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。     

综合物探方法在河北保定向阳村地面塌陷区调查中的应用

向阳村地下土体层在水的作用下非均匀流失引起地面坑(洞)沉降、塌陷,直接造成房屋损毁,严重影响村民正常生产生活秩序。采用高密度电法和浅层地震勘探等综合物探方法,对地面塌陷灾害区开展调查工作,可查明调查区内地层分层结构、岩土层厚度和隐伏断裂破碎带分布状况,并预测划分出塌陷危险区、塌陷预防区和相对稳定区,为后续灾害治理工作确定具体范围,给治理施工设计提供科学依据。     

城市地面塌陷灾害风险评估研究

随着城市化进程不断加快,城市地下空间安全问题引起广泛关注。本文以影响地下空间安全的典型灾害-地面塌陷为例,开展可能性风险评估研究,为降低地面塌陷灾害损失提供理论支撑。城市地面塌陷成因复杂,为了保证评价过程和结果的客观全面,通过调研对塌陷引发因素进行了总结,从管道因素、病害体因素、环境因素三个方面建立风险发生可能性评价指标体系,并使用AHP-熵权法-灰色关联法组合评价,建立地面塌陷风险评价模型。将该模型应用于郑州市典型地下空洞工程案例进行评估分析,结果表明:地面塌陷风险评价结果与实测结果相符,证明了评估模型的科学性,同时为城市地面塌陷预防提供了决策参考。     

铜陵市朝山地区岩溶塌陷形成条件与地面稳定性评价分析

铜陵市朝山地区岩溶塌陷灾害是安徽省大型地质灾害隐患点。从该区基岩岩性、覆盖层特征、水文地质条件和人为影响等方面入手,利用钻探和地下水长期观测等技术手段,通过岩溶塌陷的影响因素分析,查明了研究区岩溶塌陷形成条件,评价了地面稳定性。得到主要结论如下:区内岩溶塌陷的分布受断裂控制,90%以上的塌坑位于距断裂20 m区域内;区内岩溶塌陷的发生与基岩岩性密切相关,CaO含量高有利于塌陷的发生;区内塌陷多发生于多元或二元结构地层区域;矿山排水是区内岩溶塌陷的主要诱发因素。最后在查明区内岩溶塌陷形成条件的基础上,采用经验指标法对朝山地区地面稳定性进行评价分析,确定研究区为易塌陷区,须重点监测与防治。     

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。     

上海地区地面塌陷风险评价及其隐患防控研究

上海脆弱的地质环境条件下,地下管线的密集分布、地下空间的大规模开发等给城市地质安全带来了严峻的挑战。本文从浅部砂层分布区多发的地面塌陷灾害入手,系统进行了灾害的典型特征和影响要素调查,开展了地面塌陷灾害风险评价和隐患监测预警等防控研究。对涉及的工程地质和水文地质、地下管线和地下空间、气象水文、基础地理信息、人为工程活动和人为抵御风险能力等指标数据,从危险性和易损性两个方面构建风险评价指标体系,以ArcGIS程序为平台,形成上海市地面塌陷灾害风险等级区划。对地面塌陷影响要素如地质条件、地下设施等深入调查,建立基础数据体系和风险区划的完善和细化,在此基础上综合运用探地雷达、三维激光扫描、自动化监测等多种手段,对地下设施、地下空洞、土体位移、地下水位等不同对象的异常进行调查监测,实现地面塌陷灾害有效预警。相关研究成果在服务于城市精细化管理和城市安全运行方面有重要意义,推动了上海地面塌陷灾害防控逐步向整体性、长期性、系统性方向转变。     

地道塌陷灾害勘查技术与评价研究

地道塌陷是较为常见的一种地面塌陷灾害,它是先前开挖的人防工程年久失修之后塌陷至地表所致。为减小灾害损失,有效实施治理工程,需要开展详细的灾害勘查工作。本文以实际工作为例,在分析工作区内各类相关地质资料的基础上,通过现场调查,查明地道塌陷灾害的分布现状,然后利用综合地球物理勘探、钻探,钎探和槽探等方法,综合研究分析,准确查明地道的埋藏情况和分布位置。     

桂中地区岩溶塌陷形成机制和易发程度分区研究

查明了广西柳州西南部洛满镇和三都镇岩溶塌陷群的地质环境和分布特征;分析了塌陷形成的影响因素;综合基岩、土层、地下水和已有塌陷等因素,划分了岩溶塌陷易发区域。结果表明:区内岩溶塌陷多具有群发性,主要发生于3~9月份且有逐年增加的趋势;岩溶塌陷的形成受"水-土-岩"相互作用和人为活动影响,区内覆盖土层较薄,地下岩溶发育,地下水在基岩面附近波动,利于塌陷形成;抽排地下水、地下水水位波动是塌陷最主要的诱发因素。岩溶塌陷的高易发区主要分布于洛满镇、流山镇、社冲乡、成团镇、土博镇、三都镇等城镇附近,总面积101.41 km~2;中等易发区(面积142.04 km~2)和低易发区(面积29.16 km~2)较为分散;不易发区为基岩裸露区,面积666.39 km~2。     

高密度电法在岩溶探测中的应用

灰岩分布区岩溶发育易引发地面塌陷.从而形成地质灾害。高密度电法近年来被应用于灾害地质调查及工程勘察中。以某一段穿越岩溶发育区的高速公路为例,应用高密度电法对区内第四系土洞、岩溶、断裂发育等灾害地质体进行了探测。结果显示,电阻率断面图上显示的异常区与实际灾害地质体吻合,展示了其工程应用前景。      

高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用

灰岩分布区易发生地面塌陷等地质灾害，综合物探是岩溶地质调查的重要手段。岩溶灾害物探勘查的主要任务是划分可溶岩与非可溶岩界线、勘查基岩断裂及了解基岩岩溶发育等情况。高密度电法兼具电阻率剖面法与测深法的功能，其数据采集密度大、精度高的断面测量结果能较直观地反映及电性异常体的形态及纵、横向展布情况。因此，高密度电法在岩溶灾害调查中用于划分可溶岩区、勘查基岩断裂构造，了解基岩岩溶发育情况等方面能取得较好的效果。     

Erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village,Puding county,Guizhou, China

Carbonate rocks distribute widely in China. The total area of the carbonate rocks is about 3,430,000 km², and the exposed area of the carbonate is approximately 13 % of China’s territory. In 2003, soil loss in Yunnan, Guizhou, and Guangxi provinces reached 179,600 km², which is almost 40.1 % of the total area, causing rocky desertification. In this study, the erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss for the karst rocky desertification in Chenqi village, Puding county, Guizhou province is proposed. The mechanism occurs under the following geological environment: slope surface undulation, underlying bedrock surface fluctuation and thin and inhomogeneous soil overlying, overlying soil generation by bedrock weathering, underground karst development, and large groundwater depth and lying water table under the bottom of soils. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss in the karst slopes is explained as follows: power loss due to human cultivation activities that destroy the soil structure, hydraulic force formed by rainfall infiltration, wet–dry cycle generated by rainfall, erosion effect caused by rainfall penetration, creeping and flowing of plastic-stream soil, and collapse. The erosion-creep-collapse mechanism of underground soil loss has seven steps: disturbance of soils filled in underground karst cave by human activities, internal soil erosion and partial collapse caused by hydraulic power, internal free surface formation within the soil in the filled karst cave, internal soil creeping, soil pipe formation, soil pipe collapse, and ground surface collapse and filling. Soil loss develops slowly, and sudden transportation occurs by collapse. Soil loss can be explained by the proposed mechanism, and soil loss can be prevented by controlling soil collapse.     

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。      

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。      

岩溶区土洞发育机制的分析

岩溶区地下水或地表水的活动 ,将对土层产生潜蚀作用及崩解作用 ,进而形成土洞。真空吸蚀作用 ,有利于土洞的发育扩大。地下水位的变化 ,将使土洞周围土体的应力状态发生改变 ,并有可能导致土洞周围土体产生塑性破坏 ,使土洞进一步扩大甚至塌陷.     

也论覆盖型岩溶地面塌陷机理

为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。     

岩溶塌陷临界土洞的极限平衡高度公式

土洞的产生和发展是岩溶塌陷的基础,临界土洞是土洞发展的最终阶段,以临界土洞为界,岩溶塌陷在时间和空间上划分为内部塌陷阶段和地表塌陷阶段。内部塌陷阶段是土洞在覆盖层土体内部的发育扩展阶段,土洞顶板土体的破坏形式类似于地下洞室洞顶围岩的破坏。根据地下洞室普氏平衡拱理论,建立覆盖层土体的天然平衡拱高度,即临界土洞的极限平衡高度公式,并以唐山市体育场岩溶塌陷为例,对该公式进行验证评价,计算所得塌陷的临界土洞高度与实际情况相符合,误差仅为4.3 %。     

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。     

Evaporite karst and sinkholes: a synthesis on the case of Camaiore (Italy)

In 1995 a sinkhole suddenly formed at Camaiore (Tuscany, Italy), causing destruction or heavy damages to several houses and resulting in the evacuation of many people. To understand the causes, for the formation and evolution of the collapse, surface and underground geologic features were investigated and reconstructed on the basis of geologic and geognostic surveys. The sinkhole area is underlain by thick alluvial deposits that cover a bedrock consisting of the Calcare cavernoso formation. This formation results from hydration and dissolution of Triassic evaporites and has a characteristic spongy and vacuolate texture. The bedrock contains karst cavities, generally filled by breccia and/or alluvial materials. Thus, the sinkhole disaster could be ascribed to deep collapse of a cave in the bedrock, and might be considered a distant effect of ancient karst phenomena in evaporites.