重庆中梁山地区隧道工程影响下岩溶塌陷形成演化模式及防治对策

重庆市中梁山是重庆市东西向交通通道的天然屏障,严重阻碍城区经济发展,隧道可快速穿越褶皱山区, 但隧道工程施工常常诱发严重的岩溶塌陷、地下含水层破坏、地表水疏干等地质灾害,威胁隧道安全施工与当地生态地质环境。越岭隧道施工对区域地下水位疏干的不同阶段,其诱发岩溶塌陷的主控因素发生改变,据此,可将岩溶塌陷发生过程分为两个阶段、两种类型:疏干初期突涌型岩溶塌陷和疏干后期降雨型岩溶塌陷。其中,疏干初期突涌型岩溶塌陷的主控因素为真空吸蚀效应;疏干后期降雨型岩溶塌陷的主控因素为岩溶管道裂隙内水气压力突变。      

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。      

珠三角丘陵山区岩溶塌陷发育特征及地质模式—以广州北部为例

岩溶塌陷是珠三角岩溶区主要的地质灾害之一。本文以广州丘陵山区为研究区,利用2016~2018年1:50 000环境地质调查成果,分析岩溶塌陷发育现状和特征,研究岩溶塌陷形成地质模式,并提出防治措施建议。结果表明：广州丘陵山区累计已发生岩溶塌陷地质灾害35处,空间分布上具有集中性和反复性特征,时间分布上具有持续性和周期性特点;岩溶塌陷均为碳酸盐岩型的小型土层塌陷,以人为因素诱发为主,自然因素诱发为次,主要危害形式为建筑损坏和农田破坏;岩溶塌陷形成地质模式主要有潜蚀效应致塌,潜蚀、失托增荷和吸蚀效应叠加致塌,潜蚀和振动效应叠加致塌和潜蚀和垂直渗压效应叠加致塌等四种;从上层决策和工程技术角度提出了岩溶塌陷防治措施,为打造广州北部生态农业区和生态公园,建设美丽宜居岭南乡村提供地质科学依据。     

多级水流系统耦合下深部岩溶分异研究——以川东隔挡式构造区中梁山背斜南段为例

新构造运动背景下,干、支流对地壳抬升反应速率的差异,导致具有不同排泄作用的河谷广泛组合,形成多级地下水流动系统,地下水作为岩溶含水系统发育的主要控制因素,多级水流系统的空间耦合影响岩溶发育分布规律。文章首先根据中梁山背斜南段岩溶槽谷横向沟谷的发育特征,将岩溶槽谷划分为渗流区、分流区、外流区;结合横向沟谷控排作用与地形指数,分析多级水流系统耦合的空间分异特征。其次通过隧道建设背景下地表水漏失、隧道涌水情况及隧道施工揭露岩溶现象验证在多级水流系统耦合效应下深部岩溶发育特征。结果表明:渗流区以区域水流系统为主,隧道涌水量巨大,水流通道连通性良好,地表水基本干涸,深部岩溶发育强烈;分流区除了近河谷地带以局部水流系统为主、深部岩溶发育较弱以外,宽缓分水岭地带的地下水流动仍然以区域性流动为主,深部岩溶较发育,隧道涌水量较大,地表水与深部岩溶地下水水力联系较好,隧道建设对地表水影响严重;外流区以局部浅循环为主,深部岩溶发育程度弱,深部岩溶水与地表水水力联系较弱,地表水漏失程度一般。本研究不但拓宽了托特多级水流系统的应用领域,为岩溶发育理论研究提供了新的角度,同时为深埋岩溶隧道建设的危险性评价及引发的环境负效应研究提供理论指导。     

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。      

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。      

湖南宁乡大成桥地区岩溶地面塌陷分布特征及影响因素分析

湖南宁乡大成桥地区至2012年产生岩溶地面塌陷484处。文章通过对地质环境条件及岩溶地面塌陷时空分布特征的分析,总结出本区岩溶地面塌陷的分布特征和影响因素:（1）岩溶发育区发生塌陷428处,占总数的88.5%;冲沟地形中发生岩溶地面塌陷339处,占70%;覆盖层厚度小于10 m区发生塌陷335处,占总数的69.2%;双层结构区发生塌陷266处,占总数的55%,分布密度为7.82处/km2;冲洪积成因土体产生塌陷404处,残积土中产生塌陷80处;(2)岩溶地面塌陷在雨季的4-7月发生281处,占总数的58%;2001-2006年平均每年产生塌陷20处,2007-2012年平均每年产生塌陷54处,逐年增加趋势明显;（3）484处岩溶地面塌陷全部分布在煤炭坝疏干排水形成的降落漏斗范围之内;（4）本区地质环境极为脆弱:岩溶发育,覆盖层厚度较薄、力学性质差且双层结构土广泛分布于冲沟及冲积平原,是产生塌陷的内在因素;矿区疏干排水是主要诱发因素,降雨分布不均、地表水渗漏及河道整治对塌陷产生起促进作用。      

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。     

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。     

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。      

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。     

阻水盖层分布区岩溶塌陷的物质基础及成因研究

本文对阻不盖层分布区岩溶塌陷的物质基础和成因机制进行了新的思考,提出“溶洞充填物潜蚀流动－压差场－盖层失托增荷效应”为阻水盖层分布区岩溶塌陷更普遍的成因机制,给出了理想情况下描述阻水盖层中岩溶 塌的数学模型。     

岩溶塌陷发育机理模式研究

岩溶塌陷是我国岩溶区常见的地质灾害。目前,关于岩溶塌陷发育机理模式主要以力学分析为主。文章以岩溶塌陷过程为基础,探讨分析岩溶塌陷发育机理模式。依据地下水埋藏条件,土体分为包气带非饱和土体、潜水层饱和土体及承压水层承压性土体。根据“水-+土”相互作用,在包气带、潜水层和承压水层分别建立崩解作用、潜蚀作用和水力裂隙作用三种岩溶塌陷发育机理模式。      

砂漏型岩溶地面塌陷防治原则和方法

武汉地区在近东西向的多个褶皱构造中分布有6条石灰岩条带是岩溶地面塌陷多发区。其岩溶地面塌陷可分为砂漏型、土洞型、真空吸蚀型等三种基本类型,每种类型有其特定的地质条件及对应的塌陷机理。文章重点对灾害后果最严重、防治难度最大的砂漏型塌陷的地质条件及塌陷机理进行了分析,认为地下水（岩溶水和孔隙水）渗流是导致砂漏发生的关键因素,其中岩溶水渗流是原始动力。基于此,认为设置帷幕截断岩溶水渗流是防治砂漏型塌陷的根治措施,并提出地铁车站和区间盾构防治砂漏型塌陷的原则和方法,取得了良好效果。      

Seepage problems on fractured rock accompanying with mass loss during excavation in coal mines with karst collapse columns

Under the background of China as a big coal-hungry country lasting till 2050, deep mining becomes more and more significant. However, deep coal seams usually have a very complex geological structure like Karst collapse columns, and excavation is often accompanied with water-inrush accidents, restricting the development of the coal industry. In order to study on seepage problems on fractured rock accompanying with mass loss during excavation in coal mines with karst collapse columns, researchers studied on water-inrush mechanism in karst collapse columns directly, researched on seepage behavior of fractured rock with pressure as the basis of studying on water-inrush mechanism indirectly, studied the fluid flow change in fractured rock regarding the change of liquid flow type in fractured rock as seepage instability, and observed and studied the phenomenon of mass loss during seepage in succession. In the following research, (1) the cementation, lithology, and match rate of testing samples, which are the foundation of the simulation study, need to be determined in more detail; (2) migrated particles in fractured rock should be distributed which are from migration, corrosion, erosion, and abrasion; (3) multi-permeate agents in the fractured geological structure, their diffusion and convection, and the related chemical reactions should be involved; (4) more and more contemporary mathematical methods will be introduced to help us to study the complex dynamic system; and (5) experimental equipment needs to be designed and improved. What we did before, do now, and will do later is to penetrate the mysteries of seepage problems on fractured rock accompanying with mass loss during excavation in coal mines with karst collapse columns.