Karst Hazard Assessment of Eastern Saudi Arabia

Karst phenomena exist in areas in the eastern part of Saudi Arabia, forming solution features such as sinkholes, collapsed dolines and solution caverns, as a result of the chemical leaching of the carbonate and evaporite formations by percolating water. The instability of these karst phenomena could produce land subsidence problems. This paper reviews the geology of documented karstic rock units in Saudi Arabia and proposes a simple engineering classification of the solution features characteristic of limestone. Two case histories in the Dhahran area, eastern Saudi Arabia, will be used as examples for the application of a modified engineering classification.     

A Knowledge-Based Computerized Approach to the Development of a Sinkhole Database

This study proposes a knowledge-based, computerized method to develop an initial sinkhole database as a basis for subsequent field investigation to improve on the established database. The knowledge-based data analysis represents sinks (i.e., topographic depressions) as isolines and associates them with contextual land use, land cover, and hydrologic information relevant to potential sinkhole hazard. Sinks of high priority for subsequent field investigation are identified based on combinations of contextual attributes. The proposed methodology for knowledge-based development of a preliminary sinkhole database is valuable for hazard planning and management.     

珠江口盆地流花碳酸盐台地灰岩坑的地震反射特征及成因探讨

早中新世东沙隆起带上发育了大规模的流花碳酸盐台地,上覆巨厚未固结-弱固结泥岩。基于三维地震数据,利用相干体及可视化等方法,在台地上发现了由溶蚀垮塌作用形成的数量众多的椭圆形的灰岩坑。灰岩坑直径一般为200~700 m,最大超过900 m,深度10~90 m;灰岩坑在地震反射上表现为碳酸盐岩顶部垮塌,并导致上覆泥岩地层塌陷;灰岩坑一般沿NWW向断层分布,这些NWW向断层切割中新世碳酸盐岩和上覆海相泥岩地层,绝大多数终止于T₁₀的不整合面。综合分析东沙海区构造和沉积过程认为：发生在晚中新世末期的东沙运动形成了NWW向张扭性断层,为酸性流体提供了运移通道和物质交换场所;东沙运动伴生的基底岩浆活动可能产生了酸性热液流体;东沙运动末期发生强烈的构造抬升和大规模海底暴露,造成地表水沿断层注入,加快了碳酸盐岩的溶蚀速率。在台地底部珠海组砂岩层的高压流体、地表水和岩浆活动可能产生的酸性热液流体的共同溶蚀作用下,碳酸盐岩地层内部产生溶洞,并且越来越大,最终顶部无法承载上覆巨厚泥岩而发生垮塌,形成灰岩坑。流花碳酸盐台地灰岩坑的形成不是简单的暴露溶蚀,而是构造活动影响下深埋藏溶蚀作用的产物。     

岩溶塌陷光纤传感试验装置的标定试验

根据岩溶土洞(塌陷)变形演化特点,分析土体与传感光纤之间的力学关系,简化塌陷力学模型,加工塌陷模拟试验装置并进行试验。首先通过对光纤加载和卸载来模拟土洞形成过程顶板荷载的变化及分析传感光纤相应的变形和轴向应变特点,然后研究了土洞规模变化对光纤传感监测的影响。研究表明:在土洞形成过程中,因土洞规模和上覆土层荷载不一而导致的应力场的分布变化,以及不同光缆对应力场变化响应灵敏性的差异,是影响分布式光纤传感技术在岩溶土洞中应用的关键因子。文中所标定的光纤传感试验装置能较好地显示岩溶土洞形成演化过程中的应变变化特征,说明分布式光纤传感技术可应用于岩溶土洞的监测预警。      

裂隙-管道介质泉流域水文地质模拟试验

为了深入认识岩溶泉流域的流量过程影响因素和作用机制,以西南岩溶泉流域水文地质概念模型为原型,建立了实验室尺度下的裂隙-管道介质物理模型和数值模型。选取补给雨强、泉口直径、落水洞与开采井的位置作为影响因子,模拟了泉流量过程。试验结果表明:单次降水试验可以观测得到泉流量增加、平稳波动和衰减共三个阶段;同一泉口直径条件下,补给强度对泉流量衰减系数的影响极小,直径为3,4,5,7 mm的泉口直径对应的衰减系数分别为0.003 6,0.006 7,0.011 5,0.012 9,泉口直径与衰减系数呈近似对数关系;落水洞汇流水量占泉流量的比例远大于裂隙;2~3 mm是微小裂隙与较大裂隙的过渡区域,两种类型的介质泉流量过程差异明显;开采井分别位于泉口附近、模型中间位置和落水洞时,泉流量衰减系数依次减小。     

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。      

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。      

岩溶地区土地利用变化的水文响应研究——以贵州后寨河流域为例

以贵州普定后寨地下河流域为研究区,在分析流域生态环境特征以及岩溶水形成机制的基础上,通过野外调查、资料收集并结合现代空间技术、地理信息系统和遥感技术,研制开发了适合我国后寨河流域的基于落水洞的岩溶半分布式水文模型,分析了土地利用/覆被变化对流域径流的影响以及流域产汇流参数对比关系。结果表明:生态建设后除最大土壤蓄水量增大外,其它产流参数变化不大;汇流参数基本小于生态建设前,但相差不大;在降雨条件不变的情况下,生态建设后的产流量小于生态建设前的产流量,生态建设前土地覆被下的流量在低水位时比生态建设后的流量稍高,而在高水位时生态建设前流量比生态建设后的流量稍低。      

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.