《岩溶地面塌陷理论与实践》内容简介北大核心CSCD

本书作者从岩溶地面塌陷过程中土颗粒受外力作用后的运动学响应特征出发,对可溶岩上覆土体进行了塌陷行为分类,划分了9类岩溶地质结构,提出了岩溶地面塌陷的“三机理”理论;以该理论为依据,探讨了岩溶地面塌陷的综合地质预测模型和确定性预测模型、监测内容和技术方法、防治与应急措施。同时,总结和介绍了岩溶地面塌陷不确定性预测模型——概率模型、模糊模型、灰色模型及其他预测模型;收集与整理了较为丰富的塌陷治理工程案例。在该著作中,作者从理论到实践,提出了岩溶地面塌陷完整的理论体系和技术方法,     

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。      

岩溶地面塌陷预测模型初探

岩溶的发育程度、上覆岩土体性质是岩溶地面塌陷形成的基本条件;地下水位下降,地表水或降水入渗,震动荷载等动力扰动,是形成岩溶地面塌陷产生的诱发动力条件。本文以山东省泰安市岩溶地面塌陷区为例,讨论了岩溶地面塌陷的产生机理,并从受力情况对其进行了分析探讨,从而提出了岩溶地面塌陷的预测模型。本文还根据研究区的8个塌陷实例对模型进行了检验。结果表明,该模型的计算结果与实际情况基本吻合。     

沙漏型岩溶地面塌陷物理模型

为了进一步研究覆盖型岩溶地面塌陷的发生条件和机理,在作者关于土体塌陷理论的基础上,着重研究了渗漏型地面塌陷的地质现象、地质模型、物理模型及其数学表达式。根据地质现象和砂性土中砂颗粒在塌陷过程中的运动学响应特征,建立沙漏型岩溶地面塌陷的地质模型。在此基础上,概化出物理模型,并根据物质守恒定律推演沙漏型塌陷的数学表达式。由此探讨了沙漏型塌陷规模与岩溶和水文地质条件的关系,认为沙漏型塌陷历时与砂性土的摩擦系数的平方、水力坡降的平方根及可溶岩洞径的8/3次方根成反比,与塌陷坑深度的立方成正比。文章从地质现象→地质模型→物理模型→数学表达式来研究沙漏型岩溶地面塌陷,地质理论依据充分,物理过程可靠,数学逻辑严密,所推导出的数学表达式较好地反映了沙漏型地面塌陷的基本规律。经工程案例验证,该物理力学模型与实际情况较为吻合。      

岩溶地面塌陷神经网络预测

应用神经网络理论的原理 ,通过对收集到的岩溶地面塌陷实例进行学习 ,建立了岩溶地面塌陷评价及预测模型 ,对某市岩溶地面塌陷进行预测。结果表明 ,神经网络方法具有精度高、收敛速度快、容错能力强等特点 ,在岩溶地面塌陷研究中具有广阔的应用前景     

覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测与危险性评估

为了给覆盖型岩溶地面塌陷防治提供依据,以岩溶地面塌陷的沙漏型、土洞型和泥流型等三个塌陷机理为基础,根据岩溶地质结构,结合岩溶发育程度和触发因素,提出了覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测和危险性评估方法。根据塌陷变形中土颗粒行为特征,将可溶岩上覆盖层土体区分为砂性土、粘性土和软弱土三种基本类型。依据三类土层在剖面上的组合关系,划分出三大类九个亚类岩溶地质结构。首先,依据岩溶地质结构的平面分布特征,结合岩溶发育程度和研究区可能存在的触发因素,对岩溶地面塌陷进行综合地质预测,即区分为高、中、低三个易发区;然后结合塌陷灾害对周围环境的可能影响程度,进行地面塌陷危险性评估,即划分为高、中、低三个危险区。覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测与危险性评估方法的地质理论依据充分,具有较好的实用性和可操作性。     

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。     

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。      

基于因子分析的GA-E LM模型岩溶地面塌陷预测

岩溶地面塌陷是多种因素共同作用的结果,具有隐蔽性和突发性的特点。为了快速、准确地对岩溶地面塌陷进行预测,提出了一种在因子分析的基础上利用遗传算法(GA)优化的极限学习机(ELM)岩溶地面塌陷预测模型。选取8个岩溶地面塌陷影响因素,利用因子分析提取5个公因子,然后输入GA-ELM模型进行预测。利用20组实例作为样本进行学习预测,以其中12组作为训练集,另外8组作为测试集。结果表明:进行因子分析后,不仅使ELM模型网络结构进一步简化,还提高了在相同隐含层神经元节点数情况下的预测正确率;在样本数较少的情况下,可以通过提高隐含层神经元节点数的方法来提高ELM模型预测正确率;GA-ELM模型相对于ELM模型的预测正确率明显提高,其具有更强的学习、预测能力;基于因子分析的GA-ELM岩溶地面塌陷预测是一种简单、准确、高效的方法。     

基于ANN与GIS技术的区域岩溶塌陷稳定性预测———以桂林西城区为例

岩溶地面塌陷是岩溶区常见的一种地质灾害, 塌陷区域预测是进行国土规划、资源开发与灾害防治的必要工作.由于岩溶塌陷的影响因素众多且相互作用, 发展过程复杂, 加之各评价因子的数值获取困难, 致使长期以来塌陷区域定量预测成为一个难以解决的课题.现行的区域预测模型不能描述塌陷形成模式的非线性特征, 也难以克服评价因子权重确定过程中人为经验因素的影响.神经网络技术的自学习、自适应与高度非线性映射特点显示了其在塌陷区域预测领域中应用的前景.根据研究区内地面塌陷空间聚集分布的特征, 提出了不同因子组合条件下塌陷发生可能性的定量化方法, 结合选定的评价因子类别确定了神经网络预测模型的结构, 利用312个塌陷点样本中的292个进行网络训练, 余下的20个样本的校验结果表明该模型具有较高的可信度.运用GIS技术将研究区进行评价单元划分, 并获取各评价因子的取值, 输入到训练好的网络中进行预测.将各单元的输出值进行归并处理后得到研究区岩溶塌陷的稳定级分区图.      

湖南临武某地岩溶地面塌陷特征及成因机理探讨

临武某地于2019年12月19日发生岩溶地面塌陷,塌陷前后有大量因地面变形所致建筑物损坏,利用地表调查、高密度电法、钻探等手段查明了岩溶地面塌陷所处的地质环境条件、地下水位变化情况、岩溶发育和分布特征、建构筑物变形特征、影响范围等。本文从上部覆盖层、淤泥质粘土层特征、下部灰岩的岩溶发育情况等结合岩溶地面塌陷形成条件的综合研究,提出本区覆盖型岩溶地面塌陷成因机理,并对岩溶地面塌陷进行了分析预判,提出了相应防治建议。     

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。      

人工神经网络在徐州岩溶地面塌陷评价中的应用

岩溶地面塌陷的影响因素很多,发展过程也复杂。在众多的对岩溶地面塌陷的评价方法中,神经网络具有自学习、自适应与高度非线性映射的特点,是一种非常有效的评价手段。在徐州岩溶石地面塌陷的评价中,成功地运用了人工神经网络技术,它具有的强大非线性映射能力,能够建立评价因子和评价对象之间的关系,正确选取评价因子,避免主观判断取值,从而得出可靠的预测模型和岩溶塌陷危险性分区图。     

唐山市岩溶地面塌陷稳定性评价的Logistic回归模型

针对覆盖型岩溶发育区地面稳定性评价问题,提出一种新的岩溶地面塌陷稳定性评价方法。依据唐山市岩溶勘察与地灾评估资料,以岩溶发育区地面稳定情况为因变量,选取5个主要影响因素作为自变量,建立了岩溶地面塌陷稳定性评价的二分类Logistic回归模型。模型拟合优度、预测能力和模型稳定性检验表明,该模型预测能力强,预测结果与实际情况吻合度良好。所建模型能对定性因素进行定量分析,易于获取评价因子,可简便地、快捷地对与唐山岩溶发育区相似区域的岩溶地面塌陷稳定性给出评价,值得推广和应用。     

论岩溶地下水位对岩溶塌陷形成的控制作用——以山东枣庄市岩溶地面塌陷区为例

枣庄市是山东省岩溶地面塌陷的主要发育地区之一,岩溶地面塌陷灾害连年发生,给当地的生产、生活造成巨大经济损失,已成为该地区经济发展的制约因素。本文对该地区的地质条件、塌陷现状及岩溶地面塌陷的分布规律进行了分析归纳,从中得出枣庄岩溶地面塌陷容易发生在:在第四系厚度为5～10m的地段,时间为每年4～9月份,地势低洼处。本文从压力差的角度,在简要分析岩溶管道的发育程度、盖层条件的基础上,分析了地下水位在枣庄地面岩溶塌陷的控制作用,并以此为依据简要提出了几个防治建议。     

唐山市岩溶地面塌陷成因机制与迭置分析方法

本文在阐述唐山市岩溶地面塌陷地质灾害情况和产生塌陷的地质条件的基础之上,分析了产生岩溶地面塌陷的原因。指出超量开采岩溶地下水是唐山市岩溶塌陷产生的主要原因所在。地震不是唐山市岩溶塌陷的直接致塌原因,但是地震作用破坏了盖层土体的连续性而使其更易破坏。文中提出了分别用静态条件和动态条件进行岩溶地面塌陷危险区划分的原则和单因子图迭置分析的危险区划分方法,并研制了岩溶地面塌陷区划的软件系统ＫＬＣ。以１９９０年地下水流场条件为基础,对唐山市岩溶地面塌陷进行了迭置分析和分区评价      

勘察场地岩溶地面塌陷评价方法探讨--压力差效应理论的工程意义

岩溶地面塌陷是一种危害极大的突发性地质灾害。该文介绍了岩溶地面塌陷形成机制－“压力差效应”理论,并应用该理论探讨岩溶场地地面塌陷的评价和预防方法。     

隐伏岩溶区地下空间探测技术方法研究——以武汉市为例

岩溶地面塌陷是城市隐伏岩溶区地下空间开发过程中常见的地质环境问题,具有隐蔽性和突发性,开展隐伏岩溶区地下空间结构探测技术方法研究可以有效指导地下空间开发利用。以武汉市为例,分析武汉市岩溶地面塌陷的成因机理,提出岩溶发育程度、覆盖层厚度和结构、地下水是岩溶地面塌陷的原生地质条件,也是隐伏岩溶区地下空间探测的特征因子。通过对比分析地质雷达、高密度电阻率法、浅层地震、微动、混合源面波、瞬变电磁法、孔间层析成像和地面核磁共振法等技术方法在武汉市隐伏岩溶区地下空间探测的适用性。结果表明:地质雷达适用于浅部土层扰动探测,小极距的高密度电阻率法和混合源面波适宜于覆盖层的厚度和结构探测,浅层地震、微动和孔间层析成像适宜岩溶发育特征探测,地面核磁共振法可通过岩溶地下水的富水性辅助岩溶发育程度探测。     

基于PCA-PSO-SVM的凡口铅锌矿地区岩溶地表塌陷危险性预测

岩溶地表塌陷是由多个影响因素共同作用导致地面形成塌陷坑（洞）的一种动力地质现象,具有隐蔽性和突发性的特点,常规简单数学模型难以对地表塌陷危险性准确预测。文章先通过主成分分析法（PCA）对选取的地下水位、地下水位波动幅度、给水度等11个影响因素提取5个主成分,对导致地表塌陷危险性的主成分进行全新的解释,同时引入粒子群算法（PSO）优化的支持向量机（SVM）方法,建立PCA-PSO-SVM岩溶地表塌陷危险性预测模型,并结合凡口铅锌矿地区工程实例,将预测结果与单一的SVM模型预测结果进行对比,表明PCA-PSO-SVM危险性预测模型精度更高,可以更好地为岩溶地表塌陷防治工作提供依据。      

我国岩溶地面塌陷研究进展与展望

为了解我国岩溶地面塌陷理论和实践的状况,在讨论了岩溶地面塌陷概念的内涵和外延后,全面总结了岩溶地面塌陷在塌陷机理、预测、监测、防治等方面的研究现状,分析了目前存在的问题,概述了近年来研究的新进展,提出了岩溶地面塌陷研究的发展方向。