岩溶塌陷试验、评估与管理方法研究

岩溶塌陷是我国岩溶区主要地质灾害类型 ,广泛分布在我国广西、贵州、湖南、江西、云南等 2 3个省 (区 )。据初步调查 ,全国有 30 0多个市县共发生过岩溶塌陷 14 0 0例以上 ,塌陷坑总数超过 4× 10 4个 ,有效减轻其影响已成为广大岩溶工作者面临的重要问题。本文以作者近年来完成的项目成果为基础 ,介绍了岩溶塌陷模型试验测试技术、基于GIS的风险评估方法以及信息管理技术 ,最后 ,对岩溶塌陷研究的趋势作了系统分析。     

单层土体结构岩溶土洞的形成机理

岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。      

我国“十一五”期间的岩溶研究进展与重要活动

“十一五”期间,国际岩溶中心在我国桂林成立,岩溶研究在理论上与实践应用上取得了显著进展。理论上,运用地球系统科学的观点和现代自动化测试手段发展了岩溶动力学;新的学科生长点岩溶生态学不但揭示了西南岩溶生态系统的脆弱性、土壤质量变化与某些土壤营养元素形态的初步规律,而且选育了大量适合岩溶地区的名特优植物物种;全球变化研究探讨了岩溶水循环中溶解无机碳形式对全球碳汇的贡献,从多种气候替代指标深化了洞穴石笋的古环境记录研究;用新技术探索了岩溶地下水水质和水量的有效评价方法。应用上,形成的西南岩溶水、石漠化和水土流失调查区域性资料在国家目标和干旱找水重大社会需求中发挥重要作用,岩溶地区油气勘察形成典型地质模式,中国南方喀斯特自然遗产申报成功,岩溶塌陷监测与预警新技术成功用于工程建设区塌陷的防治。      

月球钻探取心特种钻头研制与试验

对月壤形成过程和物质组成进行了介绍,并将实际月壤基本物理力学指标与CUG-1型模拟月壤和普通干砂进行对比,认为在月球钻探取样过程中可能遇到具有一定胶结强度的硬质团块.为保证钻探取样顺利进行,需要研制月球钻探用特种取心PDC钻头.基于PDC钻头的碎岩机理,对钻头的负前角、旁通角、出露高度、钻头保径和PDC切削齿的钎焊工艺分别进行了设计,并对钻杆和钻头装配体在钻进过程中的受力过程进行有限元分析.最后,采用所设计的特种取心PDC钻头进行岩石干钻试验,试验结果表明该钻头能钻进可钻性级别小于或等于六级的岩石,能满足月球钻探需要.     

线性工程路基岩溶土洞(塌陷)监测技术与方法综述

土洞(塌陷)的监测预警问题一直是国际上极具挑战性的课题。近年来,随着新技术的发展,特别是光电传感技术的应用,岩溶土洞(塌陷)预警监测已取得可喜的进展。本文通过对地质雷达监测法、剖面沉降监测法、In Sar 监测法、时域反射( TDR)同轴电缆监测法、基于岩溶管道裂隙水(气)压力监测的触发因素监测法、BO TDR及OTDR光纤传感监测法等适合于线性工程岩溶土洞(塌陷)的监测预报方法进行了系统分析比较,结果发现: 单一方法在岩溶土洞(塌陷)的监测预警中都有其局限性; 分布式TDR及BOTDR技术可有效确定岩溶塌陷的空间位置,但在埋设方面需进一步的研究;岩溶土洞(塌陷)的监测预警是一个系统工程,应考虑多种方法的综合运用。      

覆盖型岩溶平原区岩溶塌陷脆弱性和开发岩溶地下水安全性评价——以广西黎塘镇为例

黎塘研究区塌陷脆弱性较高,为科学地开发该区的岩溶地下水,以满足工农业生产、生活需要,本文针对黎塘镇塌陷的主控触发因素为岩溶地下水动态变化这一特点,采用现场实时监测岩溶地下水动态变化特征和室内塌陷模拟试验相结合的方法,将监测结果与当地塌陷的临界条件进行对比来确定开发岩溶地下水的安全性.结果表明,在当前开采条件下,塌陷脆弱性分区与稳定分区并非完全重合:部分高脆弱和较高脆弱区,在目前开采条件下仍处于稳定状态,部分低脆弱区则处于危险状态,并为研究区十多年来塌陷的发育、分布特征所支持印证.据此认为,在塌陷脆弱性较高的地区未必就需要绝对禁止对岩溶地下水的开发,地下水的开发应以不增加当地塌陷的频率、加剧当地岩溶塌陷的危害为前提.      

岩溶水作用下填石路基稳定性模型试验研究

以广西水南高速为工程依托点,通过大型岩溶塌陷物理模型试验室,针对岩溶区填石路基中不同岩溶形态的处置方式,模拟研究岩溶水对填石路基的稳定性问题。试验中,重点研究了四种结构: 填石级配型、(片石+ 级配碎石+ 土工布+填石)型、反滤层型、(土+ 填石)型,它们分别对应岩溶水对填石路基侵蚀问题及填石路基的稳定性问题,漏斗、落水洞的处理及土工布防止细粒土流失引起路基变形问题,溶洞填充物的流失问题,岩溶水对粘土路基潜蚀问题及石牙地基的处理。试验结果表明,地下水位变化的瞬时速度对填石路基的稳定性具有重要意义,不同的处置方法在抵抗地下水冲刷方面有显著区别。      

广西黎塘岩溶塌陷监测

黎塘是一个构造和岩溶发育的地区,抵抗岩溶地面塌陷的能力较低,在一定的条件触发下较容易产生岩溶地面塌陷。研究表明,岩溶地下水动力条件变化和湿化崩解作用是黎塘塌陷的主要影响和触发因素。本文采用现场实时监测岩溶地下水动态变化特征和室内试验相结合的方法,研究黎塘开发岩溶地下水的安全性。监测结果表明, I、II、II I监测区的最大水压变化速度分别为0. 048kPa /s、0. 160kPa /s和0. 007k Pa /s,小于临界变化速度0. 163kPa /s;最大水力坡降分别为0. 717、1. 052和0. 566,小于临界坡降7. 5。但是, I区满足临界水位埋深条件, 而II区和II I区则未满足临界水位埋深条件。因此,在目前的开采条件下, II 区、III区处于相对稳定状态, I区处于不稳定状态。这说明在发生大规模塌陷后,当地政府从2000年起对地下水开发方案的调整是适当的。      

广西合山电厂灰水对岩土层工程特性的影响

采用溶滤试验和渗透变形试验等方法,重点研究了广西合山电厂灰水对岩土工程性质的影响: 在灰水的长期作用下,溶解并带走土体中难溶的碳酸盐和Al2O3 胶结物等物质,造成土体骨架疏松,降低土体的胶结力,破坏土体的结构,从而使土体含水量、液性指数、渗透系数快速增长,土体渗透变形临界坡降则大幅度下降。因此,在灰水长期作用下,大大降低了土体抗变形和抗塌陷破坏的能力,加速土层中土洞的形成和发展。另外,灰水长期作用,还促进了岩溶作用,扩大了岩溶管道和裂隙,有利于塌陷的形成和发育。      

水位波动诱发岩溶塌陷的概率分析

水位波动诱发岩溶塌陷的概率问题可以简化为波动幅度、波动频率和波动时间3个随机变量的极值分布问题。随机变量的极值分布可以通过对水位监测数据进行频谱分析获得。桂林市柘木村水位波动诱发岩溶塌陷概率分析的结果表明: 柘木村2000年水位波动诱发岩溶塌陷的概率为7. 38% , 2001年为1. 47% , 2002年为16. 4%。分析结果与实际情况也比较吻合, 2002年6月柘木村一老塌陷复活,而2000和2001年则未发生塌陷,仅有部分土层发生扰动。因此可以用概率分析来判别某一时段内由水位波动而诱发岩溶塌陷的危险性大小,以便于分时段进行重点防治。