Types of geological structures and mechanism of karst collapses in Baishazhou, Wuhan City of Hubei Province
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摘要: 武汉市可溶岩大多隐伏于第四系土层及白垩—古近系红层下部，可溶岩分布地区地质结构与岩溶地面塌陷关系密切，已发生的岩溶地面塌陷中上黏下砂地质结构占绝大部分。以白沙洲岩溶条带长江两岸为研究区，根据盖层黏性土、砂性土、软弱土、非可溶岩（红层）的上下叠置关系及地面塌陷特征，将可溶岩分布区地质结构划分为3类、5型；岩溶塌陷的实质是土体塌陷，在岩溶区地质结构研究的基础上，根据土体物理力学特征差异，受力后塌陷过程中土颗粒的运移方式，即黏土块体塌落、砂颗粒漏失、软弱土流失，系统将研究区岩溶塌陷机理分为土洞型、沙漏型、泥流型3类，同时也存在多种类型复合型岩溶塌陷。Abstract: Most of the soluble rocks in Wuhan lie in the quaternary soil layer and the lower part of the chalk-paleogene red layer, the geological structure of the distribution area of soluble rock is closely related to the karst ground collapse, most of the happened ground collapse in the stratum with the upper clay-lower sand. The study area is on the both sides of the Yangtze River along the Baishazhou karst belt, according to the thickness and the superimposed relation of overburdened clay, sandy soil, soft soil, non-soluble rock (red bed) and surface collapse, the geological structure of the solvable rocks is classified into 3 categories and 5 types. The essence of karst collapse is soil collapse, based on the geological structure and the physical and mechanical characteristics of soil, as well as the migration mode of soil particles during collapse including the clay mass collapse, sand particle leakage and the loss of soft soil, the mechanism of karst collapse is classified into three types, such as soil cavity type, hourglass type and mud flow type, and there are 2 or 3 types of compound karst collapse.
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Key words:
- Baishazhou karst band /
- geological structure /
- karst ground collapse /
- collapse mechanism
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图 1 研究区地理位置及地质构造简图
Figure 1. The geographical location and geological structure map of the study area
图 3 研究区岩溶地质结构类型分区图
1—①型；2—②型；3—③型；4—④型；5—⑤型；6—基岩出露；7—非可溶岩区；8—岩溶塌陷
Figure 3. Zoning map of karst geological structure in the study area
图 4 块体塌落型型岩溶塌陷地质模型示意图
1—黏性土；2—塌陷堆积物；3—溶洞及充填物；4—地下水位上下频繁波动；5—土体位移方向；6—裂缝；7—地下水水位
Figure 4. Geological model of soil cave collapse
图 5 鹏湖湾二期工地岩溶塌陷地质剖面图
1—耕植土；2—黏性土；3—塌陷堆积物；4—灰岩；5—第四系中更新统王家店组残坡积层；6—石炭系上统黄龙组；7—地下水水位
Figure 5. Geological section of karst collapse in Penghu Bay second-stage construction site
图 6 沙漏型岩溶塌陷地质模型示意图
1—黏性土；2—塌陷堆积物；3—砂性土；4—可溶岩；5—溶洞及填充物
Figure 6. Geological model of hourglass-type subsidence
图 7 佳兆业·金域天下3期岩溶塌陷地质剖面图
1—黏土；2—粉细砂；3—扰动土；4—粉砂岩；5—灰岩；6—第四系全新统走马岭组冲积层；7—白垩-古近系公安寨组；8—二叠系中统栖霞组；9—不整合接触界线
Figure 7. Geological section of Jiazhaoye-Jinyu karst collapse in practical project
图 8 泥流型岩溶塌陷地质模型示意图
1—黏土；2—塌陷堆积物；3—淤泥；4—可溶岩；5—溶洞及填充物
Figure 8. Geological model of mud flow subsidence
表 1 研究区岩溶区地质结构类型划分
Table 1. Classification of karst geological structure of the study area
类型 亚类 模型图 结构特点 主要分布 Ⅰ ① 黏性土（黏性土+红层）直接覆盖
于可溶岩上；可发生土洞型塌陷研究区东部黄鹤楼以北、起义门、毛坦港
巡司河以西一带以及墨水湖南侧招商1872
至四新社区一带；属于长江二级阶地、
一级阶地后缘、剥蚀垄岗区Ⅱ ② 上部为黏性土，中部为砂性土，下部为
可溶岩；可发生沙漏型塌陷或
沙漏型-土洞型复合型塌陷主要分布于研究区中北部长江两岸，以西锦绣
长江一带，以东陆家街-司法学校一带；
属于长江一级阶地覆盖型岩溶区③ 上部为黏性土，中上部为砂性土，中下部
为红层，下部为可溶岩；红层破坏后
可发生沙漏型塌陷或沙漏型-
土洞型复合型塌陷主要分布于研究区中部长江两岸，以西老关村-
四新社区一带，以东长江紫都-烽火村和
张家湾-毛坦港一带、江心洲；多属于
长江一级阶地埋藏型岩溶区④ 上部为黏性土，中上部为砂性土，中下部
为黏性土（黏性土+红层），下部为可
溶岩；中下部黏性土（黏性土+红层）
破坏后可发生沙漏型塌陷或沙漏型-
土洞型复合型塌陷主要分布于研究区中部长江西侧锦绣长江
以西一带，及东部余家湾车站一带；属于
长江一级阶地可溶岩上部残积层分布区Ⅲ ⑤ 软弱土和可溶岩之间夹有厚度大于1 m的
黏性土（黏性土+红层）；黏性土（黏性土+
红层）破坏后可发生泥流型塌陷主要分布于研究区西北部北太子湖-江城大
道一带及村一带，零星少量分布于招商
1872一带；属于长江二级阶地
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表 2 研究区内岩溶塌陷类型分类表
Table 2. Classification table of karst collapse types in the study area
序号 发生时间 塌陷名称（地点） 塌陷规模 塌陷灾情 地质结构 诱发因素 塌陷机理 1 1931年8月 武昌区丁公庙 — 江堤溃口，白沙洲淹没，导致人畜伤亡。 ② 地下水位波动 沙漏型 2 1977年9月 汉阳区汉阳中南轧钢厂 中型 1栋民房倒塌，1500t烟煤和600t钢材被埋，工厂停产。 ② 开采地下水 沙漏型 3 1983年7月 武昌区白沙洲阮家巷 中型 倒塌民房1间，上万块砖瓦被埋，破坏房屋5栋。 ② 地下水位波动 沙漏型 2005-08-22 中型 道路破坏，工地长约10 m围墙和工棚倒塌，自来水管断裂。 桩基施工 沙漏型 4 1988年5月 武昌区陆家街 中型 10间民房倒塌，20间房屋墙体开裂，输电线路破坏，学校停课。 ② 地下水位波动 沙漏型 5 1999-04-22 洪山区青菱乡毛坦港小学 中型 毁坏公路、水渠、农田，致使交通中断，危及配电房，对京广铁路构成潜在威胁。 ② 地下水位波动 沙漏型 6 2000-02-22 武昌区涂家沟市司法学校 中型 3栋楼房毁坏、学生食堂墙体开裂、配电房开裂、水塔开裂、水塔罐体倾斜，进出校门道路开裂，学校停课。 ② 降雨 沙漏型 7 1997年 洪山区青菱乡烽火村乔木湾 小型 42栋230余间房屋开裂倒塌，19栋房屋受损，直接经济损失达611万元，间接经济损失达510万元。 ② 开采地下水 沙漏型 2000年3月 小型 开采地下水 2000-04-06 大型 开采地下水 8 2005-08-10 洪山区青菱乡烽火村江南竹木大市场 小型 1栋平房受损。 ② 地下水位波动 沙漏型 9 2006年4月 武昌区白沙洲长江紫都花园 中型 工棚倒塌，新建楼房墙体拉裂。 ② 钻探施工 沙漏型 10 2009-06-10 武昌区武泰闸 小型 道路破坏，一辆货车受损。 ② 钻探施工，载重车辆荷载和振动 沙漏型 2009-12-16 中型 道路破坏。 桩基施工 沙漏型 11 2009-06-17 洪山区烽火村 中型 道路破坏，一辆货车受损，司机受轻伤。 ② 钻探施工 沙漏型 2009-06-27 中型 道路破坏，交通主干道中断。 钻探施工、载重车辆荷载和振动 沙漏型 12 2009-11-24 洪山区白沙洲大道张家湾段 中型 道路破坏，交通主干道中断，供水管破裂。 ② 桩基施工振动 沙漏型 13 2009-12-22 洪山区烽火村钢材市场 中型 主供水管道破裂，道路破坏，4间房屋开裂。 ② 桩基施工 沙漏型 14 2010-01-28 洪山区青菱乡光霞村五组 中型 钻具及钻杆被埋，菜地受损。 ② 钻探施工 沙漏型 15 2010-04-18 青菱乡烽火村白沙洲大道 小型 道路破坏。 ② 载重车辆荷载和振动 沙漏型 16 2010-07-19 青菱乡张家湾南湖变电站 中型 变电站主建筑物南段墙面、立柱开裂，10 kV消弧线圈室停止工作并拆除，梅家山至张家湾一带工业及民用用电受到威胁。 ④ 桩基施工振动 沙漏型 17 2011年5月 武昌南湖红旗村 中型 一台打桩机被埋。 ② 桩基施工 沙漏型 18 2013-04-14 洪山区青菱乡毛坦港佳兆业·金域天下三期 中型 延误工程工期。 ③ 钻探施工 沙漏型 19 2014-06-04—
2014-06-26洪山区烽火村还建项目H10、H11地块 中型 影响施工安全和建筑物稳定 ② 钻探施工 沙漏型 20 2015-08-10 汉阳区鹦鹉大道乐福园酒楼锦绣长江店北 中型 塌陷造成两名人员失踪，2层的活动板房遭受破坏。 ② 钻探和桩基施工 沙漏型 21 2015-08-07 汉阳区鹦鹉大道地铁6号线K12+583 小型 地铁施工暂停。 ② 钻探和桩基施工 沙漏型 22 2017-05-23 洪山区青菱街烽火村烽胜路保利新武昌小区西侧 中型 2间工棚宿舍严重倾斜、工地围墙垮塌约30 m、毁坏景观树1棵、花坛4座、广告牌1个；路面路基损毁约100 m2及该路段自来水管道、路灯电线、通讯电缆等；人行道路面和工地地面多处开裂。 ② 钻探和桩基施工 沙漏型
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