探地雷达技术在岩溶探测中的应用

以黄河万家寨库区右岸岩溶探测为例,论述了雷达探测方法的技术及其工作原理,并结合岩溶探测实例, 分析了岩溶地质现象所产生的雷达波场异常的空间展布特征,划定了该测区溶洞、溶蚀裂缝等岩溶地质异常的 空间展布范围,验证结果表明:探地雷达技术在浅层岩溶探测中的有效性。     

基于数值模拟分析的弹性波CT岩溶探测能力研究与应用

岩溶勘探是工程地质勘察中的难点和重点。由于岩溶发育极不规律,并且城市轨道交通建设对岩溶勘察精度提出了更高的要求,使得岩溶勘探面临巨大的挑战。目前,岩溶勘察多采用钻探和物探相结合的勘探方法,其中弹性波CT(Elastic Wave Computerized Tomography)利用初至波走时反演地层速度探测溶洞,相较于其他物探方法,具有更高的精度,但存在“低速色盲”、陡倾层状异常难以探测、小规模溶洞分辨能力有限等问题。本文基于数值模拟分析探究弹性波CT岩溶探测能力,数值模拟分析结果表明：(1)弹性波CT能够有效探测规模大于观测点距的溶洞异常;(2)溶洞异常响应与其规模大小有关,规模越大,速度异常越显著;(3)陡倾层状低速异常速度反演断面表现出“X”型分布特征。为提高岩溶探测精度,建议综合弹性波CT单孔对无约束反演解译结果和钻探资料构建溶洞初始模型,再进行连剖面约束反演。通过将该方法应用于实际岩溶探测,并进行数值模拟对比论证,表明本文提出的反演方法能够有效提高复杂岩溶探测精度。     

张湾村峡卡河岩溶塌陷数值模拟及成因

为探寻地下水位下降时岩溶塌陷的演化过程,以张湾村峡卡河研究区岩溶塌陷为研究对象,结合工程资料,通过FLAC3D数值模拟软件对岩溶塌陷的过程进行计算分析,得到计算模型在地下水位下降三个阶段下的应力应变云图,从而得出研究区溶洞的发育规律。研究结果表明：在地下水下降时,土体受剪应力集中作用发生破坏,导致溶洞直径拓展发育,与溶洞坍塌时呈坛状或碟状塌陷坑形状相符。溶洞顶部出现较大应力应变值,且土层越高应变差值越大,最大垂向位移出现在溶洞的顶部位置,同时顶部塑性张拉区继续向上延伸最终贯通土层表面,导致塌陷破坏,与研究区溶洞的破坏常出现顶部垂向坍塌现象相符。数值模拟分析为张湾村峡卡河研究区岩溶塌陷的防治提供了理论依据。     

侧部岩溶尺度及净距对盾构隧道围岩变形影响分析

以某地铁区间岩溶区盾构隧道修建为工程依托,对隧道三维动态盾构施工过程进行弹塑性数值模拟,分析盾构隧道施工时,溶洞尺寸以及溶洞与隧道间净距对隧道围岩变形及应力等的影响规律。研究结果表明：溶洞对隧道施工过程中围岩变形影响较大,围岩的径向位移及其释放率在有溶洞存在时有增大趋势,同时发现其随溶洞尺寸增加而增大;溶洞尺度及溶洞距盾构隧道间净距对围岩塑性区分布范围及形态以及衬砌结构受力特征等有比较大的影响;通过反复论证,确定了溶洞与盾构隧道问最小施工安全净距不应小于溶洞尺寸。本次研究成果可为岩溶区城市地铁隧道修建提供参考依据。     

流澜河间地块岩溶发育特征及形成机制

在对流澜河间地块水文地质条件和岩溶发育分析基础上,采用聚类分析方法将钻孔揭露的岩溶现象进行了统计分析,据此将研究区划分为3个发育程度不同的岩溶区：补给岩溶区、补给径流岩溶区和汇流排泄岩溶区。不同区岩溶发育特征不同：补给岩溶区岩溶发育弱,主要形成岩溶裂隙,发育深度较小,一般〈40 m;补给径流岩溶区岩溶发育深度较大,一般〈100 m,以岩溶裂隙为主,偶见溶洞;汇流排泄岩溶区岩溶最为发育,溶洞规模大,岩溶发育深度一般〈50 m。从补给岩溶区到补给径流岩溶区和汇流排泄岩溶区,岩溶发育特征受区域地下水流动系统控制。     

溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设的影响研究

本研究依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同大小的溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用.研究结果表明:随着溶洞高度的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固溶洞的影响越来越大;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理能有效限制盾构隧道在穿越较大直径溶洞时的地表沉降和隧道围岩变形;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在改善了围岩塑性区的分布及其受力状态,尤其对于直径较大的溶洞,注浆加固提高了盾构隧道在穿越大型溶洞时的安全性.     

地质雷达在华南某工地岩溶勘察中的应用效果分析

华南某岩溶工地准备进行超前钻勘察工作,由于场地详勘过程发现岩溶较发育,为查明近地表5 m范围内土洞、溶洞等不良地质体平面位置及顶底板埋深,采用地质雷达进行连续剖面测量.根据地质雷达勘察成果选择3个异常进行钻孔验证,3个验证孔均打到空洞或充填型溶洞,异常埋深与地质雷达异常深度位置基本一致,物探推测与钻孔验证结果基本吻合....     

隐伏溶洞对隧道围岩稳定性影响规律及处治技术

以鄂西山区隧道工程实例为依托,在溶洞调查与统计分析的基础上,从岩溶的溶洞体积、形态特征、溶腔充填物特征以及涌水通道类型等方面,对鄂西山区岩溶进行分类,得到鄂西山区岩溶发育特征,即溶腔体积不等、形态多样、溶腔充填物种类多、涌水通道复杂。采用数值模拟方法,分析不同位置的隐伏溶洞对隧道围岩的应力场、位移场影响情况,得出随隐伏岩溶位置变化,围岩应力分布有所不同;溶洞位置由隧道顶部向隧道底部变化过程中,隧道顶部围岩最大沉降由大到小依次为拱肩延长线、边墙一侧、拱脚延长线、拱顶上方、底板下方;随着溶洞位置的降低,隧道拱顶围岩水平最大收敛值由大到小依次为拱肩延长线、拱顶上方、边墙一侧、底板下方、拱脚延长线;随着溶洞位置的降低,隧道周边围岩沉降量由大到小均为拱顶、拱腰、拱脚、底板。基于岩溶类型特征、数值模拟围岩应力场、位移变化情况结果,提出岩溶区隧道揭露溶洞处治原则。以花果山隧道为例,开展溶洞处治原则与方法应用,提出针对性的处治方案。     

隐伏溶洞对隧道围岩稳定性影响规律及处治技术

以鄂西山区隧道工程实例为依托,在溶洞调查与统计分析的基础上,从岩溶的溶洞体积、形态特征、溶腔充填物特征以及涌水通道类型等方面,对鄂西山区岩溶进行分类,得到鄂西山区岩溶发育特征,即溶腔体积不等、形态多样、溶腔充填物种类多、涌水通道复杂。采用数值模拟方法,分析不同位置的隐伏溶洞对隧道围岩的应力场、位移场影响情况,得出随隐伏岩溶位置变化,围岩应力分布有所不同;溶洞位置由隧道顶部向隧道底部变化过程中,隧道顶部围岩最大沉降由大到小依次为拱肩延长线、边墙一侧、拱脚延长线、拱顶上方、底板下方;随着溶洞位置的降低,隧道拱顶围岩水平最大收敛值由大到小依次为拱肩延长线、拱顶上方、边墙一侧、底板下方、拱脚延长线;随着溶洞位置的降低,隧道周边围岩沉降量由大到小均为拱顶、拱腰、拱脚、底板。基于岩溶类型特征、数值模拟围岩应力场、位移变化情况结果,提出岩溶区隧道揭露溶洞处治原则。以花果山隧道为例,开展溶洞处治原则与方法应用,提出针对性的处治方案。     

浅析岩溶区桥梁桩基施工技术

随着我国交通基础设施建设的快速发展,岩溶地区修建公路、铁路桥梁不可避免。但是在溶洞地区,由于溶洞的存在,对桩基的承载能力产生重大影响,如桩周板顶厚度不够,在桥梁荷载作用下,压碎顶板,桩基承载能力损失,而引起桥梁结构的破坏。同时岩溶区桩基在施工过程中可能引起斜桩、卡钻、塌孔、扩孔、埋钻,甚至断桩的施工事故。本文通过对桩基穿越溶洞施工技术的深入分析,总结归纳了常见问题的解决措施,旨在提高岩溶区桥梁桩基施工质量。     

长距离管道工程的主要岩溶工程地质问题

在岩溶区建设长距离的输油,气管道工程将会遇到较多的岩溶工程地质问题,如岩溶水,岩溶洞穴,特殊土层及岩溶塌陷和骨塌等。这些岩溶工程地质问题,可能会产生管道基础悬空,管线被砸坏,管内气体外溢,造成环境污染等后果。通过对主要的岩溶工程地质问题进行分析,提出了相应的防治对策。     

Stability analysis of subgrade cave roofs in karst region

According to the engineering features of subgrade cave roof in karst region, the clamped beam model of subgrade cave roof in karst region was set up. Based on the catastrophe theory, the cusp catastrophe model for bearing capacity of subgrade cave roof and safe thickness of subgrade cave roof in karst region was established. The necessary instability conditions of subgrade cave roof were deduced, and then the methods to determine safe thickness of cave roofs under piles and bearing capacity of subgrade cave roof were proposed. At the same time, a practical engineering project was applied to verifying this method, which has been proved successfu1ly. At last, the major factors that affect the stability on cave roof under pile in karst region were deeply discussed and some results in quality were acquired.     

地下水升降分析的灰岩地区生态环境问题

土洞、天坑等岩溶塌陷的发生越来越频繁,严重威胁人民群众的生命财产安全。文中从灰岩地区发生岩溶塌陷的主要诱因地下水水位升降的角度入手,分析导致岩溶塌陷进而破坏生态环境的原理,并针对基于这种诱因的岩溶塌陷的发生原理提出相应建议。     

隧底溶洞对结构稳定影响的正交试验

依据正交试验原理,采用弹塑性有限元方法,运用MIDAS NX有限元软件,系统分析了溶洞大小、距离对隧道结构位移和轴力的影响,计算得出不同径跨比情况下位移和轴力随溶洞上壁距隧道底板的垂直距离变化规律和函数关系,从而确定各径跨比条件下隧底溶洞的非安全距离,并绘制隧道非安全距离包络图。结果表明:隧道各部位位移受径跨比影响显著;在径跨比一定的情况下,随着溶洞上壁距隧道底板垂直距离的增加,位移变化趋势符合对数函数规律;仰拱中心轴力受隧底溶洞影响较大且随垂直距离呈对数变化趋势;根据隧道结构竖向位移得出的隧底溶洞非安全距离较大,根据水平位移和轴力得出的非安全距离较小,出于安全考虑,应将竖向位移得出的隧底溶洞非安全距离作为溶洞处置的主要依据。     

TSP203在溶洞探测中的应用

与探测断层相比,应用TSP203探测溶洞有很大的难度。根据TSP203的工作原理和在喀斯特溶洞发育的隧道内的探测结果,认为溶洞的几何形态和产状是决定溶洞探测精度的首要因素。只有溶洞的边界有一定的横向延伸性,溶洞界面呈非常明显的单一平面特征,其法线方向与隧道轴线平行或以较小的角度相交(0°~45°),溶洞才能被准确探测。如果溶洞的边界相对于TSP测量布线有一定的横向延伸性,其边界面不一定是完全平滑的表面,但其法线方向与隧道轴线不完全垂直(大角度相交),这类溶洞有可能被部分探测,但探测精度还与溶洞界面两侧的波阻抗差、对地下水的探测、操作人员的数据采集经验和数据处理水平等有关。如果溶洞的几何形状为圆锥体或圆柱体,或者溶洞界面尽管为一平面,但其界面边界的横向延伸面与隧道轴线平行(法线方向垂直于隧道轴线),那么,这类溶洞基本难以被探测。     

跨孔高密度电阻率法溶洞探测效果验证分析

溶洞是轨道交通建设中遇到的一种典型地质灾害,其发育范围勘探是溶洞治理的首要任务。本文首先分析了溶洞发育特征和勘探环境,其次具体介绍了跨孔高密度电阻率法的理论基础,最后针对一勘探实例介绍该方法的工作方法,并对验证成果做具体分析。验证结果表明跨孔高密度电阻率法对溶洞发育范围探测具有有效性、可行性和准确性。结合探测过程总结该方法应用环境和发展方向。     

岩溶发育地区的灾害地质体的一种探测技术

岩溶发育地区的隐伏灾害地质体的探测是一个比较复杂的地质问题.高分辨自动地电阻率法是一种改进的高密度采样式的直流电法探测技术,本文先介绍了这种方法的原理和施工方法,然后通过分析其在广州新白云机场的应用实例,说明了该方法在探测由于岩溶引起的土洞、溶洞及淤泥质洞等地质灾害体方面的良好效果.     

串珠状溶洞影响下桩基竖向承载特性离心试验

为探明串珠状溶洞对桩基竖向承载特性的影响,采用离心模型试验,研究桩基穿越两层溶洞且置于下伏溶洞之上时,不同溶洞顶板厚径比下桩基荷载-沉降特征,竖向极限承载力变化规律,桩身轴力、桩侧阻力及分项荷载变化规律,与下伏无溶洞时进行对比,提出合理顶板厚径比取值方法。结果表明：桩基穿越溶洞后,下伏溶洞顶板厚径比对其竖向承载特性影响较大,与下伏无溶洞相比,厚径比由0.5增大到3.0时,桩基竖向极限承载力影响度由57.4%降至4.0%,厚径比大于2.5后,竖向极限承载力影响度小于5.0%;厚径比增大时,桩基所穿越的溶洞范围内桩身轴力几乎不衰减,上、中层溶洞顶板范围内桩身轴力衰减速度减慢,传递至溶洞顶的荷载较大;在溶洞内桩侧阻力几乎不发挥,随厚径比增大,在上层和中层溶洞顶板范围内桩侧阻力减小;厚径比增加时桩侧阻力和桩端阻力占比分别呈逐渐减小和增大的趋势,逐渐向摩擦端承桩转化,厚径比大于2后,与下伏无溶洞时相比,桩侧阻力减幅小于10%。建议串珠状溶洞区的桩基穿越两层溶洞且置于下伏溶洞之上时,顶板厚径比大于2.5即可忽略下伏溶洞对桩基竖向承载特性的影响,可根据桩基承载需求确定合理的顶板厚度。