岩溶区土洞塌陷演化过程研究———以龙岩市樟坑自然村土洞塌陷为例

以福建省龙岩市樟坑自然村发生的岩溶区土洞塌陷为研究对象，通过室内物理模型试验及数值模拟分析，对岩溶区土洞塌陷过程中覆盖层土体的应力、应变（位移）、塑性区分布规律等进行研究，从而再现土洞塌陷演化过程，总结土洞塌陷演化规律。结果表明，在土洞孕育、形成及扩展过程中，土体中始终存在土拱效应，其发挥程度受初始洞径及覆盖层厚度影响，土洞塌陷过程其实是土拱效应产生及失效过程。土体中最大剪应力主要集中于拱脚位置，而塑性区分布则以拱顶为主，土体竖向变形也以拱顶为中心向四周递减。塌陷后土洞呈中心大、两头小的纺锤状，其最大洞径与初始洞径及覆盖层厚度呈线性正比例关系。同时，根据塌落土体累计质量的增量大小可将土洞塌陷演化过程简化为三个阶段:土洞发育形成、内部塌陷扩展以及地表塌陷阶段。     

基于AHP-信息量法的武汉地区岩溶地面塌陷危险性评价

岩溶地面塌陷是武汉地区面临的主要地质灾害。选取了地层岩性、地下水开采、断裂带分布、覆盖层厚度、覆盖层结构、工程活动、距长江的距离、溶洞发育、岩溶地面塌陷9个评价因子,通过将层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)确定的权重与信息量法确定的信息量进行叠加的方法计算各因子的综合信息量,进而对武汉地区岩溶地面塌陷进行危险性分区评价。根据与已发生的岩溶地面塌陷的对比,验证了AHP-信息量法在武汉地区岩溶地面塌陷危险性评价应用中结果的准确性,已发生岩溶塌陷点几乎都位于高危险区。评价结果可为武汉地区岩溶地面塌陷的防治提供参考依据,评价方法可为其他地区的岩溶地面塌陷危险性评价工作提供借鉴。     

综合物探方法在岩溶塌陷地质灾害勘察中的应用

高密度电法在勘查岩溶裂隙、隐伏断层构造具有分辨率高、效率快、资料可靠的特点;多波地震映像对土洞及塌陷松动带勘查也有较好的效果,且测线较短,受场地限制较少;瞬态面波法较准确地查清覆盖层厚度、土洞、岩溶塌陷松动带及浅部岩溶,查清土层的岩土工程力学性质,能部分代替钻孔及原位测试;地质雷达在已有建筑物内及周边勘查浅部隐伏土洞效果显著。     

岩溶区的综合物探方法探测

为查明某水利工程引水线路灰岩段工程地质条件,为设计线路提供依据,采用以高密度电法为主、地震折射波法为辅的综合物探方法进行探测并对探测成果进行钻孔验证。高密度电法用于探测岩溶发育情况并粗略划分覆盖层埋深,地震折射波法用于准确划分覆盖层埋深。探测成果划分了覆盖层与基岩分界面,圈定了岩溶分布区域,与钻孔揭露情况基本一致,探测成果真实可靠,可供设计人员使用。综合物探方法具有成本低、效率高、探测精度高等优势,在岩溶区勘察中有广阔的应用前景。     

降雨与岩溶渗漏联合作用下岩溶塌陷稳定性分析

为进一步提高地下工程建设段岩溶覆盖区土体稳定性分析的准确性及适用性,以圆柱状盖层土体为研究对象,构建了圆柱状岩溶塌陷模型,依据岩溶覆盖区盖层土体所处工程地质条件,将其稳定性计算工况分为4种,基于极限平衡法获得了每种工况下的稳定系数计算公式,完善了岩溶覆盖区盖层土体的稳定性计算方法。以重庆市南岸区涂山湖岩溶塌陷为例,将岩溶塌陷分为岩溶水漏失型和降雨型两类,并将该区域岩溶塌陷的演化过程划分为初始阶段、发展阶段及平稳阶段进行研究。结果表明:降雨工况下随着降雨时间及降雨强度的增大,覆盖层土体稳定系数逐渐减小,且降雨初期下降较快,后期逐渐放缓;研究区土体的降雨入渗能力十分有限,20 h的强降雨,湿润锋深度最深70 cm,当发生长时间强降雨且真空负压大于30 kPa时,研究区土体发生塌陷,表明该阶段研究区岩溶塌陷的是长时间的强降雨及真空负压的双重作用所致,稳定性计算结果与实际符合良好,证明提出的岩溶塌陷稳定性分析方法具有一定的理论参考价值。研究成果可用于岩溶覆盖区岩溶塌陷防治,具有一定的工程实用意义。     

桂林市临桂县山枣村岩溶塌陷基本特征及主要影响因素分析

桂林市临桂县山枣村岩溶塌陷灾害频繁,已对当地的工农业生产构成严重危害,同时对未来建筑物及百姓的生命财产构成潜在的威胁。从野外调查出发,分析了该区岩溶塌陷的基本特征及主要影响因素,提出了预防治理该区岩溶塌陷的相关措施,为今后本区工农业生产活动提供了可靠的依据。     

浅谈宜兴市油车水库岩溶区防渗墙施工技术

以岩溶区帷幕灌浆接触段处理为研究对象,采用传统灌浆施工工艺在覆盖层与岩石接触位置2m范围内帷幕灌浆效果较差,特别是岩溶区帷幕灌浆接触段处理不好,水库库区防渗效果将降低,容易在接触位置漏水,工程质量不能达到预期效果.采用抓斗进行防渗墙成槽施工,然后钻孔埋设套管,套管人岩50 cm,最后使用普通水泥浆灌注至基岩面下5 m范围.通过防渗墙施工,有利于岩溶区帷幕灌浆工程质量控制,为类似工程提供了施工技术参考.     

覆盖型岩溶地面塌陷防治与应急处置

覆盖型岩溶地面塌陷是覆盖型岩溶区可溶岩上覆盖层中部分土颗粒在外部因素触发下向岩溶通道和(或)溶洞中运移,导致的土体变形而产生的地面反应。土体是地面塌陷的主体,岩溶通道和(或)溶洞为土颗粒运移和储存提供了条件,外部因素通过水的不良作用、外加荷载和土洞顶板抗力降低等方式触发地面塌陷。地面塌陷的预防应采取控制触发因素、适当的工程措施以及重点监测与群测群防相结合的措施。地面塌陷的治理应根据沙漏型、土洞型和泥流型3个塌陷机理修复有缺陷的岩溶地质结构。地面塌陷应急处置应在突变、缓变和暂时稳定阶段分别采取应急自救、外界救援和工程处理措施。     

基于物理模型试验的岩溶塌陷定量研究

岩溶塌陷研究成果主要集中于岩溶塌陷原因与影响因素等方面的定性研究,缺乏对岩溶塌陷机理的定量研究,导致目前对岩溶塌陷机理仍未形成统一的、系统的认识。因此,有必要利用物理模型试验,采用恒压取样与剖面压力监测技术,定量研究砂土覆盖岩溶口的岩溶塌陷全过程以验证“渗流液化论”塌陷机理,并研究黏土层对岩溶塌陷的阻隔作用。结果表明:①对粉砂-基岩结构地层,在岩溶管道水位持续下降过程中,发生了3次岩溶塌陷,其临界渗透破坏比降分别为0.525,2.500,3.400,单次岩溶塌陷最大塌陷速率逐渐降低,但其持续时间和塌陷程度增加,且初始岩溶塌陷过程明显比第2次和第3次岩溶塌陷过程复杂;②砂土覆盖岩溶管道的塌陷机理为“渗流液化论”;③地下水位波动加剧岩溶塌陷的形成;④黏土层的存在将岩溶塌陷的临界渗透比降由0.525增加至48.300,说明黏土层能显著提高岩溶覆盖层的安全性,可有效抑制岩溶塌陷发生。该研究成果弥补了目前在定量研究岩溶塌陷机理方面的不足,为岩溶塌陷防治提供理论支撑。     

微动勘探技术在水库大坝隐患探测中的应用

微动探测可用于探测目标区域的地下空洞、活动断裂、覆盖层厚度、基岩面形态以及溶洞等。以江西九江高泉水库为例,详细介绍了现场微动勘探的测线布置、数据采集、数据处理分析、成果解释。实践表明:微动勘探技术是一种简便、快捷、对观测环境无特殊要求同时又不破坏环境的地球物理勘探方法,能够对病险水库大坝的隐患进行及时和有效的探测,并对堤坝隐患治理提供精确指导。     

西南典型岩溶区地下水防污性评价方法

与第四系含水层相比,西南岩溶区常缺少天然的防渗或过滤层,岩溶含水层的地下水防污能力较差,地表水和污染物很容易通过落水洞等岩溶形态直接进入含水层或地下河。现以典型岩溶区———桂林市区为例,在将该地区依据地貌分为7个亚区的基础上,结合岩溶水二元补给特性,尝试运用"二元法"对桂林市岩溶区地下水的防污能力进行分区评价,评价结果显示,桂林市区除洪积扇亚区一带地下水的防污能力强以外,其他地区的岩溶地下水都面临着防污能力差的问题,尤其是在落水洞发育的峰丛洼地、峰丛谷地两个亚区,如果不加以保护,地下水极易被污染。通过与前人成果的对比,该方法将径流特征作为一个主要的评价因子,所得结果更为合理,而且本方法具有所需数据量少,可以进行定性评价等优点,可在我国西南岩溶区中加以推广。     

基于极限分析法原理的浅埋隧道围岩受力监测对比分析

浅埋段隧道覆盖土性质随埋深和地形条件影响会发生变化。文章结合隧道上方覆盖层塌落体围岩自承能力及形成机理,基于塑性理论对隧道浅埋段围岩压力进行分析。研究结果表明:围岩压力随上部覆盖土层厚度增加而增大,且增加速率随覆盖层厚度的增大而减小,并逐步趋于固定值;覆土厚度和围岩力学参数是塌落面形状主要影响因素;浅埋偏压隧道的稳定性随着隧道两侧和底部支护结构功率增大而提高;随着围岩黏聚力、内摩擦角的增大,深埋侧和浅埋侧围岩压力都呈显著减小趋势。通过实际工程监测数据与新建公式计算值对比,证明了公式的适用性,为类似工程提供借鉴。     

鲁中南泰安纸坊泉域岩溶水强径流带成因及特征

近年来,鲁中南地区岩溶地下水泉水流量衰减、干涸,水源地超采,岩溶塌陷等环境地质问题日益凸显,迫切需要加强研究。以泰安纸坊泉域为例,探讨了泉域内岩溶水强径流带分布、成因类型及典型水文地质特征,以达到合理开发、保护岩溶地下水的可行性。结果表明,岩溶水强径流带是有巨大调蓄功能并发育于浅部地下水积极交替带的网络状强岩溶富水带,其地下水动态稳定,成井率高且识别特征明显,是本区岩溶水水源地开采的理想场所。研究强径流带系统的水文地质条件,掌握其规律,为进一步研究鲁中南地区岩溶地下水提供了一条有效途径。     

深厚覆盖层特性变化对沥青混凝土心墙坝动力反应影响研究

在我国西部强震区修建的沥青混凝土心墙坝大多建于深厚覆盖层上,深厚覆盖层的存在明显改变了覆盖层底部传入到坝体的地震动特性。考虑了覆盖层厚度、土体动力特性参数和土层结构型式等因素的变化,建立二维有限元计算模型,基于一致输入方法分析了覆盖层对沥青心墙坝动力反应的影响规律。结果表明：沥青心墙顶部加速度放大系数并非随覆盖层厚度增加而逐渐增大,而是存在一个临界厚度,超过此厚度时,加速度放大系数有所降低;同一厚度下覆盖层土体动剪切模量增加,则沥青心墙顶部加速度放大系数增大,随着饱和程度的增加,其加速度放大系数先增大后减小;覆盖层土体软弱细砂层的耗能作用使得覆盖层顶部加速度放大系数降低率达31.7%。     

淮北采煤塌陷蓄水区地下水流场分布特征分析

为了解淮北采煤塌陷蓄水区地下水分布规律,在充分收集研究区已有相关成果资料的基础上,从研究采煤塌陷区域含水层结构变异入手,运用Visual Modflow软件对研究区地下水流场变化特征进行模拟、分析。结果表明：1）煤层完全开采情况下矿坑不再排水,因采煤矿坑排水而下降的松散层孔隙水水位在降雨补给和河流补给的作用下将逐渐回升,但基本无法恢复至采前水平;2）裂隙岩溶水接受塌陷区湖泊地表水和松散层孔隙水通过垂向网络型导水裂隙带不断入渗补给,导致研究区域裂隙岩溶水水位上升和溢出而形成多个局部水丘。闭坑后采煤塌陷蓄水区地下水流场分布规律研究成果可以为类似采煤塌陷蓄水区地下水资源综合利用提供参考。