佛山市松岗镇覆盖型岩溶区溶洞、土洞的发育特征

阐述了佛山市南海区松岗镇覆盖型岩溶区岩土工程条件和溶洞、土洞的发育特征，对溶洞、土洞的形成条件及空间分布规律进行了分析，并对该区的岩土工程勘察及地基基础设计提出一些建议。     

黔中地区浅覆盖型岩溶塌陷成因机制与防治对策--以紫云县白云小学为例

黔中地区处于贵州省第二阶梯,平均海拔800~1600 m。具有可溶岩分布面积广、岩溶极其发育、第四系土层覆盖薄、地下水埋深浅、地下水动力条件强等特点。岩溶地面塌陷是该区主要地质灾害之一。为了查明贵州省紫云县白云小学岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷区开展了水文地质调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩土样测试等多项工作。综合研究表明,白云小学岩溶塌陷是特殊的"水-土-岩"不良因素共同作用的产物。根据塌陷区的岩土组构特征,建议在黔中岩溶地区进行工程选址前,采用"监测预防+控水+工程治理"综合防治措施。     

强夯法在液化场地的应用探讨

对岩土勘察中饱和砂土和粉土的液化机理进行了阐述,主要对强夯法消除液化的影响因素进行了对比分析,对于在类似发生液化场地的岩土勘察中起到一定工程实践意义.     

黔中地区浅覆盖型岩溶塌陷成因机制与防治对策——以紫云县白云小学为例

黔中地区处于贵州省第二阶梯,平均海拔800～1600 m。具有可溶岩分布面积广、岩溶极其发育、第四系土层覆盖薄、地下水埋深浅、地下水动力条件强等特点。岩溶地面塌陷是该区主要地质灾害之一。为了查明贵州省紫云县白云小学岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷区开展了水文地质调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩土样测试等多项工作。综合研究表明,白云小学岩溶塌陷是特殊的"水-土-岩"不良因素共同作用的产物。根据塌陷区的岩土组构特征,建议在黔中岩溶地区进行工程选址前,采用"监测预防+控水+工程治理"综合防治措施。     

黏土抗渗强度试验研究——以桂林铁山工业园工程场地红黏土为例

土的渗透变形是很多地质灾害及岩土工程事故的主要原因之一,但目前黏土的渗透破坏临界条件研究较少。从微观角度分析了黏土在外界驱动水压作用下的渗透破坏过程,以抗渗强度作为黏土渗透破坏临界条件参数。为获取此参数,设计了模拟外界驱动水压作用下,黏土渗透破坏过程的抗渗强度试验装置及方法。选取广西桂林红黏土层底部原状样,测试了32组不同厚度试样,并得出各试样抗渗强度。依据试验结果,分析了抗渗强度受渗透方式和尺寸效应的影响,并采用Arc Gis软件统计分析试样抗渗强度的差异性。最终选择15组实际渗透厚度2.5 cm试样的试验结果平均值40.8 k Pa,为工程场地黏土抗渗强度值。通过比较抗渗强度值与钻孔实际监测渗透水压,评价工程场地内黏土渗透破坏形成土洞塌陷的可能性。评价结果表明,目前工程场地内黏土渗透驱动水压低于抗渗强度,不具备形成土洞的条件。经实地勘察,评价结果符合现场实际情况。     

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。     

我国不同储量丰度大中型气田形成的聚散气速率特征

通过我国41个大中型气田天然气扩散散失量计算和地质储量、含气面积及形成时期统计,对其扩散散失气速率、聚气速率和聚散气速率比值进行了研究,得到我国41个大中型气田天然气扩散散失气速率为0.2×106～49.5×106 m3/km2Ma,平均为7.2×106 m3/km2Ma,聚气速率为2.1×106～528.1×106 m3/km2Ma,平均为79.4×106 m3/km2Ma,聚散气速率比值为1.5～94.2,平均为14.5。通过我国41个大中型气田储量丰度与聚散气速率比值关系研究得到,二者为正比关系,聚散气速率比值越大,大中型气田储量丰度越高;反之则越低。我国要形成高储量丰度大中型气田的聚散气速率比值最小应大于4.1,中等储量丰度大中型气田形成的聚散气速率比值在4.1～2.3之间,低储量丰度大中型气田形成的聚散气速率比值应小于2.3。     

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。     

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。      

高压旋喷桩在向家咀变电站软土地基中的应用

220 kV向家咀变电站场地地层第⑤层为软塑～流塑状的粉质粘土,主要分布于综合配电楼及220 kV构架区区域,考虑到地下水活动的影响,容易造成土洞或者发生土洞塌陷。针对这个问题,对软土层采用高压注浆等方式进行加固处理,并对处理效果进行了检测。结果表明,施工质量合格,工程隐患消除。     

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。      

岩溶土洞稳定临界深度的初步研究

在岩溶土洞发育地区进行工程建设时需要确定土洞是否会发展成地面塌陷和对工程结构物稳定性有影响,分析表明土洞临界深度可作为评价土洞稳定和加固深度的依据。本文采用有限元分析方法,以土洞塑性区贯通至地面或路基表面作为土洞发展成地面塌陷和临界深度的标准。研究表明,土洞的临界深度与土洞形状、土洞尺寸、位置和路基填土厚度有关;土洞断面形状为圆形时临界深度最小,土洞尺寸越大,路基填土越厚,相应土洞临界深度越大。      

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。     

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。     

岩溶土洞演化及其数值模拟分析

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。土洞在水的作用下发育演化最终形成塌陷,可通过地下水位的变化来研究土洞发育和塌陷的形成。同时土洞的演化会造成覆盖土体不均匀位移和应力重分布,可通过覆盖土体位移和应力变化来进行研究土洞演化过程。采用FLAC3D三维有限差分程序,分析覆盖层垂向位移场表明:最大垂向位移出现在土洞顶部,使拱顶出现拉张破坏,并可根据洞顶土层位移的数值模拟结果,划分“等沉面”确定土洞扰动的土层深度。分析覆盖层剪切应力场表明:在土洞拱趾部位出现剪应力集中,会造成拱趾的剪切破坏,并可根据洞顶“剪应力低值区”,判断覆盖层中土拱效应的存在。分析覆盖层塑性区表明:较为坚硬的黏土层中,土洞以拱顶塌落和拉张破坏为主,最终可以形成坑壁较为陡直的桶状或坛状塌坑。土层较为松散时,以拱趾的剪切破坏为主,最终可以形成锥碟形塌陷坑。利用“剪应力低值区”,“等沉面”和“塑性区”可综合判断土洞的稳定性以及覆盖层所能形成的极限土洞大小。岩溶土洞演化规律及数值模拟研究对岩溶塌陷（土洞）早期监测和评价有着重要的理论及工程意义。      

采煤活动对唐山城市建设场地稳定性的影响分析

通过InSAR地表变形监测技术和数学模型理论计算,采空塌后期场区地基土的稳定性主要取决于采空区顶部的土体而不是岩体。城市规划区内局部有5层可采煤层,尤其是-200m以下的煤层停采在20世纪70年代以前,已完全塌落、压密、再造。而塌后期的土体底部粘土隔水层被拉裂,在双层水位作用下发生潜蚀形成土洞造成地面不均匀沉陷,影响城市建设场地的稳定性。     

武汉地区浅层岩溶发育特征与岩溶塌陷灾害防治

运用综合分析和数学统计的方法,较为深入地研究了武汉地区浅层岩溶的发育特征。武汉地区存在6个走向 NWW-SEE、各自相对独立的碳酸盐岩条带。根据上覆盖层工程地质性能的差异,划分出5种岩溶地质结构类型。武汉地区浅层岩溶主要类型有溶隙、落水洞及小型溶洞等,钻孔遇洞率46.0%-50.1%,线岩溶率5.93%-6.00%。浅层岩溶带中,1/3的溶洞洞高小于0.6 m,50%小于1.0 m,90%小于3.0 m。1/3的溶洞顶板在基岩面以下2.5 m 以内,50%在4.5 m 以内,90%在12.5 m 以内。溶洞充填物主要是黏土,含有灰岩碎块石。全充填溶洞占70.8%,未充填溶洞约占1/5,半充填溶洞不到8%。全充填溶洞顶板在基岩面以下平均埋深5.13 m,半充填5.71 m,无充填7.69 m,且具有全充填和半充填溶洞埋深较小、无充填溶洞埋深较大的特点,反映出溶洞充填方式是自上而下充填,充填物主要来源于上部覆盖层。武汉地区浅层岩溶为上部“垂直渗流岩溶带”地下水垂直渗流作用下的产物。根据岩溶发育程度的差异,基岩面以下浅部碳酸盐岩在垂直方向上可分为上部强岩溶和下部弱岩溶两个带;岩溶塌陷灾害平面上可划分出高、中、低3个危险性区,各区防治原则不同。高危险区是岩溶塌陷灾害防治的重点,防治的基本原则是阻止上覆粉细砂的流失;中等危险区的防治原则是保护中部老黏土层或红层的完整性;低危险区应注意远城区土洞存在的可能性。各危险区治理应以岩溶地质结构为基础,在防治原则指导下制定相应的防治措施。此外,工程建设中应合理选择和利用弱岩溶带。     

方解石充填物对于深层古岩溶洞穴保存的独特意义--以塔河地区奥陶系为例

塔河油田奥陶系古岩溶洞穴埋藏深度之大在世界范围内罕见,但对其为何没有垮塌殆尽的原因却知之甚少。为了探究其保存机制,对比了Fort Worth盆地奥陶系深埋洞穴,发现大量缝、洞充填方解石是塔河地区洞穴中常见且特有的充填物。在统计和综合分析缝洞方解石充填物地球化学数据的基础上,以洞穴充填方解石成因类型为切入点,详细分析了构造运动背景、热液活动、油气充注、方解石的产状以及洞穴受力情况,通过与Fort Worth盆地深埋洞穴埋藏史的对比和分析,提出塔河地区深埋岩溶洞穴的一种保存机制。研究区岩溶洞穴方解石主要是长期浅埋阶段,以大气淡水成因为主,海水成因为辅形成,深埋过程还受到了溶蚀性流体（岩浆热液和有机酸）后期改造。方解石充填物增加了洞穴的抗压性,岩溶洞穴内部充填的方解石在埋藏过程中支撑了洞穴;岩溶洞穴顶部裂纹中充填的方解石还“愈合”了洞穴周边的裂纹,强化了洞穴的顶板,增加了洞穴整体的稳定性。充填的方解石在垮塌前占据了部分洞穴空间,在埋藏后,高温有机酸、CO₂、H₂S和岩浆热液沿着深大断裂等通道对奥陶系碳酸盐岩改造溶蚀作用明显,也对处于优势通道和良好储集性能的洞穴充填方解石进行了改造,恢复了部分洞穴空间。因而认为地表、近地表方解石充填过程是碳酸盐岩洞穴型储层的“保持性成岩作用”。     

ANSYS在土洞演化预警中的应用

以桂林某高速公路为工程依托点,在全面分析现有高速公路覆盖地区的岩溶土洞的监测预警技术的基础上,选取TDR监测技术作为主要研究手段,并用ANSYS模拟了TDR监测全过程。模拟结果表明,在基岩面以上厚5.0 m左右的土层中发育有土洞且直径3.0 m以上时,可能对地面造成破坏,当土层厚度不变（5.0 m）,梁的截面尺寸一定（8 cm×6.5 cm）,土洞沿基岩面慢慢往上发育时,随着土洞发育直径的不断增大,地面变形也就越明显,且变形趋势呈缓慢的直线型; 当土洞直径为2.0 m,埋深为4.0 m,或土洞直径为4.0 m,埋深为3.0 m时,梁埋深从2.0 m开始,其变形趋于平缓;当土洞直径为3.0 m时,埋深为3.5 m,梁埋深从1.0 m到3.0 m,其变形量基本相当;当土洞直径为5.0 m,土洞顶板埋深为2.5 m,梁埋深分别为1.0 m、2.0 m,其基本保持一致,分别为6.74×10－2 m、6.75×10－2 m,即达到极限平衡状态,说明监测梁布设在距离土洞顶板2 m范围内时,可比较有效地监测到土洞变形破坏的演化趋势。