岩溶隧道断层面突水灾害的力学机制

通过岩溶工程地质剖面和地质钻孔资料对岩溶发育特征与强度、第四系覆盖层厚度及物质组成、地下水动力条件等进行分析;并以此为基础,根据莲花县城区岩溶塌陷形成特点,结合岩溶塌陷点发生时的降雨量和地下水位变化记录等资料进行综合研究。结果表明:莲花县城区岩溶塌陷主要以水流潜蚀、高压气蚀、负压吸蚀、下渗旋吸、土体软化、重力加载等破坏作用叠加效应形成的土洞型塌陷为主;地下水位循环交替是引发岩溶塌陷的主要原因,而降雨强弱又直接影响着地下水动态变化;地下水循环交替不同阶段表现出对盖层的各类破坏作用的特征不同,一般在经多期次地下水循环交替过程后形成地面塌陷;部分地面塌陷因农田囤水、地面加载或振动而诱发。该文研究成果可为莲花县岩溶塌陷预警预报及防治提供科学依据,其他南方岩溶发育相近地区具有参考意义。     

杭州市环西湖覆盖型岩溶地面塌陷成因及预防

覆盖型岩溶地面塌陷是西湖风景区潜在的工程地质问题之一。本文根据杭州市环西湖覆盖型岩溶地区多年水位观测资料和岩溶水开采强度资料,从时间上把岩溶水开采历史概化为3个阶段。不同开采阶段地下水位动态变化特征不同,因此岩溶地面塌陷表现为不同的塌陷形式,具有不同的成因机制。分析表明：研究区岩溶地面塌陷机制经历了扰动一压密、渗透一潜蚀、真空吸蚀3个演变阶段。本文根据研究区岩溶地面塌陷成因类型和现阶段岩溶水开采情况,提出岩溶地面塌陷预防措施。     

砂漏型岩溶地面塌陷防治原则和方法

武汉地区在近东西向的多个褶皱构造中分布有6条石灰岩条带是岩溶地面塌陷多发区。其岩溶地面塌陷可分为砂漏型、土洞型、真空吸蚀型等三种基本类型,每种类型有其特定的地质条件及对应的塌陷机理。文章重点对灾害后果最严重、防治难度最大的砂漏型塌陷的地质条件及塌陷机理进行了分析,认为地下水（岩溶水和孔隙水）渗流是导致砂漏发生的关键因素,其中岩溶水渗流是原始动力。基于此,认为设置帷幕截断岩溶水渗流是防治砂漏型塌陷的根治措施,并提出地铁车站和区间盾构防治砂漏型塌陷的原则和方法,取得了良好效果。      

河床透-阻型岩溶塌陷形成机理

岩溶塌陷具有突发性,隐蔽性等特点,往往会造成重大灾害。为了预测岩溶塌陷的模式及可能性,以某地区河床塌陷为研究对象,对区域内河床透-阻型盖层岩溶塌陷的形成机理进行分析;并基于潜蚀—失托-重力致塌理论,建立土洞力学模型,对岩溶水位下降时土洞的抗塌系数进行初步评价;进一步采用FLAC~(3D)数值模拟对计算结果进行验证。研究结果表明该地区河床塌陷为地下水潜蚀作用下形成的土洞塌陷,土洞稳定性与土洞高度、土体物理力学性质、水动力条件变化等因素相关。也表明河床岩溶塌陷往往在附近地下抽排水初期以及土洞形成初期就会发生,一般先于两岸阶地的地面塌陷,可作为大范围岩溶塌陷发生的前兆。     

峰丛洼地形成动力过程与水资源开发利用

对喀斯特的重要地貌景观—— 峰丛洼地(锥状喀斯特) ,从水文地貌学观点分析论述了其气候形态学特征、地貌结构、地貌发育演化动力过程以及与内源水作用过程相关的多元水赋存特点及其水资源开发利用形式。      

广西来宾市良江镇吉利村岩溶塌陷成因机制分析

2010年6月,一场极端暴雨事件过后,广西来宾市良江镇吉利村发生大规模岩溶塌陷,一个月内陆续产生了17处塌陷坑,其中3个塌陷坑逐渐扩大发展,最终形成一长约170 m,深约38 m的大塌陷坑,被称为“广西第一塌”。此次塌陷事件影响面积约1 500 m2,导致70户298人搬离家园。为了弄清吉利村岩溶塌陷的成因机制,在塌陷发生地区开展了地面调查、三维激光扫描、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩溶塌陷动力条件监测、降雨量监测等多项工作。分析结果表明:吉利岩溶塌陷为自然塌陷,是多种不良因素共同作用的结果,这些因素包括特殊的“水-土-岩”组合和极端暴雨,其中极端暴雨引起的地下水气压力的急剧变化是其主要动力因素;特殊的地质条件,决定了该区岩溶塌陷发生的特殊性,分析其形成过程,认为主要受气爆效应、水击效应和渗流潜蚀效应的综合作用。      

山东省岩溶地面塌陷初探

岩溶地面塌陷是地下水动力条件改变的产物 ,关于其形成机理目前主要有潜蚀论、真空吸蚀论和液化论等。但实践表明 ,上述理论仍难解释某些实际问题。如岩溶地面塌陷形成时间、较薄潜水含水层的潜蚀破坏、土洞盖层由相对稳定状态转为非稳定状态时的强度降低原因等。本文据有关资料从另一角度对岩溶地面塌陷的形成机理进行了解析。1　山东省岩溶地面塌陷现状与分布规律1 1　岩溶地面塌陷现状及危害岩溶塌陷是一种发生在隐伏碳酸盐岩地区的突发性地质灾害 ,山东省鲁中南地区寒武系、奥陶系灰岩分布广泛 ,是岩溶地面塌陷的多发区 ,主要分布于泰安…     

南宁市坛洛镇岩溶塌陷群成因机制分析

岩溶塌陷是岩溶区较为常见的地质灾害,对其成因机制的研究有助于针对性的进行综合防治。为了弄清2012年6月在广西南宁市坛洛镇连续发生的岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷群发生地区开展了现场调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、地下水动态长期监测、岩土样测试等多项工作。结果表明,坛洛岩溶塌陷群是各种不良因素共同作用的产物。其致塌因素主要包括特殊的“水-土-岩”组合及人为活动。研究区地下水位埋深较浅,土体结构以粘性土为主,渗透系数较低且易崩解,地下岩溶极为发育。高强度的人工地下水开采活动是坛洛岩溶塌陷的诱因。深入分析其发育机理,认为塌陷群是渗流潜蚀效应、增荷失托效应和水位波动产生的气压差效应等3个力学效应综合作用下发生的,其致塌模式是重力致塌、潜蚀致塌、真空吸蚀致塌和冲爆致塌等4种模式的相互结合。根据岩溶塌陷的发生顺序推断坛洛镇岩溶塌陷群的发育过程可分为缓慢发育—塌陷诱发—塌陷集中爆发3个阶段,各阶段的主要地质营力有所不同。      

武汉市工程施工引发岩溶塌陷机理分析

文章对武汉市岩溶塌陷进行了全面梳理,主要对由工程施工引发的岩溶塌陷进行了归纳总结,按施工类型将其分为4大类,对其在不同地质条件下引发岩溶塌陷的成因机理、致塌模型进行举例分析,得出结论:钻探施工诱发的岩溶塌陷以岩层顶板破坏—垂直渗压致塌模式及崩解—土洞顶部破坏—加载致塌模式为主;桩基础施工以岩层顶板破坏—渗流液化致塌模式为主;抽排地下水诱发的岩溶塌陷为潜蚀-吸蚀致塌模式,荷载振动诱发的岩溶塌陷为潜蚀—振动—加载致塌模式。武汉市岩溶塌陷以钻探、桩基施工诱发为主,因其容易破坏岩土体结构、水动力条件,具有猛烈而快速的特点;抽取地下水影响范围较广,隐蔽、不易察觉;振动荷载只能作用于土洞形成后。      

覆盖型岩溶土洞对地下水升降作用的响应及其塌陷演化过程研究

福建省岩溶塌陷地质灾害发育,其发育程度仅次于滑坡、崩塌地质灾害。为研究岩溶塌陷的演化过程,本文以福建省典型覆盖型岩溶塌陷为研究对象,现场采取了覆盖层土样,在自制的物理模型箱中布设光纤光栅应变传感器、孔隙水压力计、沉降计等监测仪器获取不同条件下覆盖层土体的应力-应变信息,分析了覆盖层土体的响应情况,研究了典型覆盖层岩溶塌陷的发展演化过程。研究结果表明：(1)第四系覆盖层孔隙水位升降作用下,土层的孔隙水压力值基本呈等幅变化,底层土体变形最弱,顶层土体变形最大,两者的应变差值最大可达5倍。水位升降对土洞周围土体的破坏较小,土洞尚未形成。(2)岩溶水水位反复升降的过程中,孔隙水压力的增减与渗流水位变化同步;同一水平面上越靠近溶洞的土体产生的应变越大,且土层越高,应变差值越大,顶层土体应变差值达2000με。土洞顶板变形在水动力作用与真空吸蚀作用下不断向上发展,当变形发展超过临界土洞高度40 cm时,形成地面塌陷。(3)典型覆盖型岩溶塌陷演化过程可划分为土洞发育-覆盖层内部塌陷-地表塌陷3个不同阶段。(4)闽西南岩溶土洞塌陷大多发生于山间盆地河谷两侧地下水强径流排泄区,覆盖层厚度较大,多为第四系...     

论松辽盆地地下水动力场的形成与演化

理想的沉积盆地地下水动力场模式可以归纳为对称型和不对称型两种，其中局部地下水动力单元可以划分为4种类型：①泥岩压榨水离心流；②大气水下渗向心流；③越流、越流－蒸发泄水；④滞留。地下水动力场演化具有旋回性，每个旋回可以分为两个阶段：①盆地沉降接受沉积时期的泥岩压榨水离心流阶段；②盆地抬升剥蚀阶段的大气水下渗向心流阶段。随着沉积盆地的形成与演化，水动力场也有形成、发展和消亡的过程。松辽盆地地下水动力场具有明显的不对称性：盆地北部和东部大气水不对称下渗形成向心流；中央坳陷区压榨水形成离心流和越流；盆地南部以越流－蒸发浓缩为特征。在纵向上地下水动力的强度具有分带性，由浅到深，可以划分出强、弱、停滞3个带。     

乌东德水电站坝址区SO_4(2-)成因与分布特征分析

针对金沙江乌东德水电站坝址区左右两岸地下水中SO42-含量的差异,尤其是左岸SO24-含量普遍高于右岸的特征,通过岩矿和水化学成分分析,采用聚类分析法分析了地下水中SO42-与其他离子成分的相关性,并结合水岩相互作用及水化学场、水温场、水动力场等方面的分析研究,发现坝址区地下水中SO42-的来源主要与地层中的黄铁矿有关,左右两岸地下水中SO42-含量的差异主要由于二岸地下水循环不同所致。     

近三十年天津市地热大规模开发热储动态特征研究

天津是我国较早大规模开发深层地热的地区之一,经过30多年的持续开采回灌,对深部热储特征有无影响,是否引起了资源枯竭、水质恶化以及热储温度下降等环境问题,一直是社会关注的焦点。本文系统收集了1992年以来天津市地热开发过程中的不同热储层热水开发利用量、回灌量、水位、水质、水温等近30年的时间序列监测资料,通过垂向及横向对比,对地热持续开发30年来天津市不同地区不同热储层的热水动态特征进行了分析。结果表明,天津市各热储层地热流体的主要化学组分基本稳定,多年来无明显变化,地热采灌系统尾水回灌不会从根本上改变地热流体的原始化学特征,但深大断裂作为热流通道引起的顶托补给,会对上层热储水质造成一定的影响;随着近年来天津市回灌工作力度不断加大,大部分热储水位下降幅度减缓或出现回升,热储的温度没有明显的升高或降低的趋势,但回灌井热储段经过非供暖期的恢复无法达到最初的温度,呈逐年下降趋势。未来持续采灌条件下,回灌井筒的“冷堆积”及采灌井的优化调配应是重点关注的问题。     

沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制研究

应用油气成藏动力学方法,研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析,认为本区具有良好的生烃条件和储集条件,晋城矿区南部,地下水流场为一种汇流区,这种地下水流场特征,导致煤层气在汇流区域得到富集,形成地下水和煤储层中流体的能量的积聚,这种能量的聚集是形成高压储层的基础和保证。同时,南部还是低地应力分布区,渗透率相对地高,因此南部煤层气富集,煤层气产能大,是煤层气勘探开发最有利地区。晋城矿区北部为单向流动的地下水动力场,使得在相同地质背景下的同一地区出现不同的煤层气成藏特征。     

Origin and Distribution of Groundwater Chemical Fields of the Oilfield in the Songliao Basin, NE China

There are many factors affecting the chemical characteristics of groundwater in the forming process of groundwater chemical fields, such as freshening due to meteoric water leaching downwards, freshening due to mudstone compaction and water release, concentration due to infiltration and freshening due to dehydration of clay minerals. As a result, the groundwater chemical fields are characterized by lengthwise stages and planar selectivity. The former arouses vertical chemical zonality of groundwater. Five units could be identified downwards in the Songliao basin： （1） freshening zone due to downward-leaching meteoric water, （2） concentration zone due to evaporation near the ground surface, （3） freshening zone due to mudstone compaction and water release, and concentration zone due to compaction and infiltration, （4） freshening zone due to dehydration of clay minerals, and （5） filtration-concentration zone; whereas the latter determines the planar division of groundwater chemical fields： （1） the freshening area due to meteoric water, asymmetrically on the margin of the basin, （2） the freshening area due to mudstone compaction and water release in the central part of the basin, （3） the leaky area, which is a transitional zone, and （4） leakage-evaporation area, which is a concentration zone. In the direction of centrifugal flows caused by mudstone compaction in the depression area, the mineralization degree, concentrations of Na^＋ and Cl^-, and salinity coefficient （SC） increase, while concentrations of （CO3^2- ＋HCO3^-） and SO4^2-, metamorphism coefficient （MC） and desulfuration coefficient （DSC） decrease. However, all these parameters increase in the direction of gravity-induced centripetal flows.     

松辽盆地西部斜坡带稠油特征及其成因探讨

松辽盆地西部斜坡带原油物性随着深度的增加逐渐变好,从盆地中心向盆地边缘原油的密度和粘度系统增加,并逐渐过渡为重质稠油。成分上受控于原油胶质的含量,而沥青质的影响不明显。文章通过地层水化学特征、天然气特殊组分(氮气)和流体动力场的综合分析有效地区分了不同区带稠油的形成机理,认为在超压过渡带之上(埋深<1000m)稠油成因以大气降水下渗所导致的水洗作用为主,伴随着生物降解作用和氧化作用;超压过渡带之下(埋藏深度>1350m)原油物性受控于生物降解作用;超压过渡带内降解和未降解稠油共存,暗示该带有可能存在物性良好的油气资源。因此,深入了解稠油稠化的原因对勘探实践具有重要的指导意义。     

山东东营凹陷前古近系水化学场、水动力场与油气成藏

东营凹陷前古近系水化学特征对沉积环境有着良好的响应,从太古宙到早古生代的寒武纪,由于海水的侵入,使矿化度和氯离子含量出现增大的物质响应,但从奥陶纪到中生代,构造作用变强,水深总体变浅,保存环境变差,矿化度和氯离子含量总体降低。水化学剖面具有一定的分带性,大致可以划分为3种水文环境:水文流畅带(0~1.1km)、水文阻滞过渡带(1.1~1.75 km)和水文迟缓带(>1.75 km)。在各带矿化度、主要离子含量及离子组合系数等水化学参数具有不同的响应,其中水文阻滞过渡带和水文迟缓带对油气成藏有利。主要发育CaC l2型水和NaHCO3型水,随着矿化度的升高,NaHCO3型水逐渐被CaC l2型水取代。前古近系水动力场具有一定的对称性,从太古宙到中生代,水动力场中心和水动力场对称轴线发生变化。盆地内部发育以离心流为主的水动力场,在盆地边缘发育以向心流为主的水动力场,在离心流与向心流相接触的离心流泄水地带是油气聚集成藏的有利位置。     

鄂尔多斯盆地中部白于山附近白垩系地下水径流特征

鄂尔多斯盆地中部的白于山呈东西向展布,横亘于陕西北部,属黄土低中山。通过水动力场、水化学场和同位素场分析,白于山是无定河与洛河地表分水岭,也是第四系松散层和白垩系环河组地下水分水岭,而不是深层(埋深较大)的白垩系洛河组地下水分水岭。洛河组地下水分水岭在白于山北侧4 km～17 km。由于白垩系洛河组地下水分水岭的北移,为白垩系洛河组地下水的合理开发利用提供了依据。     

东营凹陷地下水动力场的形成与演化

沉积盆地地下水动力场的理想模式可以归纳为对称型和不对称型两种,其中局部地下水动力单元可以划分为泥岩压榨水离心流,大气水下渗向心流,越流、越流蒸发泄水和滞流4种类型。地下水动力场的演化具有旋回性,每个旋回可以分为两个阶段:盆地沉降沉积时期的泥岩压榨水离心流阶段和盆地抬升剥蚀时期的大气水下渗向心流阶段。随沉积盆地的形成与演化,水动力场也有形成、发展和消亡的过程。东营凹陷地下水动力场在平面上呈对称性:总体上大气水由凹陷边缘向凹陷中心渗入,凹陷内部各洼陷为压榨水形成的离心流区,凹陷边缘南部斜坡带和北部断阶带以及凹陷内部中央断裂带为越流泄水区。纵向上,局部水动力单元强度及演化规律与地层的埋藏深度有关。随着埋藏深度的增加,水动力单元强度逐渐减弱。     

弥散尺度效应的试验研究进展及展望

水动力弥散尺度效应问题是地下水中污染物运移研究的重要内容,针对国内外的弥散尺度效应研究,分别从室内和野外两个方面对弥散尺度效应试验研究进行综述。统计了室内试验各影响因素产生弥散尺度效应所占的比例,并根据表格数据分析造成弥散尺度效应的原因。最后,提出弥散尺度效应的试验研究展望:(1)验证弥散尺度效应的存在性;(2)研究弥散尺度效应的产生机理;(3)弥散尺度效应的定量化研究。