泰安市覆盖型岩溶分布地区岩溶塌陷地下水位预警研究

开展地下水位预警研究有助于中国北方覆盖型岩溶分布地区地下水资源开采的调蓄和岩溶塌陷地质灾害的预防。文章提出了此类地区岩溶地下水水位预警线的划定方法,基于统计分析绘制长序列监测水位的最小值、第5、第25、第75百分位值曲线作为地下水位预警判据模板,以基岩面附近的水位波动阈值和水位低于基岩面的深度建立岩溶塌陷地下水位预警判据模板,最终建立综合预警判据模板并确定分区预警结果。将该方法用于山东省泰安市城区-旧县岩溶水系统,通过2015年和2016年的单点预警结果和分区预警结果进行对比分析,认为该方法预警结果与实际情况基本相符,具有可推广性。      

岩溶塌陷灾害的岩溶地下水气压力监测技术及应用

文章系统、全面地介绍了岩溶地下水气压力监测技术及其应用成果。该技术在监测成孔、孔口的密封及监测频率等方面创新性地提出了相关的工艺方法,能真实、及时且充分地反映出岩溶管道裂隙系统中的地下水气压力变化特点,可为岩溶塌陷的机理研究、监测和预警提供科学依据。岩溶地下水气压力监测技术工艺简单、操作方便、成本低廉,经过20多年的改进,已成功应用于全国11个典型岩溶塌陷区,服务于高铁、水源地、油气管线、市政建设等潜在岩溶塌陷风险性评价、安全降深、监测预警等方面,取得了很好的效果。      

岩溶塌陷机理研究进展

岩溶塌陷机理是开展岩溶塌陷监测、预警、防控及治理工作的基础。长期以来,岩溶塌陷机理研究都是以事后调查的定性推测为主,缺乏必要的科学观测数据支持,导致目前的岩溶塌陷机理仍然处于假设阶段,并成为岩溶塌陷灾害监测预警与防治方面的理论瓶颈问题。文章总结了近年来国内外岩溶塌陷机理的最新研究进展,提出目前的岩溶塌陷机理都可以归结为土岩体的渗透变形,但其临界或破坏指标还需进一步探讨,此外指出随着高频采样的水压力、加速度计及声波等传感器的实用化,塌陷机理研究将面临着从静水压力到动水压力方面的挑战,并且压力脉动造成的气蚀破坏、共振破坏也将是下步探究的重点。     

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。      

岩溶塌陷研究现状及趋势分析

为全面掌握当前国际岩溶塌陷研究动态,促进岩溶塌陷综合防治水平提升,重点从成因机制、识别评价和监测预警三个方面总结了当前国内外岩溶塌陷研究现状,以此为基础,综合运用文献和项目数据对国内外岩溶塌陷研究趋势进行了分析。结果显示:人类工程活动与岩溶环境相互作用关系是当前国际岩溶塌陷研究的热点;成因机理定量化、隐患识别快速化、监测预警精细化和风险防控时效化将是未来的重点攻关方向。      

广州岩溶塌陷形成条件及主要影响因素

广州市岩溶塌陷主要分布在广州西北的广花盆地内,根据大量勘查资料分析,得出岩溶塌陷形成条件及其主要影响因素是复杂和多方面的,如覆盖层岩土性状与厚度、岩溶发育程度、气候条件、地下水与人类工程活动等.覆盖层土体结构越疏松、级配越好、强度越低、厚度越小,岩溶越发育,越容易产生土洞和塌陷;降水季节和持续性的强降雨天气或久旱后的暴雨,板易导致地面塌陷;地下水活动则促使或加速土洞及岩溶塌陷的形成;工程钻探、地下水的抽取、地下采矿及地下工程施工等人类工程活动对岩溶塌陷也有重要影响,常作为诱发动力,通过改变基本条件而加速岩溶塌陷的形成.     

柳江水源地岩溶地面塌陷

秦皇岛市柳江水源地开采岩溶地下水，出现地面沉降、开裂与塌陷。通过实地调查研究，总结了本区岩溶发育特征、岩溶塌陷的分布规律，分析了地面塌陷产生的原因，并提出了防治措施。     

广州金沙洲岩溶地面塌陷灾害预警预报研究

受武广客运专线金沙洲隧道施工抽排大量地下水的影响, 2007—2012年广州金沙洲发生了大规模岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害,造成了重大经济损失。为防治地质灾害,采用综合地质调查、地下水位监测、地面沉降监测、物探、钻探和试验等手段勘查和研究,建立了完善的地下水位和地面沉降监测网络。在此基础上,根据地质环境条件、岩溶发育程度和地质灾害分布特征进行岩溶塌陷易发性分区,选择地下水位变化量和地面沉降量这两个与岩溶塌陷最直接、最敏感和最重要的参数,从预警预报参数选择、时间尺度选取、判据分析计算、预警预报方法、模型系统的建立等方面进行研究,选取临界日综合地下水位变化量和临界日综合地面沉降量作为预警预报判据,结合三维地质结构模型建立岩溶塌陷预警预报模型系统。成功地预警预报了两起岩溶地面塌陷,取得较好的预报效果,说明该岩溶地面塌陷预警预报模型系统实用、有效,为金沙洲防灾减灾提供地质科学依据,为当地的社会稳定和经济可持续发展提供技术支撑。     

岩溶矿床疏干区地下水位恢复对岩溶塌陷作用机制的研究——以湖南宁乡大成桥为例

截止2016年底,大成桥疏干区在地下水位恢复过程中共发生了17起岩溶塌陷,文章结合地下水动态监测、水文地质钻探成果以及现场调查资料等,研究地下水恢复特征及其对岩溶塌陷的作用机制,为研究区塌陷的预警防治提供科学依据。结果表明:研究区岩溶塌陷集中在河流两岸阶地和麻枣冲沟中;岩溶塌陷发生顺序为先补给区后径流区,与地下水恢复动态过程密切相关;区内地下水恢复过程可分为4个阶段,不同阶段岩溶塌陷机理可分为渗流潜蚀-气爆效应,负压吸蚀效应,软化增荷-挤压-吸蚀效应和软化-崩解效应等4种力学效应组合,不同力学效应作用下的致塌模式有所不同。其中地下水位在基岩面附近4~5 m范围波动更容易引发岩溶塌陷。目前补给区地下水位标高63.95~71.8 m,高于基岩面5~6 m;径流区为42.8~57.7 m,位于基岩面以下4~17 m,因此须密切观测研究区地下水位变化。      

岩溶塌陷自然电场及其应用

流经土洞或岩溶塌陷坑中的地下水破坏了土层的固-液界面离子双电层扩散区中正、负电荷的平衡,引起地下介质（土层）自然极化,形成自上而下的自然电场。土洞或岩溶塌陷在平面上产生自然电位似同心圆负心异常、在剖面上引起极小值异常;自然电位梯度在剖面上出现过零点异常,在平面上呈以零值线为对称轴的正负对称的似“蝴蝶状”异常。岩溶区自然电场法干扰因素主要有工业游散电流等人文干扰电磁场、地下金属管道（线） 自然极化电场、上升或下降泉自然电场、山地电场、炭质灰岩自然电场等。针对岩溶区自然电场法干扰因素特点,本文提出采用避让法、排除法、在线监测法进行消除,并将之应用于广西来宾市吉利村岩溶塌陷探测中。结果表明,自然电位剖面曲线在地面沉陷区中心附近出现极小值异常,自然电位梯度剖面曲线也在相同部位显示过零点异常。水文地质监测钻孔在相应的位置上分别揭露了塌陷堆积物、溶洞和断层破碎带,从而验证了上述自然电场法异常的属性。      

数值模拟在岩溶塌陷预警系统建设中的应用 ——以临沂市城区岩溶塌陷为例

岩溶塌陷是近年来频发的主要地质灾害类型之一,其发生、发展主要受岩溶水不合理开采所致,水位是影响岩溶塌陷的重要因素。文章以临沂市城区岩溶塌陷为例,探讨在建立完善的监测网络基础上,通过水文地质模型模拟城区一带的岩溶塌陷区水位的变化趋势,预测分析可行的地下水开采方案,建立起完整的岩溶塌陷动力预警系统,为减少或避免岩溶塌陷的发生提供了科学依据,也为同类地质灾害的监测、预警、预防提供了借鉴模式。     

烟台市栖霞中桥岩溶塌陷特征成因与综合治理措施研究

烟台市栖霞中桥地区岩溶十分发育,近年来先后多次发生岩溶塌陷,对周边居民生命财产造成了较大威胁。岩溶塌陷地质灾害治理需要根据塌陷区地质环境条件和施工场地条件,选取最佳治理措施。本文以烟台市栖霞中桥岩溶塌陷治理为例,分析研究区岩溶塌陷形成条件,对常用的灌浆法、清除填堵法、深基础法及跨越法四种治理方法进行比选,针对研究区岩溶塌陷地质灾害实际提出具体治理措施。分析结果认为：研究区2016-2017年与2019年各发生岩溶塌陷12次(其中2处为重复塌陷)和3次,岩溶塌陷坑在平面上多呈似圆形、椭圆形,在剖面上呈现坛状分布。岩溶塌陷的形成条件为研究区内存在的可溶岩分布、岩溶洞隙存在、一定厚度的松散盖层及易于改变的岩溶地下水动力条件的共同作用。针对研究区各个岩溶塌陷坑不同灾害特征,选取深基础法和跨越法分别进行工程治理。治理工程完成后仍需进行定期巡查并监测治理场地沉降情况。同时应对岩溶塌陷的发生进行监测预警,对地表建筑物进行位移和变形量监测,开展地下水位动态监测,合理优化地下水开采强度及时间,一旦达到预警水位立即执行应急措施。研究结果可供今后类似工程借鉴参考。     

武汉市岩溶塌陷的演化机理研究

基于武汉市易发生的29处岩溶塌陷,从岩溶、覆盖层和地下水3方面分析了岩溶塌陷的内部结构;通过现场监测和数值模拟,分析了降雨、钻探和桩基施工的输入作用,并探讨了武汉市岩溶塌陷的演化机理。结果表明:（1）“上黏下砂”的盖层结构、浅部岩溶发育、孔隙水与岩溶水具良好水力联系是塌陷形成的基础条件;（2）自然环境下开口岩溶上方土洞扩展存在水力潜蚀和应力集中破坏两个演化阶段;（3）钻探和桩基施工联通孔隙水和岩溶水的瞬间,孔壁周边松散砂土快速进入临界水力梯度而破坏。桩基施工在覆盖层内的振动荷载和超孔隙水压力,易造成覆盖层整体破坏。在岩溶区施工产生的冲击作用可使岩溶水和孔隙水形成不同步波动,两者存在高水头差,致使覆盖层内砂层在压力差作用下破坏。     

岩溶地面塌陷监测技术与方法

重点阐述地质雷达和岩溶管道裂隙中的水(气)压力传感器自动监测两种监测技术的原理及在岩溶塌陷监测中的应用,对光导纤维监测技术的原理及其在岩溶塌陷监测、预报的应用前景进行了展望。同时分析、说明了三种塌陷监测方法的优缺点和适用条件: 地质雷达监测费用昂贵,适用于短距离、小范围监测;光纤监测法适用于各种线状工程监测;岩溶管道裂隙中的水(气)压力传感器自动监测法则适用于由地下水触发的塌陷的监测。      

枣庄岩溶地面塌陷机理研究

过量开采岩溶水会导致岩溶地面塌陷,枣庄则是全国岩溶地面塌陷比较严重的地区之一,塌陷已对当地的居民生活和经济建设造成了巨大的危害。根据大量的勘察资料和地下水动态监测资料,研究了枣庄地区奥陶系碳酸盐岩岩溶发育特征,探讨了岩溶地面塌陷的形成机理,岩溶裂隙和上覆土层的性质和厚度是岩溶地面塌陷的先决条件,地下水位大幅度升降引起的物理地质作用是塌陷的主要动力来源,震动和水位突变是重要的诱发因素。     

岩溶塌陷渗压效应致塌机理研究--以山东省枣庄市岩溶塌陷为例

山东省枣庄市是北方岩溶塌陷的主要发育区之一，该区岩溶塌陷主要分布在十里泉水源地及丁庄一东王庄水源地地下水降落漏斗中心范围内，在发生时间上具有明显的阶段性。第1阶段岩溶塌陷主要原因为抽排地下水引起的“真空吸蚀作用”及“失托加荷作用”；第2阶段塌陷主要原因是降雨入渗诱发产生的渗压效应。渗压效应是由于降水(或地表积水)入渗补给岩溶地下水时，对覆盖层岩土体产生的综合效应，包括静水增荷效应、垂直渗透效应，吸水软化效应以及负压封闭效应。从形成的力学机制上分析，该区第2阶段岩溶塌陷属于降雨入渗-静水增荷-吸水软化型，致塌的力学机制为渗压效应致塌力学机制。     

歌乐山地区隧道工程诱发的岩溶塌陷发育规律与形成条件

歌乐山地区近年来因密集修建隧道工程诱发大量岩溶塌陷,然而对岩溶塌陷的分布、规模、成因和演化等尚缺乏系统性总结。通过资料整理、钻井资料分析、监测资料解译等手段,对歌乐山地区岩溶塌陷发育规律和形成条件进行了系统性分析,对致塌成因机理和演化过程进行了深入探讨,得出以下结论：岩溶塌陷多组群式发育在隧址区内第四系粉质黏土覆盖的宽阔岩溶洼地、沟槽或构造裂隙密集区;多级岩溶洞缝系统为岩溶塌陷的形成提供了良好的空间发育条件,致塌力主要来自隧道工程建设引发的地下水动力条件变化;岩溶塌陷主要成因机理是隧道工程建设改变局部地下水环境,在重建过程中产生的多效应致塌作用诱发易塌地质结构塌陷;岩溶塌陷发育演化包括孕育、形成、稳定3个时期。孕育期,隧道工程建设初步揭露富水岩溶缝洞系统,表层缝洞带内形成土体运移、坍塌的空间,覆盖层局部发生变形、脱落。形成期,隧道工程建设与运营通常采取引水排放措施,在引发的多效应致塌作用下岩溶塌陷最终形成。稳定期,隧道工程运营至一定阶段后,地下水环境逐渐趋于新的动态平衡,既有岩溶塌陷逐渐稳定,塌陷群不再向外扩展。研究结果可作为岩溶塌陷监测预警、生态修复和隧道规划等工作的参考依据。     

岩溶塌陷监测内容及方法概述

岩溶塌陷是影响和制约岩溶地区社会、经济发展的主要环境地质问题之一,在我国也不例外.岩溶塌陷监测是岩溶塌陷地质灾害防治中重要内容之一.通过岩溶塌陷监测,可以掌握溶洞随时间的发展变化过程,包括大小、位置、应力强度等,进而为岩溶塌陷预测提供基础数据支撑,避免造成人员和财产损失.本文系统地介绍了目前国内外针对岩溶塌陷问题开展的主要监测工作.从岩溶塌陷的分布规律和形成的3大条件出发,总结出岩溶塌陷监测的内容和相对应的监测技术、方法和手段,为系统性地开展岩溶塌陷监测工作提供技术和方法参考,为更深入地研究岩溶塌陷机理等提供基础支撑.最后,文章指出未来岩溶塌陷监测工作的重点是新兴技术手段和传统监测方法相结合,互补优劣.     

线性工程路基岩溶土洞(塌陷)监测技术与方法综述

土洞(塌陷)的监测预警问题一直是国际上极具挑战性的课题。近年来,随着新技术的发展,特别是光电传感技术的应用,岩溶土洞(塌陷)预警监测已取得可喜的进展。本文通过对地质雷达监测法、剖面沉降监测法、In Sar 监测法、时域反射( TDR)同轴电缆监测法、基于岩溶管道裂隙水(气)压力监测的触发因素监测法、BO TDR及OTDR光纤传感监测法等适合于线性工程岩溶土洞(塌陷)的监测预报方法进行了系统分析比较,结果发现: 单一方法在岩溶土洞(塌陷)的监测预警中都有其局限性; 分布式TDR及BOTDR技术可有效确定岩溶塌陷的空间位置,但在埋设方面需进一步的研究;岩溶土洞(塌陷)的监测预警是一个系统工程,应考虑多种方法的综合运用。      

烟台中桥岩溶塌陷发育特征及防治对策

中桥灰岩分布区是胶东岩溶地貌的典型代表,近些年岩溶塌陷较为严重,给当地人民生命财产造成严重威胁。文章以力学、构造地质学、水文地质学等理论为依据,宏观微观相结合,对岩溶塌陷发育特征和过程以及岩溶塌陷触发因素进行研究。结果表明:在塌陷诸多因素中,地层岩性是基本条件,地质构造为主导因素,而水动力条件是决定因素;从地貌角度看,距离河流300 m以内区域岩溶发育更强烈,岩溶塌陷均发生于河流与河流夹角V型区域内;从盖层及构造角度看,岩溶塌陷多发育于覆盖层厚度为10~15 m、断裂上盘1 km以内的岩溶区域,为岩溶塌陷脆弱区;在塌陷触发因素方面,在具备岩溶塌陷基本前提下,强降雨、过度采排地下水以及连续干旱,特别是水位在灰岩面上方0~2 m持续波动超过5 d以上更易触发塌陷。在岩溶塌陷防治方面首先要合理规划地下水采排方案,其次在区内建设地下水监测预警网络,在矿山周边建设止水帷幕工程。