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。     

武汉地区表层岩溶带发育特征

为查明武汉地区表层岩溶带发育特征,利用大量工程钻孔资料及水文地质试验成果,对武汉地区表层岩溶带进行了统计分析与研究。结果表明:武汉地区表层岩溶带平均厚度为11～16 m,每米深度平均线岩溶率为3.93%～10.52%,最大为5.83%～17.25%,岩溶中等—强发育,带下岩溶微弱发育;带内约1/2的溶洞高度小于1.8 m,平均洞高1.50～2.18 m,具有规模较小、数量多的特点;2/3的溶洞全充填,无充填和半充填溶洞约占1/3,充填物主要来源于上部覆盖层。表层岩溶带内岩体和土同存,作为建筑物地基均一性差;渗透系数平均为0.04~6.60 m·d-1,总体具弱—中等渗透性;岩土工程施工等级较高且跨度较大。      

试论岩溶地面塌陷的类型划分

<正> 岩溶地面塌陷,近年来日益引起人们的关注,但有关岩溶地面塌陷的分类,论述不多,笔者据岩溶塌陷调查,写成本文以期抛砖引玉,文中不妥之处,敬请批评指正。一、岩溶地面塌陷的概念岩溶地面塌陷(简称岩溶塌陷或塌陷),是岩溶地区常见的一种动力地质现象。可以出现于裸露型岩溶山区,在地下溶洞及岩溶管道发育时期,于溶洞顶部或岩溶管道上方形成一些陷落性的洼地、落水洞、竖井、漏斗等地表岩溶形态;也可于覆盖型或埋藏型岩溶区,被充填(或半充填)的溶洞、管道的充填物被掏空,上覆基岩或土层失稳后造成。塌陷的结果,是使岩溶作用向一个新的水平发展,或改变溶洞、地下管道的发育方向。目前,研究较多的,主要是覆盖型岩溶区的塌陷。塌陷在一个地区可以反复出现,后期塌陷可以继承早期塌陷而复生。      

深圳岩溶空间发育规律统计分析

粤港澳大湾区建设是国家重大发展战略,而深圳市又是大湾区建设的核心引擎之一。深圳市岩溶地区行政区划上主要发育在龙岗区和坪山区,岩溶地质灾害给地下空间开发利用与城市安全构成极大挑战。通过收集深圳市岩溶勘察钻探数据,从地层岩性、基岩埋深与埋藏类型、地下水主要侵蚀指标、地下水埋深与年变化幅度、溶洞埋深、顶板厚度、洞高、充填情况、线溶率、见洞率、地表岩溶发育密度等方面对深圳市岩溶空间发育特征进行了统计分析。结果表明：深圳市岩溶主要为浅覆盖型,但溶洞空间特征变异性极大。从统计上讲,溶洞平均埋深约为20 m,平均洞高为2.5～4.0 m,以半充填为主,充填物主要为粉质黏土;平均线溶率约为15%,见洞率约为40%,地表岩溶发育密度超过300个/km²,综合上看,深圳场地岩溶发育等级超过90%为强发育。上述主要岩溶特征参数服从对数正态分布和Weibull分布。总体上,灰岩地层溶洞顶板厚度随着岩面埋深而呈现递减的趋势,而大理岩地层溶洞顶板厚度则与岩面埋深无关;已发育的溶洞高度与基岩面埋深、溶洞顶板厚度、地下水主要侵蚀指标及地下水埋深无关或弱正相关。研究成果为深圳市岩溶灾害风险评估提供了重要的先验信息。     

塔里木盆地西北部寒武系纽芬兰统玉尔吐斯组混积岩早成岩期岩溶特征及其地质意义*

通过塔里木盆地西北部阿克苏—柯坪—乌什地区露头剖面的宏微观工作发现,寒武系纽芬兰统玉尔吐斯组存在3期稳定发育的古暴露面,并具有(1)铁质结壳层、(2)近地表喀斯特(塑形)角砾、(3)溶沟、溶缝及囊状溶洞、(4)岩溶系统内的角砾、陆源碎屑充填物、(5)暴露面之上的地层超覆等暴露标志。综合分析认为研究区玉尔吐斯组并非连续沉积,内部存在多个沉积间断,并与肖尔布拉克组为区域性不整合接触。同时,在与灰岩和白云岩早成岩期岩溶特征对比分析的基础上,指出先期渗滤条件较差的混积岩(硅质碎屑-碳酸盐混合沉积)早成岩期岩溶以充填程度较高的溶沟、溶缝和小型溶洞发育为特征,且水平潜流岩溶带发育不成熟;以此区别于灰岩和云岩型早成岩期岩溶发育的相控溶蚀孔洞、岩溶花斑和近原地角砾化等典型特征。研究结果表明开放条件下的早成岩期暴露岩溶特征及储集层优化与否更多受岩石组构特征控制,由此推断在相对封闭的埋藏条件下,先期致密化的岩石难以经历岩溶改造形成相控的孔洞型储集层。这一认识不仅对深埋条件下储集层的形成和保持具有重要的借鉴意义,也为早成岩期岩溶地质理论的丰富和发展提供了新的材料。     

塔中西部奥陶系鹰山组古岩溶特征及主控因素

为明确塔中西部奥陶系鹰山组古岩溶储层发育及主控因素,总结鹰山组古岩溶特征及发育条件,划分了岩溶层组类型。在鹰山组古地貌恢复基础上,通过钻井、取心、测井等资料,分析丘状岩溶台地、上丘状岩溶缓坡地和下丘状岩溶缓坡地典型井岩溶缝洞特征。结合大量钻井资料分析了上述3类古地貌单元岩溶缝洞储层发育规律及主控因素。对岩溶缝洞储层发育深度分析表明,岩溶缝洞发育段主要在鹰山组顶面以下0~180 m,受3期海平面控制,发育多层缝洞。表层溶洞主要发育在0~50 m,泥质充填较强,测井GR值较高,溶洞规模多小于2 m。岩溶台地区岩溶缝洞形成受微地貌、水动力条件控制,以小规模溶洞、溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主,缝洞后期易充填。岩溶缓坡地岩溶缝洞形成受岩溶层组、水动力条件控制,以小溶蚀孔洞、溶蚀裂缝为主,后期不易充填。滨岸岩溶带及岩溶岛屿发育海水、混合水岩溶作用,溶蚀作用及冲蚀、侵蚀作用使该区域形成较大洞穴。     

塔河油田溶洞充填物的元素地球化学特征及环境意义

塔河油田位于塔里木盆地塔北隆起阿克库勒凸起的西南部,加里东-海西期强烈抬升导致的大气淡水岩溶作用、早石炭世发生的广泛海侵以及二叠纪大规模的火山活动,对奥陶系岩溶储层产生了不同程度的改造。对塔河地区的地质演化特征以及塔河油田地区溶洞砂泥质充填物镓、铷、锶、钡等微量元素和稀土元素的研究表明,大部分样品表现出淡水岩溶特征,仅T615井等4口井的溶洞充填物却表现出海水成因特征,充填物的元素地球化学特征表现出与早期大气淡水岩溶作用的叠加效应;此外,还有少量样品具有能反映热液作用特征的Eu正异常,说明该区碳酸盐岩地层也受热水溶蚀作用的影响。通过溶洞方解石和溶洞方解石胶结物碳、氧同位素值分布特征的分析也证实了塔河地区除了发育大气淡水岩溶作用外,还存在海水-淡水混合水溶蚀作用和热液溶蚀作用。     

塔里木盆地西北部寒武系纽芬兰统玉尔吐斯组混积岩早成岩期岩溶特征及其地质意义

通过塔里木盆地西北部阿克苏-柯坪-乌什地区露头剖面的宏微观工作发现,寒武系纽芬兰统玉尔吐斯组存在3期稳定发育的古暴露面,并具有(1)铁质结壳层、(2)近地表喀斯特(塑形)角砾、(3)溶沟、溶缝及囊状溶洞、(4)岩溶系统内的角砾、陆源碎屑充填物、(5)暴露面之上的地层超覆等暴露标志。综合分析认为研究区玉尔吐斯组并非连续沉积,内部存在多个沉积间断,并与肖尔布拉克组为区域性不整合接触。同时,在与灰岩和白云岩早成岩期岩溶特征对比分析的基础上,指出先期渗滤条件较差的混积岩(硅质碎屑-碳酸盐混合沉积)早成岩期岩溶以充填程度较高的溶沟、溶缝和小型溶洞发育为特征,且水平潜流岩溶带发育不成熟;以此区别于灰岩和云岩型早成岩期岩溶发育的相控溶蚀孔洞、岩溶花斑和近原地角砾化等典型特征。研究结果表明开放条件下的早成岩期暴露岩溶特征及储集层优化与否更多受岩石组构特征控制,由此推断在相对封闭的埋藏条件下,先期致密化的岩石难以经历岩溶改造形成相控的孔洞型储集层。这一认识不仅对深埋条件下储集层的形成和保持具有重要的借鉴意义,也为早成岩期岩溶地质理论的丰富和发展提供了新的材料。     

溶洞灌浆在具体工程中的应用

岩溶地区的基岩中常有溶洞发育，在以基岩作桩端持力层时，溶洞的埋深、大小等情况的差异，常影响着工程的造价、工期、安全等，文章以贺州市人民医院住字大楼为例，探讨了压力灌浆技术在溶洞处理中的基本工艺，采用压力灌浆处理溶洞，取得了良好的效果。     

武汉地区天兴洲碳酸盐岩条带岩溶发育的异常性及其成因探讨

为了研究武汉地区中北部紧邻襄樊—广济断裂的天兴洲碳酸盐岩条带岩溶发育的异常特性,将该条带的岩石化学成份、矿物成份、岩性以及岩溶发育程度、溶洞规模、溶洞顶板在基岩面下的埋深、岩溶垂向分带和溶洞充填物等与其南侧的大桥和白沙洲碳酸盐岩条带进行对比分析,发现它们之间存在很大的差异。天兴洲碳酸盐岩条带岩溶发育的异常性与襄樊—广济断裂活动有关:晚三叠世—侏罗纪,襄樊-广济断裂发生挤压逆冲推覆活动使上、下碳酸盐岩组出露地表,发生第一期岩溶作用;白垩—古近纪,以襄樊—广济断裂为主体的断裂发生伸展活动,张性断裂和裂隙为基性岩浆喷溢和构造热液活动提供了通道,构造热液白云岩化和硅化作用对天兴洲碳酸盐岩条带的原岩进行改造,形成以白云岩为主、含硅质岩的具弱溶蚀性的岩石组合,同时,由于红层的广泛覆盖,这一时期岩溶作用间断;新近纪—早更新世,武汉地区整体隆升,各碳酸盐岩条带再次出露地表,发生第二期岩溶作用,而天兴洲条带由于岩性发生改变,可溶性减弱,与其它条带相比岩溶作用较弱。      

贵州岩溶地区输水渡槽的基础选型分析

贵州一输水渡槽跨越岩溶区域,可能会产生岩溶塌陷、向临空面失稳等工程地质问题。本文在地质钻探、物探和现场调查的基础上,通过基于地质力学的地质轮廓法进行裂隙配套,判断节理裂隙性质及其对岩溶的影响,结合深浅埋洞穴的界定初步判断其稳定性,并采用基于规范、标准的半定量稳定性分析及含节理裂隙的二维有限元分析、三维有限差分分析,从位移、应力分布及塑性区发展及破坏模式角度来判断溶洞在上部荷载作用下的稳定性。研究表明:本工程溶洞顶板的受力同深梁的受荷模式,节理裂隙很大程度上影响顶板的稳定性,顶板容易沿节理裂隙和层面产生剪切、拉伸作用。最后结合长期安全稳定运行综合给出基础选型建议。      

岩溶区高速公路路堤及溶洞顶板稳定性数值分析

采用大型通用有限元软件ABAQUS对某室内模型试验进行了数值模拟,验证了三维有限元法进行洞室结构稳定性分析的可靠性。结合永武（永安-武平）高速公路A11合同段岩溶地质资料,将溶洞近似为与实际相近的椭球状,建立岩溶区路堤的三维有限元模型,分析溶洞顶板厚度、填方高度、溶洞位置以及溶洞充填状况对路堤及溶洞顶板稳定性的影响。为与现行顶板安全厚度确定方法进行比较,进行二维平面应变有限元分析。研究表明,对于较完整的顶板岩层,按顶板受拉破坏稳定安全系数为4确定的安全厚度过于保守,按梁板理论弯曲受拉破坏确定的安全厚度也偏于保守,是由于实际顶板岩层并不完全符合梁板理论的简化假设,而以有限元分析所得最大弯矩按梁板弯曲受拉破坏确定的安全厚度最为经济;实际工程中三维效应明显的溶洞,现行理论简化和二维数值分析法都较为粗糙,宜采用三维数值分析法。通过对上述问题的分析,为该高速公路岩溶区填方路段的设计和溶洞的处治与否提出指导性意见,已创造较好的经济效益和社会效益,可供类似工程应用时参考。     

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。      

瞬态瑞雷面波勘探中隐伏溶洞的响应特征研究

瞬态瑞雷面波法勘探中,掌握隐伏溶洞的响应特征是进行野外探查分析的基础。结合两类填充状态隐伏溶洞,使用有限差分法进行数值模拟,分别构建不同发育介质溶洞模型。并利用贵广铁路隐伏溶洞探测实例验证探测效果。分析认为:瑞雷面波法对面波相速度差异反映敏感,精度较高,对基岩面和两种类型隐伏溶洞分辨率高;对于填充溶洞,速度响应由溶洞中充填介质的物性决定,一般为低速反映;对于空溶洞,速度较粘土层及基岩均为低速反映;两种溶洞探测面波频散曲线在溶洞位置都会出现较为形象明显的“之”字形拐曲。取得的结果可为工程应用提供借鉴。     

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。     

广西环江凹陷深部岩溶缝洞充填物碳氧同位素特征及古环境意义

深部岩溶是碳酸盐岩地区深部油气资源勘探中不可避免的问题。深部岩溶发育期次的确定是岩溶储层地质的技术难题。广西环江凹陷在页岩气钻井中发现大量深部溶洞且充填物丰富多样,成为深部岩溶发育期次研究的良好素材。文章对HD1-4钻井揭露的深部岩溶缝洞充填物及地表岩溶缝洞充填物进行碳氧同位素分析,揭示出环江地区的4种不同岩溶环境:同生期或准同生期岩溶环境、表生期大气淡水岩溶环境、中浅埋藏岩溶环境、深埋藏或热液岩溶环境,环江地区深部岩溶发育为4期不同岩溶环境叠加的效果,主要受到热液岩溶环境和大气淡水岩溶环境的影响。      

广东岩溶区某输电塔桩基稳定性数值模拟分析

采用数值模拟手段研究了广东某岩溶区输电塔桩基与下伏溶洞协同变形的规律。通过不同位置应力、位移、塑性区变化监测,发现覆盖层部分应力分布较均匀,受溶洞影响较小,但溶洞围岩应力变化较大,溶洞顶板出现较大的向下弯曲变形,桩底下移明显,特别是当桩基荷载较大且下伏覆溶洞埋深较浅时,溶洞顶板将可能失稳,进而引起桩基破坏。不同嵌岩深度桩基变形特征表明,桩基嵌岩深度与溶洞变形具有正相关关系。     

节理裂隙发育岩溶地基数值模拟稳定性分析

岩溶一直是困扰工程建设的大问题,对工程地基稳定性有着重大影响。为了有效获取节理裂隙发育溶洞地基稳定性相关参数,本文以西南某机场节理裂隙发育溶洞地基为研究对象,结合现场勘查,定性分析岩溶影响因素及发育规律,通过ABAQUS非线性有限元数值模拟计算和定量分析,探讨外荷载下节理裂隙对岩溶地基的影响,评价岩溶地基稳定性状况。分析结果表明:溶洞塑性破坏主要发生在溶洞两侧和节理裂隙处拉应力较大的部位,溶洞顶板厚度大于5 m时是稳定的。数值模拟结论和定性分析结果具有很好的一致性,为后续溶洞地基处理设计提供有力数据支撑。      

复杂岩溶场地下的高层建筑地基处理

岩溶地区上高层建筑的基础设计是建筑工程中地基处理的难点。岩溶地基存在土洞溶洞多,岩面起伏大、地下水不可预见等特点,使得岩溶地基高层建筑基础设计具有极大的挑战性。对一个卵石土岩溶地基高层建筑进行基础设计,通过现场土的载荷板试验、夯扩桩复合地基载荷试验、冲孔桩复合地基载荷试验等现场原位试验,获得了丰富可靠的资料,根据试验结果和场地覆盖层厚度、岩溶发育情况进行科学的计算分析,最后采用筏板下多桩型复合地基处理方案,该方案既能满足承载力及沉降的要求,又同时考虑了溶洞坍塌及沉降不均的风险,且更为经济。将计算沉降与实际观测结果进行了比较,说明了地基处理方案的合理性,为高层建筑复杂岩溶地基处理提供了较好的借鉴。