地质环境问题，仅在1998年后，开采区开始产生微弱的地面塌陷，其形态与开采区范围相吻合，面积约0.2km2。由于属钻井注水法开采，故其地面塌陷属缓变型，且地面显示不明显，主要表现在降雨期存在积水问题，而对开采区及周围影响不大（居民远离矿区，相距600m以外），地面塌陷危险性等级属轻微。
（三）地震液化
由于缺乏系统的资料，历史上中强地震时评估区土层液化的分布及液化对建筑物的破坏情况无法细述，但据现有资料，以阜阳市为例：1668年7月25日山东莒县—郯城间8.5级地震（是我国东部最强烈的地震），在阜阳市造成Ⅶ度破坏；1481年3月9日涡阳6级地震、1831年9月28日凤台北东6.25级地震、1937年8月1日山东菏泽7级地震，在阜阳市均造成V度破坏。由于淮北平原浅部发育全新世的砂类土和低塑性粉土，且地下水位埋深一般为1～2m，因此，存在地震液化的可能性。
（四）膨胀土灾害
评估区内膨胀土分布范围很广，属弱膨胀潜势，但据现场调查，对低层建筑仍有一定破坏性，主要表现在使房屋及墙体产生开裂，并伴有地裂或地基上鼓。如蒙城县的双佛塔建在膨胀土地基上，现在从塔顶到塔底产生一条大裂缝，另外淮南、蒙城、界首、定远等地的厂矿、学校、民房等，有不少因膨胀土地基而产生房屋开裂，其中蒙城县的蒙古族中学院墙在1978年秋天产生地基上鼓现象。
由膨胀土组成的边坡，边岸也极易产生滑坡、崩岸，如河岸、湖岸及人工渠的边坡都产生过规模不等的滑坡和崩塌，位于江淮分水岭附近的人工渠及巢湖湖岸，都有这类危害。
（五）崩塌
评估区内崩塌灾害主要是堵塞道路交通、压覆植被、掩埋农田等。输气管线施工的切坡开挖，势必会受到崩塌的危害。
三、地质灾害危险性预测评估
（一）工程建设诱发、加剧地质灾害的可能性
（1）工程沿线大部分为平原地区，工程建设时和建成后不会加剧地面沉降、地面塌陷等灾害。
（2）鉴于沿线膨胀土分布广泛，在区内刘巷子、定远、滁州等丘岗地带，地形起伏较大，工程建设时如开挖斜坡地带，易诱发边坡不稳定，一般不会加剧滑坡灾害，如在庙陈—滁州地段，基岩裂隙发育，人工切坡时易诱发崩塌或滑坡灾害，应注意边坡的防护工作。
（3）管线穿越淮河、池河、滁河等较大水体，如工程处理不当，会造成地基破坏，易产生管涌、渗漏问题，影响防洪堤。
（二）工程本身遭受地质灾害危险性评估
1.地面沉降
根据规划资料，中、深层地下水在将来仍然是城镇供水的主要水源，且开采量和开采范围均有所扩大。采用水文地质比拟法，结合近年来的水位、水量、沉降监测资料的相关性分析，各主要城镇地面沉降预测结果见表12-6和图12-4。
表12-6 主要城镇地面沉降预测结果表
图12-4 安徽段地面沉降趋势预测图
鉴于缺乏淮北平原区地面沉降专门研究，其预测结果和将来实际情况可能存在一定偏差，但其地面沉降的发展是存在的，会对管线造成一定的危害，笔者认为利辛段地面沉降发展对管线危险性大，其他危险性小。
2.采空塌陷
（1）淮南煤矿地面塌陷
根据淮南煤田分布特征和矿区地质构造条件分析，并采用工程地质比拟法和概率积分法预测，离管线最近（4.5km）的朱集矿区，即使将来采矿，其塌陷影响范围一般以开采深度的65°角外延，其最大距离为2.5km（-1200m的开采标高）。2015～2020年预计最大下沉值为3.6m，下沉0.5m以上的塌陷范围为5.532km2，未延伸至管线；潘谢矿区地面塌陷灾害严重，但距管线较远。预测地面塌陷对管线的危险性小。
（2）定远石膏矿地面塌陷
定远石膏矿区矿层稳定，规划开采井巷最南端距管线1.4km。采用类比法和理论计算两种方法预测，认为规划开采区可能塌陷边缘距管线仅500～600m，塌陷影响带将波及到管线。管线在K245+500—K252+020段（长6.52km）通过石膏矿体分布区，若今后在管线下部及一定范围内（2km内）开采，势必会对管道的安全产生危害性，潜在危险性较大。
（3）定远东兴盐矿采空塌陷
矿区边界和管线最近距离为3.5km。东兴盐矿开采过程中，采用钻井水溶法开采，其采空区实际上是水与盐矿体（溶于水而流出地表）的置换过程，且矿体尖灭部位距管线3.5km，开采产生的地面塌陷对管线的危险性小。
3.膨胀土
评估区内膨胀土大气影响深度在3.0～3.5m之间，膨胀土的胀缩性易对管线产生顶压，加之地形起伏大，易产生滑坡，有可能会对管线产生不良影响，总体危险性小，局部中等。
4.地震液化
采用标准贯入试验判别法对西淝河漫滩全新统冲积层（15m以浅的深度内进行判别，Ncr为7.07～7.72，在Ⅶ度远震的情况下，顶部的粉土不存在地震液化问题，而下部的粉砂、细砂则存在轻微地震液化。
5.崩塌、滑坡
采用图解法和极限平衡法预测，管线工程沿线的边坡存在基本稳定（K184—K227）和不稳定（K280——K301）两种情况，如切坡不合理，甚至局部形*工边坡，上述斜坡段均可能产生崩塌、滑坡灾害，危及管线，但总体危险性小。
