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。     

岩溶塌陷灾害监测预报技术与方法初步研究--以桂林市柘木村岩溶塌陷监测为例

我国可溶岩分布面积达365万km2,占国土面积的1/3以上,是世界上岩溶最发育的国家之一.近年来,随着岩溶区城市化建设的飞速发展,岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发的不断增强,由此而引发的岩溶塌陷问题日益突出,已成为岩溶区城市主要地质灾害,严重妨碍城市经济建设与发展.由于岩溶塌陷的产生在时间上具突发性,在空间上具隐蔽性,在机制上具复杂性.因此,被普遍认为难以采取地面常规监测手段,对塌陷进行监测预报.另一方面,试验研究表明,岩溶水气压力变化对塌陷具有触发作用,可以以此作为衡量塌陷发育的临界条件.这就意味着通过对岩溶管道系统的水(气)压力的动态变化进行观测,可以达到对塌陷进行预报的目的.论文以位于广西桂林柘木村的岩溶塌陷监测站为例,详细讨论这一技术方法.     

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。      

岩溶塌陷机理研究进展

岩溶塌陷机理是开展岩溶塌陷监测、预警、防控及治理工作的基础。长期以来,岩溶塌陷机理研究都是以事后调查的定性推测为主,缺乏必要的科学观测数据支持,导致目前的岩溶塌陷机理仍然处于假设阶段,并成为岩溶塌陷灾害监测预警与防治方面的理论瓶颈问题。文章总结了近年来国内外岩溶塌陷机理的最新研究进展,提出目前的岩溶塌陷机理都可以归结为土岩体的渗透变形,但其临界或破坏指标还需进一步探讨,此外指出随着高频采样的水压力、加速度计及声波等传感器的实用化,塌陷机理研究将面临着从静水压力到动水压力方面的挑战,并且压力脉动造成的气蚀破坏、共振破坏也将是下步探究的重点。     

龙门县某石灰岩采石场帷幕止水工程及注浆效果评价

龙门县石灰岩储量丰富,是广东省最大水泥生产基地之一。采石产业带动当地经济快速发展的同时产生了一系列环境地质问题。某石灰岩采石场前期对矿区环境地质条件研究程度不足,在开采过程中意外揭穿断裂F1控制的岩溶导水裂隙带,北侧地下水向采坑排泄,涌水量约3 000 m3 ? d-1。随着地下水位的下降,矿区北部陆续产生17处岩溶塌陷,引起多座房屋开裂,对当地居民的生产生活安全造成威胁。文章基于地面岩溶水文地质调查,运用地球物理勘探和钻探等方法,探明该区域地下岩溶发育分布特征,制定帷幕止水方案,并采用综合检测方法（高密度电阻率法、钻孔抽芯、压水试验和地下水位动态监测）对帷幕的注浆效果进行评价。帷幕两侧地下水位动态监测可以综合反映止水效果及其随时间的变化,建议保留监测设备,继续做好监测工作。检测结果表明,浆液基本完成对帷幕轴线方向上溶洞、岩溶管道、裂隙的填充,帷幕两侧形成稳定的水位差,涌水点的流量明显减小,帷幕的止水效果显著。      

湖南怀化盆地岩溶发育特征与分布规律

怀化盆地位于沅麻盆地和雪峰山冲断带2个构造单元接触带上,区内地质构造条件复杂,岩溶强烈发育。文章以区内碳酸盐岩为研究对象,通过资料收集、野外调查、钻探以及测试等工作手段分析空间上的地层、岩性组合特征,从岩溶形态、地层与岩性、构造条件、侵蚀基准面、地貌与水动力条件、可溶岩与非可溶岩接触带六个方面,系统总结怀化盆地岩溶发育特征。结果发现:研究区以覆盖型岩溶区为主,区内各类岩溶形态发育;区内自高向低存在三个溶蚀最发育段,其标高分别为500~600 m、210~270 m以及190~210 m,分别受历史侵蚀基准面、泸阳－怀化－中方谷地局部侵蚀基准面与舞水河侵蚀基准面控制;区内各地层钻孔遇洞率一般为57.1%~61.5%,最高为87.5%;谷地内各地层岩溶发育强度依次为厚层灰岩>白云岩>红层灰砾岩>薄层灰岩,但受地貌、水动力条件影响,溶蚀构造峰脊洼区的白云岩岩溶发育明显较谷地内更为强烈;舞水河沿岸、断层带附近、可溶岩与非可溶岩接触带以及山前冲洪积区等地下水交替循环强烈的地带,岩溶发育相对更为剧烈;区内岩溶强发育区主要分布于泸阳－城东新区、白沙－菜门溪一带。      

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。      

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.