贵州岩溶塌陷研究

本文根据贵州省岩溶区大量成井抽水产生塌陷资料经分析后认为：下伏可溶岩有溶蚀空间及上复有松散土层是形成塌陷的原因，因抽水引起地下水运动状态的改变是触发条件；主要是地下水由承压性转化为非承压性和流速的急剧增加，促使上复土层隐伏土洞向上发展形成地面塌陷，并提出了防治建议。     

水位波动条件下覆盖型岩溶塌陷试验研究

本文以福建省龙岩市永定区樟坑村岩溶塌陷地质灾害点为研究对象,通过开展室内物理模型试验,研究了水位波动条件下岩溶覆盖层孔隙水压力和沉降的变化规律,结果表明:（1）孔隙水压力响应情况与水位波动呈现良好的一致性,根据孔隙水压力的变化可基本判断岩溶土洞内部土体的塌陷发展情况;（2）土洞内部塌陷同时向上部及水平方向扩展,但向上部扩展速度大于水平方向;（3）塌陷发展不规律,地表形成的近似圆形塌陷坑中心与原始空洞中心不在同一垂线上。同时,在分析覆盖型岩溶土洞发育特征的基础上,总结出覆盖型岩溶土洞在水位循环波动条件下的致塌模式,提出了岩溶土洞塌陷变形发展经历了土洞发育、土洞扩展和地表塌陷3个演化阶段。研究结果对岩溶土洞塌陷的监测预警具有理论及实际意义。     

广州市白云区夏茅村岩溶地面塌陷特征及致灾因素和风险分析

广州市白云区夏茅村岩溶塌陷地质灾害严重,塌陷区内地质环境条件极其复杂,隐伏灰岩岩溶土洞发育强烈,溶洞、土洞规模较大,且发育多层溶洞,溶洞间相互连通,岩溶塌陷区基岩面起伏较大,高程变化剧烈,第四系覆盖层厚度较大,底部粉质黏土层土洞发育,土体中规模巨大的土洞是产生岩溶地面塌陷的基础条件。基岩断裂构造带及其影响带范围内,岩石破碎,形成导水断层,存在地下水迳流通道,沿断裂带地下水循环活跃,溶蚀强烈,形成岩溶强发育带,为岩溶塌陷的发生提供了良好的动力条件。区内楼房基础施工扰动了地下水和土洞间的平衡状态从而成为了地面塌陷发生的诱发因素。运用7项地质环境条件指标和5项经济人口指标分别定性评估岩溶地面塌陷的易发度和易损度,并将二者叠加进行地质灾害风险评估。研究结果表明,夏茅村潜在地质灾害风险大,只有严格控制地下水动力条件,才能避免再次发生岩溶地面塌陷。     

武汉纸坊-庙山老黏土区岩溶地面塌陷形成演化与监测

为查明武汉纸坊-庙山一带老黏土区岩溶地面塌陷成灾机理,并选取合适方法手段进行监测预警,有效减轻岩溶地面塌陷造成的危害,通过岩溶专项调查,查明了区内可溶岩分布及其地质结构,分析了岩溶地面塌陷形成演化过程及不同塌陷阶段监测方法的选取,调查分析结果表明：该区多为单层结构老黏土分布区,根据盖层黏性土、软弱土、非可溶岩（红层）的上下组合关系,将可溶岩分布区地质结构划分为3类（(1)、(2)、(3)）。不同的地质结构根据土体物理力学特征差异,其发生岩溶地面塌陷的形成演化机理不同：(1)类结构主要发生土洞型塌陷,(2)类结构主要发生泥流+土洞复合型塌陷,(3)类结构由于红层的阻隔,黏性土土洞无法形成,一般不会产生塌陷。结合塌陷的演化过程,土洞的形成演化阶段,重点是采用光纤等技术监测土洞的形成扩展情况,同时也要对地下水位、水气压力等诱发因子进行监测;土洞顶板变形塌陷阶段,因临塌前地表往往会产生少量沉降变形,主要采用精密水准测量或GPS监测等技术监测地表形变。     

广州夏茅村岩溶地面塌陷成因机理与塌陷过程分析

研究区内已发岩溶地面塌陷灾害严重,地质环境条件极其复杂,第四系覆盖土层厚度大,底部粉质黏土层土洞发育、隐伏基岩为壶天群灰岩,溶洞及断层破碎带发育,单个溶洞、土洞规模较大,溶洞与溶洞、土洞与溶洞之间连通性能较好。岩溶地面塌陷是以覆盖层粉质黏土层或砂类土层的扰动和土洞的形成为起点的,根据勘查区上覆盖层二元结构的特征,区内地面塌陷及土洞的发育过程可分为"下黏上砂"二元结构塌陷模式和"下黏上砂、软土"多元结构塌陷模式,塌陷区的岩溶塌陷致塌机制主要为机械贯穿作用,塌陷发育大约经历了四个阶段,建议今后不宜在勘查区及其周边一定范围进行地下工程建设活动及抽、排岩溶地下水行为,避免地下水动力条件发生改变,再次发生岩溶地面塌陷。     

土洞型岩溶塌陷发育过程气体示踪试验研究——以广州金沙洲为例

运用气体示踪进行土洞型岩溶塌陷监测预警是一种比较新的技术方法,其原理是通过气体在不同形状、规模的土体孔隙、裂缝和土洞中的运移规律研究,分析气体特征值与土体变形破坏的关系,进而间接判断土洞的发育情况,实现岩溶塌陷监测预警。本文以广州市金沙洲岩溶塌陷区为例,通过室内物理模型试验再现了土洞发育、形成到地面塌陷的全过程。运用气体示踪技术,按照土洞形成、土洞发育、土洞堵塞、土洞扩大和土洞塌陷五个过程,研究气体浓度、气体聚集时间等参数指标与土洞不同发育阶段的关系。结果表明:①土洞型岩溶塌陷发育程度与示踪气体浓度存在对应关系,气体浓度升高反映了土体变形破坏的进一步发育;②土体变形破坏程度与示踪气体浓度总体呈正相关关系,距离地面塌陷点越近浓度越高;③土体变形破坏程度与示踪气体浓度达到峰值浓度时间存在对应关系,距离地面塌陷点越近,气体浓度达到峰值的时间越快。根据以上试验结果,运用气体示踪技术进行土洞型岩溶塌陷监测预警是可行的,后期应探索预警阈值并进行野外现场实际验证。      

城区复杂环境岩溶地面塌陷灾害成因与致灾规律研究——以贵港市北环新村岩溶地面塌陷灾害为例

岩溶地面塌陷是岩溶发育地区常见的地质灾害类型。岩溶塌陷对基础设施和人民生命财产安全构成极大威胁。文章以贵港市北环新村岩溶地面塌陷灾害为例,采用地质分析与颗粒流离散元数值模拟相结合的方法,研究岩溶塌陷成因与致灾规律。结果表明:本次塌陷是由多类因素共同导致,主要包括地质环境、地下水位波动与管道渗漏及工程建设活动等;白云岩、灰岩差异性风化所形成的粉砂质土极易诱发土洞与岩溶塌陷灾害;塌陷灾害可分为土洞形成阶段、土洞发展阶段和土洞塌陷阶段,其土洞规模、形状及影响存在显著差别;土洞形成发展过程中,地表沉降量从塌陷中心向四周逐渐减小,存在明显的沉降敏感区,塌坑边缘的竖向临空面存在拉应力作用,极易再次诱发塌陷。研究成果可为岩溶地面塌陷灾害防控与预警提供一定的理论参考。      

也论覆盖型岩溶地面塌陷机理

为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。     

一种复合型岩溶地面塌陷的形成机理——以武汉市烽火村塌陷为例

以武汉市烽火村岩溶地面塌陷为例，在对大量地质资料统计分析的基础上，将岩溶地面塌陷坑的发育形态与其形成机理相结合，借助室内大型物理模型试验研究和FLAC^3D数值模拟研究结果，从分析砂层中扰动带和土洞发育及其破坏方式入手，通过对单一扰动带和土洞发育形态的分类，以及扰动带和土洞之间相互干扰和联合的分析，综合提出了一种复合型岩溶地面塌陷的形成机理。岩溶地面塌陷分为小型塌陷和大型塌陷两大类，小型塌陷是单个扰动带和土洞发育的结果，大型塌陷是多个扰动带和土洞共同发育、相继失稳的结果。     

岩溶地面塌陷三机理理论及其应用

为了给岩溶地面塌陷预测、监测、防治和应急措施提供理论依据,全面总结了岩溶地面塌陷的发育规律,认为岩溶、土体和诱发因素是岩溶地面塌陷的三要素。岩溶为土体丧失提供通道和储藏空间。土的工程地质性质决定了土体塌陷方式:“黏土块”坍塌、砂颗粒漏失、软弱土流失;土体塌陷方式决定了土体塌陷机理;据土体塌陷方式提出了由“土洞型塌陷”“沙漏型塌陷”和“泥流型塌陷”构成的岩溶地面塌陷三机理理论:黏性土和密实砂性土层中,在外力作用下,土洞顶板拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷;由于诱发因素的触发导致可溶岩上方松散砂层中砂颗粒漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷;可溶岩上方软弱土体在外力作用下向可溶岩中流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。三机理理论关注土体塌陷方式,既解释了岩溶地面塌陷现象,更回答了土体“如何塌”的问题。诱发因素是塌陷的外部影响因素,不是塌陷机理的构成要素;诱发因素产生作用力;作用力改变土颗粒运动状态,使土颗粒由“静止→运动”,土体由“稳定→塌陷”。依据三机理理论,提出了岩溶地面塌陷综合地质预测方法,建立了基于三个塌陷机理的土体塌陷确定性预测模型,系统总结了岩溶地面塌陷监测、防治和应急措施方法,形成了从理论到实践的、完整的岩溶地面塌陷思想体系。      

重庆市龙泉村—庆丰山村岩溶塌陷分布规律与成因机制

文章以地质环境与隧道建设活动为基础,总结出重庆市沙坪坝区龙泉村—庆丰山村岩溶塌陷分布规律及发育特征:（1）岩溶塌陷集中分布于槽谷与横向冲沟交汇地带、槽谷中地势低洼地带以及地表溪沟附近;（2）岩溶塌陷形成演化呈现从地势低洼处往高处扩展、从隧道疏干区核心部位往边缘外围逐渐扩展的特征。研究区岩溶塌陷受隧道施工疏干排水及降雨影响控制,为隧道施工疏干后期降雨型岩溶塌陷。研究区岩溶塌陷的形成演化可分为三个阶段,其中前两个阶段为塌陷高峰期。不同阶段诱发岩溶塌陷的主控因素不同:第一、第三阶段主控因素为渗流潜蚀、增荷软化效应;第二阶段主控因素为渗流潜蚀及岩溶管道水气压力突变效应。     

南宁地铁施工降水诱发岩溶塌陷条件及安全防控措施

抽排地下水是触发岩溶塌陷的重要因素,但抽排地下水诱发岩溶塌陷的临界参数及安全防控措施研究较少。文章以南宁市地铁4号线体育中心东地铁站为例,分析其施工降水诱发岩溶塌陷的条件。根据崩解试验及管道流试验,得出非饱和土体和饱和土体的岩溶塌陷发育临界条件参数,并提出地表阻水、控制土体含水量高于14.65%、控制抽水量小于4.4 m3· d-1 3种安全措施防止岩溶塌陷发生。      

南京市地面塌陷发育特征及影响因素

南京市地面塌陷发生率逐年上升,已成为主要的地质灾害。南京市地面塌陷主要有岩溶塌陷、采空塌陷和工程塌陷3大类型,上世纪主要以岩溶塌陷和采空塌陷为主,近年来,随着城市基础设施建设的扩建,工程塌陷的发生率和破坏性逐渐增加。     

Karst collapse in cities and mining areas,China

Karst collapse is a dynamic geological phenomenon, in which the rock mass or deposits overlying the karstified zone subsides down along the karst cavity, resulting in a collapse pit or sinkhole. After discussing the typical examples of collapse emerging in the karst cities and mines in provinces and regions of South China, such as Guangdong. Guangxi, Hunan, Hubei, Zhejiang, Yunnan, Guizhou, and Jiangxi, it is considered that human activities of economy and production have become a major effect in causing karst collapse. Man-made collapses make 66.4 percent of the total, whereas natural ones 33.6 percent. Most of the collapses occurred to the area with soil overburden (96.7 percent), only a few in areas of bedrock overburden (3.3 percent). The karst collapses have a close relationship with the extent of karst development, the character and the thickness of overburden, and the dynamic condition of underground water. Collapse usually occurs in those parts of an area that are more intensely karstified, with soil thickness less than 5 m and a high amplitude of water table fluctuation. Many kinds of mechanical effects are caused by pumping or draining on the overburden and destroying its equilibrium, leading to the collapse. These effects included the support loss and loadadded effect, penetrating suffusion, gas explesion, water-hammer, suction pressure erosion, and liquatienal effects. The collapses are the result of varied comprehensive effects, particularly the support loss and load-added, and penetrating suffusion.     

疏降地下水引起地面塌陷浅析--以淮南煤矿区为例

以淮南西部矿区为例，介绍了该地区自20世纪60年代开采煤矿以来，由于疏降地下水，引起的地面塌陷。为了研究灰岩水动力场规律，先后在该区进行多时段、多水平放水试验。研究表明，覆盖粘土层、岩溶及人工疏降地下水，是该地区岩溶塌陷形成的基本条件。通过对粘土盖层性质、疏降地下水岩溶塌陷演化过程及塌陷机理与对应阶段过程综合分析，结合区域地质条件，掌握了塌陷点的分布规律。对目前西部地区塌陷“复活”、整治及未来城市规划，提出了建设性建议。     

高密度电法在柳州太阳村镇岩溶塌陷区调查中的应用研究

为了查明柳州太阳村镇岩溶塌陷形成的地质背景,本文采用高密度电法对该塌陷区进行调查研究。研究结果表明:高密度电法对于确定土层的厚度,区分土层和岩石的分界面具有较好的效果,通过电阻率的分布及变化趋势,可以较好的圈定地下岩溶裂隙带的发育位置,结合地质资料,对识别断裂破碎带也有较好的效果。三个塌陷区的致塌地质背景不尽相同:第Ⅰ,Ⅲ塌陷区塌陷的形成与人类活动密切相关,分别由机井抽水及输油管道铺设引发;第Ⅱ塌陷区塌陷的形成与自然因素相关,由断裂破碎带触发。通过高密度电法反演结果断面图,能较准确地查明塌陷的潜伏隐患区:第Ⅰ塌陷区的隐伏区为通过抽水井的近东西向的岩溶裂隙带,第Ⅱ塌陷区地质灾害的潜伏区为断层西侧的岩溶裂隙带,第Ⅲ塌陷区的隐患区为输油管道附近东侧的岩溶裂隙带,均位于人类活动频繁附近地段及构造发育带。     

基于FLAC3D不同降雨速率下土洞致塌规律研究

针对桂林市临桂区岩溶塌陷易发区域,采用FLAC3D模拟不同降雨速率下的强降雨入渗过程,探究不同直径土洞在强降雨作用下的致塌规律,结果表明:（1）强降雨条件下,不同直径土洞最大位移均出现在洞顶部。降雨速率相同,洞顶竖向位移增长速率随土洞直径的增加呈整体加快的特点;加快降雨速率,竖向位移增长明显,竖向位移与土洞大小呈正相关。（2）相同降雨速率下,土洞直径增大会引起土洞底部剪切破坏区域进一步扩展。上覆土层在强降雨初期主要受到潜蚀作用,加快降雨速率,土洞底部水位剧烈波动对上覆土体产生的水击气爆成为主导作用,剪切破坏速率加快,洞趾剪切应变明显增加,当土洞直径达到3 m时,水位波动愈加剧烈,加速上覆土层破坏。（3）降雨速率的变化对土洞塑性区拓展范围具有不同程度的影响,较大直径的土洞在加快降雨速率时塑性区拓展范围明显扩大,即土洞大小、降雨速率对上覆土层稳定性具有较大的影响。研究结果为定量研究强降雨与上覆土层塌陷的关系提供了依据,对有效、合理地预警岩溶塌陷具有一定的意义。      

湖北武汉白沙洲隐伏岩溶区地质结构与岩溶塌陷分类

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。