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。     

武汉市工程施工引发岩溶塌陷机理分析

文章对武汉市岩溶塌陷进行了全面梳理,主要对由工程施工引发的岩溶塌陷进行了归纳总结,按施工类型将其分为4大类,对其在不同地质条件下引发岩溶塌陷的成因机理、致塌模型进行举例分析,得出结论:钻探施工诱发的岩溶塌陷以岩层顶板破坏—垂直渗压致塌模式及崩解—土洞顶部破坏—加载致塌模式为主;桩基础施工以岩层顶板破坏—渗流液化致塌模式为主;抽排地下水诱发的岩溶塌陷为潜蚀-吸蚀致塌模式,荷载振动诱发的岩溶塌陷为潜蚀—振动—加载致塌模式。武汉市岩溶塌陷以钻探、桩基施工诱发为主,因其容易破坏岩土体结构、水动力条件,具有猛烈而快速的特点;抽取地下水影响范围较广,隐蔽、不易察觉;振动荷载只能作用于土洞形成后。      

武汉市江夏区大桥新区红旗村黏土盖层岩溶塌陷致塌模式分析

武汉市江夏区大桥新区红旗村文化大道附近发生岩溶塌陷,其上覆盖层为黏土。文章针对该类型岩溶塌陷,结合岩溶发育特征、土体物理力学性质、水文地质条件和人类工程活动等影响因素,对致塌模式进行了综合分析,得出在溶沟底部分布有软塑至流塑状的力学性质较差的红黏土,溶沟底部发育的溶蚀裂隙与下部的溶洞或通道相联通;流塑状红黏土流失至下部岩溶通道中,形成土洞;钻探施工、楼房载荷、振动作用加速黏土体的软化、崩解和溶蚀作用,进而加速土洞向上发展。此外,地基开挖减少上覆黏土厚度,降低了土体抗剪强度,最终在上覆土体自身重力和附加荷载作用下发生塌陷。根据土体受力情况,得出塌陷力学模型,并利用数据进行验证,其验证结果与实际相符合,并结合致塌模式和力学分析提出应增强土体抗塌性能、增加建筑物地基稳定性和减缓岩溶系统水动力因素变化的防治措施。      

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。      

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。     

重庆中梁山岩溶地面塌陷特征及形成机理

通过详细调查重庆中梁山地区的岩溶地面塌陷灾害情况,分析出该区地面塌陷特征及形成机理。结果表明:岩溶地面塌陷主要分布在嘉陵江组中的地势低洼处、断层和溶槽处,多发生在降雨量大和地下水水位陡降时期,是自然因素和人类活动共同作用下的结果,数量较多,以土洞型为主;其致塌的力学机制以真空吸蚀作用和潜蚀作用为主,多种作用为辅;在具备岩溶塌陷发生的地质条件下,隧道建设过程中的强排水、降雨和村级公路修建与运营过程中会诱发岩溶地面塌陷的发生。根据岩溶地面塌陷的致塌力学机制和诱发因素,提出预防降雨形成的地表水过度聚集,隧道建设避免地下水陡降,村级公路和隧道选址避开岩溶发育区域等措施,以防止岩溶地面塌陷发生。      

南宁市坛洛镇岩溶塌陷群成因机制分析

岩溶塌陷是岩溶区较为常见的地质灾害,对其成因机制的研究有助于针对性的进行综合防治。为了弄清2012年6月在广西南宁市坛洛镇连续发生的岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷群发生地区开展了现场调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、地下水动态长期监测、岩土样测试等多项工作。结果表明,坛洛岩溶塌陷群是各种不良因素共同作用的产物。其致塌因素主要包括特殊的“水-土-岩”组合及人为活动。研究区地下水位埋深较浅,土体结构以粘性土为主,渗透系数较低且易崩解,地下岩溶极为发育。高强度的人工地下水开采活动是坛洛岩溶塌陷的诱因。深入分析其发育机理,认为塌陷群是渗流潜蚀效应、增荷失托效应和水位波动产生的气压差效应等3个力学效应综合作用下发生的,其致塌模式是重力致塌、潜蚀致塌、真空吸蚀致塌和冲爆致塌等4种模式的相互结合。根据岩溶塌陷的发生顺序推断坛洛镇岩溶塌陷群的发育过程可分为缓慢发育—塌陷诱发—塌陷集中爆发3个阶段,各阶段的主要地质营力有所不同。      

枣庄岩溶塌陷形成机理与致塌模型的研究

渗压效应是指由于降雨入渗补给岩溶地下水,而对盖层土体产生的综合作用,包括静水增荷效应、垂直渗透效应、吸水软化效应及负压封闭效应。渗压效应致塌机制是多年持续采水区降落漏斗中心部位岩溶塌陷的主要力学机制。本文根据普氏理论及极限平衡理论分别建立了内部塌陷阶段临界土洞的高度表达式及地表塌陷阶段的渗压效应致塌力学模型,并用表达式及模型对枣庄市的岩溶塌陷进行了验证分析与评价,分析结果与实际塌陷情况符合较好,建立的表达式与模型基本上反映了该地区岩溶塌陷的形成机理。     

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。     

覆盖型岩溶土洞对地下水升降作用的响应及其塌陷演化过程研究

福建省岩溶塌陷地质灾害发育,其发育程度仅次于滑坡、崩塌地质灾害。为研究岩溶塌陷的演化过程,本文以福建省典型覆盖型岩溶塌陷为研究对象,现场采取了覆盖层土样,在自制的物理模型箱中布设光纤光栅应变传感器、孔隙水压力计、沉降计等监测仪器获取不同条件下覆盖层土体的应力-应变信息,分析了覆盖层土体的响应情况,研究了典型覆盖层岩溶塌陷的发展演化过程。研究结果表明：(1)第四系覆盖层孔隙水位升降作用下,土层的孔隙水压力值基本呈等幅变化,底层土体变形最弱,顶层土体变形最大,两者的应变差值最大可达5倍。水位升降对土洞周围土体的破坏较小,土洞尚未形成。(2)岩溶水水位反复升降的过程中,孔隙水压力的增减与渗流水位变化同步;同一水平面上越靠近溶洞的土体产生的应变越大,且土层越高,应变差值越大,顶层土体应变差值达2000με。土洞顶板变形在水动力作用与真空吸蚀作用下不断向上发展,当变形发展超过临界土洞高度40 cm时,形成地面塌陷。(3)典型覆盖型岩溶塌陷演化过程可划分为土洞发育-覆盖层内部塌陷-地表塌陷3个不同阶段。(4)闽西南岩溶土洞塌陷大多发生于山间盆地河谷两侧地下水强径流排泄区,覆盖层厚度较大,多为第四系...     

广东佛山市高明区李家村岩溶塌陷群成因机理分析

以自然诱发的李家村岩溶塌陷群为研究对象,在系统收集区域地质、构造、工程、水文、环境、气象、历史灾害等资料的基础上,结合钻探揭露结果,查明了李家村岩溶塌陷群所在区域地质环境条件和岩溶发育特征,分析了形成过程,并探讨了成因机理。结果表明:（1）李家村岩溶塌陷群所在区域覆盖层为带“天窗”的“隔?透”交替型地质结构、基岩可溶岩砾状灰岩中方解石含量高易溶蚀,为土洞和溶洞形成和发展起到决定性作用;北东向和北西向断裂交叉叠加作用、紧靠西江和存在古河道,为地下水潜蚀强径流和频繁交换提供通道,对岩溶发育起到主导作用;地表水和地下水连通性好有助于降雨诱发岩溶塌陷;（2）李家村岩溶塌陷群的发生过程经过三个阶段:前期水渗气压阶段→中期软化塌陷阶段→后期振动群塌阶段,致塌模式属渗压?重力?软化型。（3）李家村岩溶塌陷群是在特殊的“岩?土?水?气”组合地质环境条件下,由强降雨作用诱发并导致土洞垮塌而引起一连串自然塌陷所形成的。     

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。      

疏干排水矿区闭坑后岩溶塌陷形成机理探索——以湘中地区恩口煤矿为例

恩口煤矿已关停20年,地下水位已恢复,但地面塌陷灾害时有发生,为了探讨恩口煤矿闭坑后的岩溶塌陷成因机理,总结水位恢复中与恢复后的致塌模型,文章梳理了恩口煤矿区岩溶塌陷的时空分布、土体结构等基本特征,着重于分析煤矿闭矿后岩溶塌陷的发生与地下水位恢复过程的相关性,提出水位恢复中与恢复后2个阶段发生岩溶塌陷的成因机理与致塌模式。第1阶段,主要致塌模式为浮托—软化型,理论模型来源于基坑突涌的产生条件公式,发育地段主要集中在以往塌陷密集分布区,与采矿降水过程中加速土洞的形成相关,塌陷发生的数量明显低于疏干排水过程;第2阶段,致塌模式为潜蚀—失稳型,是指由地下水位在岩土界面自然波动引发的岩溶塌陷,仅零星发生。文章为娄底市进行地质灾害易发性、危险性评价与防治规划,提出科学、经济、可行的防治措施与建议,同时,为湘中类似地区的岩溶塌陷预测与防治区划提供参考。      

岩溶塌陷光纤传感试验装置的标定试验

根据岩溶土洞(塌陷)变形演化特点,分析土体与传感光纤之间的力学关系,简化塌陷力学模型,加工塌陷模拟试验装置并进行试验。首先通过对光纤加载和卸载来模拟土洞形成过程顶板荷载的变化及分析传感光纤相应的变形和轴向应变特点,然后研究了土洞规模变化对光纤传感监测的影响。研究表明:在土洞形成过程中,因土洞规模和上覆土层荷载不一而导致的应力场的分布变化,以及不同光缆对应力场变化响应灵敏性的差异,是影响分布式光纤传感技术在岩溶土洞中应用的关键因子。文中所标定的光纤传感试验装置能较好地显示岩溶土洞形成演化过程中的应变变化特征,说明分布式光纤传感技术可应用于岩溶土洞的监测预警。      

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。     

岩溶塌陷发育的时空阶段性分析

岩溶塌陷是土洞形成与发展的结果，临界土洞的形成是土洞发育的最终阶段，以临界土洞为界，岩溶塌陷的整个发育形成过程从时间和空间上划分为内部塌陷和地表塌陷两个密不可分的阶段。内部塌陷阶段是土洞发育与扩展即覆盖层岩土体逐渐 缓变过程，土体的破坏为拉张破坏与剪切破坏相复合的混合破坏方式；地表塌陷阶段是土洞扩张导致地表土体破坏塌落的突变过程，土体破坏为剪切破坏或拉张破坏，不同的破坏方式将在地表形成不同形状的塌坑。     

基于FLAC3D的岩溶土洞演化及数值模拟分析

以栖霞市中桥地区岩溶塌陷为研究对象,结合野外钻探、岩矿试验的地质、工程地质资料,采用FLAC3 D软件对“粉质粘土+透水土层+粉质粘土+灰岩”型岩溶塌陷模式进行模拟,通过对地下水位下降过程模拟、土洞开口大小及临界致塌水位降幅的确定,最终得出覆盖层25 m情景下,临界土洞最大安全高度为3. 5 m,水位降幅1. 20 m。岩溶区土洞的演化及数值模拟分析对于岩溶塌陷预报预警有着重要的理论意义,为保障人民财产安全提供依据。     

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。     

湖南宁乡煤炭坝镇富家村岩溶地面塌陷成因分析及防治建议

本文依据岩溶地面塌陷理论对宁乡煤炭坝镇富家村岩溶地面塌陷的成因、发展趋势进行了研究。根据勘查发现,研究区岩溶地面塌陷具有分布密度高、塌陷规模大、塌坑回填后稳定性差,具有继续变形甚至再次塌陷的特点。通过对区内地质环境条件分析发现,区内覆盖层厚度较薄,岩溶极为发育,煤炭坝矿区排水形成巨大的降落漏斗,孔隙水与岩溶水存在巨大的水头差,导致区内岩溶地面塌陷的发生。同时,区内开采灰岩矿,形成大面积采空区,对岩溶地面塌陷的发生起到了强大的促进作用:一是提供了巨大的物质储存空间;二是大大减小了物质运移途径。塌坑回填堆积在溶洞的土体受地下水的冲蚀潜蚀发生运移,上方土体失去支撑而不断流入采空区,造成塌坑回填后稳定性差。      

岩溶隧道断层面突水灾害的力学机制

通过岩溶工程地质剖面和地质钻孔资料对岩溶发育特征与强度、第四系覆盖层厚度及物质组成、地下水动力条件等进行分析;并以此为基础,根据莲花县城区岩溶塌陷形成特点,结合岩溶塌陷点发生时的降雨量和地下水位变化记录等资料进行综合研究。结果表明:莲花县城区岩溶塌陷主要以水流潜蚀、高压气蚀、负压吸蚀、下渗旋吸、土体软化、重力加载等破坏作用叠加效应形成的土洞型塌陷为主;地下水位循环交替是引发岩溶塌陷的主要原因,而降雨强弱又直接影响着地下水动态变化;地下水循环交替不同阶段表现出对盖层的各类破坏作用的特征不同,一般在经多期次地下水循环交替过程后形成地面塌陷;部分地面塌陷因农田囤水、地面加载或振动而诱发。该文研究成果可为莲花县岩溶塌陷预警预报及防治提供科学依据,其他南方岩溶发育相近地区具有参考意义。