水位波动条件下覆盖型岩溶塌陷试验研究

本文以福建省龙岩市永定区樟坑村岩溶塌陷地质灾害点为研究对象,通过开展室内物理模型试验,研究了水位波动条件下岩溶覆盖层孔隙水压力和沉降的变化规律,结果表明:（1）孔隙水压力响应情况与水位波动呈现良好的一致性,根据孔隙水压力的变化可基本判断岩溶土洞内部土体的塌陷发展情况;（2）土洞内部塌陷同时向上部及水平方向扩展,但向上部扩展速度大于水平方向;（3）塌陷发展不规律,地表形成的近似圆形塌陷坑中心与原始空洞中心不在同一垂线上。同时,在分析覆盖型岩溶土洞发育特征的基础上,总结出覆盖型岩溶土洞在水位循环波动条件下的致塌模式,提出了岩溶土洞塌陷变形发展经历了土洞发育、土洞扩展和地表塌陷3个演化阶段。研究结果对岩溶土洞塌陷的监测预警具有理论及实际意义。     

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。     

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。     

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...     

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 %。     

岩溶塌陷临界土洞高度的确定--以唐山市体育场岩溶塌陷为例

土洞的产生和发展是岩溶塌陷的基础和前提,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%。     

岩溶区不同土洞探测方法的对比研究——以桂阳高速公路K23+100～K23+190路段为例

岩溶土洞及塌陷严重影响高速公路建设和安全运营,是覆盖型岩溶区高速公路路基面临而且又难以解决的主要岩溶病害问题。本文在桂阳高速公路K23+ 100～ K23+ 190路段利用地质雷达、浅层地震反射法、高密度电阻率法三种常规物探方法对土洞探测进行对比实验,结果表明: 地质雷达具有精度和效率高、成本低、成果直观等特点,是探测浅埋藏( < 10m)、小尺寸( < 3m)土洞的最佳方法。      

武汉纸坊-庙山老黏土区岩溶地面塌陷形成演化与监测

为查明武汉纸坊-庙山一带老黏土区岩溶地面塌陷成灾机理,并选取合适方法手段进行监测预警,有效减轻岩溶地面塌陷造成的危害,通过岩溶专项调查,查明了区内可溶岩分布及其地质结构,分析了岩溶地面塌陷形成演化过程及不同塌陷阶段监测方法的选取,调查分析结果表明：该区多为单层结构老黏土分布区,根据盖层黏性土、软弱土、非可溶岩（红层）的上下组合关系,将可溶岩分布区地质结构划分为3类（(1)、(2)、(3)）。不同的地质结构根据土体物理力学特征差异,其发生岩溶地面塌陷的形成演化机理不同：(1)类结构主要发生土洞型塌陷,(2)类结构主要发生泥流+土洞复合型塌陷,(3)类结构由于红层的阻隔,黏性土土洞无法形成,一般不会产生塌陷。结合塌陷的演化过程,土洞的形成演化阶段,重点是采用光纤等技术监测土洞的形成扩展情况,同时也要对地下水位、水气压力等诱发因子进行监测;土洞顶板变形塌陷阶段,因临塌前地表往往会产生少量沉降变形,主要采用精密水准测量或GPS监测等技术监测地表形变。     

龙岩市岩溶塌陷地质结构及其致塌机理

基于福建省龙岩市已发生的58处岩溶塌陷,从龙岩市的岩溶、覆盖层和地下水3个方面综合分析岩溶塌陷的地质结构,分别讨论岩溶塌陷的分布规律以及演化过程,归纳出龙岩市区典型的岩溶塌陷地质类型。研究结果表明,龙岩市岩溶塌陷多发生在以下区域:(1)覆盖型岩溶区,地层岩性主要为二叠系栖霞组灰岩;(2)覆盖层厚度小于30m,以砂卵石、含角砾粉质粘土为主;(3)岩溶地下水降落漏斗及其影响范围内;(4)断裂带及褶皱发育带影响范围内。龙岩市岩溶塌陷群是各种不良因素共同作用的产物,其中高强度的地下水开采和矿坑排水活动是龙岩市岩溶塌陷最重要的诱因,深入分析其发育机理,认为龙岩市塌陷区主要是在渗流潜蚀软化作用、水位波动产生的气压差和增荷失托作用3个力学效应综合作用的结果。     

大藤峡水库岩溶塌陷预防的安全调度研究

水库运行容易在库区诱发滑坡、岩溶塌陷等地质灾害。通过水库运行的安全调度,可有效减少库区地质灾害的发生。本文以在建的大藤峡水库武宣防护区为例,分析计算了岩溶塌陷预防的安全调度水位、排蓄水速度;并根据现场调查,查明了研究区岩溶塌陷发育的地质背景和发育现状,建立了岩溶塌陷发育机理模式。为了分析水库运行改变地下水动力条件对岩溶塌陷发育的影响,运用Modflow软件,建立研究区数值模拟模型,通过数值模拟运算,预测了大藤峡水库不同蓄水水位引起的地下水位变化,以及不同排蓄水速度引起的地下水流速变化;探讨了包气带、潜水层和承压水层区域岩溶塌陷发育的可能性。结果表明:研究区岩溶塌陷预防的水库安全水位高程为51～62 m,蓄水水位安全上升速度为0～1.0 m·d-1和排水水位安全下降速度为0~3.0 m·d-1。      

基于FLAC3D不同降雨速率下土洞致塌规律研究

针对桂林市临桂区岩溶塌陷易发区域,采用FLAC3D模拟不同降雨速率下的强降雨入渗过程,探究不同直径土洞在强降雨作用下的致塌规律,结果表明:（1）强降雨条件下,不同直径土洞最大位移均出现在洞顶部。降雨速率相同,洞顶竖向位移增长速率随土洞直径的增加呈整体加快的特点;加快降雨速率,竖向位移增长明显,竖向位移与土洞大小呈正相关。（2）相同降雨速率下,土洞直径增大会引起土洞底部剪切破坏区域进一步扩展。上覆土层在强降雨初期主要受到潜蚀作用,加快降雨速率,土洞底部水位剧烈波动对上覆土体产生的水击气爆成为主导作用,剪切破坏速率加快,洞趾剪切应变明显增加,当土洞直径达到3 m时,水位波动愈加剧烈,加速上覆土层破坏。（3）降雨速率的变化对土洞塑性区拓展范围具有不同程度的影响,较大直径的土洞在加快降雨速率时塑性区拓展范围明显扩大,即土洞大小、降雨速率对上覆土层稳定性具有较大的影响。研究结果为定量研究强降雨与上覆土层塌陷的关系提供了依据,对有效、合理地预警岩溶塌陷具有一定的意义。      

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。      

岩溶塌陷发育的时空阶段性分析

岩溶塌陷是土洞形成与发展的结果，临界土洞的形成是土洞发育的最终阶段，以临界土洞为界，岩溶塌陷的整个发育形成过程从时间和空间上划分为内部塌陷和地表塌陷两个密不可分的阶段。内部塌陷阶段是土洞发育与扩展即覆盖层岩土体逐渐 缓变过程，土体的破坏为拉张破坏与剪切破坏相复合的混合破坏方式；地表塌陷阶段是土洞扩张导致地表土体破坏塌落的突变过程，土体破坏为剪切破坏或拉张破坏，不同的破坏方式将在地表形成不同形状的塌坑。     

一种复合型岩溶地面塌陷的形成机理——以武汉市烽火村塌陷为例

以武汉市烽火村岩溶地面塌陷为例,在对大量地质资料统计分析的基础上,将岩溶地面塌陷坑的发育形态与其形成机理相结合,借助室内大型物理模型试验研究和FLAC^3D数值模拟研究结果,从分析砂层中扰动带和土洞发育及其破坏方式入手,通过对单一扰动带和土洞发育形态的分类,以及扰动带和土洞之间相互干扰和联合的分析,综合提出了一种复合型岩溶地面塌陷的形成机理。岩溶地面塌陷分为小型塌陷和大型塌陷两大类,小型塌陷是单个扰动带和土洞发育的结果,大型塌陷是多个扰动带和土洞共同发育、相继失稳的结果。     

覆盖型岩溶土洞真空吸蚀致塌模型及影响因素分析

本文以覆盖型岩溶土洞为研究对象,通过建模分析,构建其因地下水骤降产生真空吸蚀致塌数学模型,依据玻义耳-马略特定律得出土洞塌落稳定系数表达式,同时推导出土洞空腔负压计算公式;并通过算例开展了初始地下水位、水位降深及土洞覆土厚度等参数对塌陷稳定性系数的影响分析,探讨其内在影响规律。研究得出:地下水骤降条件下,土洞塌陷稳定性系数K与土洞空腔(真空)负压ΔP呈反比关系;土体初始水位h'的大小和位置以及水位降深Δh,关系到土洞空腔(真空)负压ΔP形成和土洞塌陷稳定性系数K的变化;在一定的初始水位h'和水位降深Δh条件下,土洞上覆土厚度对塌陷稳定系数的影响非常明显,在中高初始水位及中高降深时,塌落稳定系数与覆盖层厚度呈正相关规律。     

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。     

广西来宾凤凰变电站土洞塌陷形成机理及其治理

凤凰变电站位于广西来宾市北部凤凰工业园规划区,占地面积约170 m×160 m。场地属岩溶残丘缓坡地貌,并为土层覆盖。勘察时钻探、物探均未发现土洞等不良地质现象,但在之后的施工期间却产生了十余处土洞塌陷,土洞塌陷密度6.81个/hm2,塌陷总面积489 m2。这类土洞不仅形成速度快,而且形成滞后于勘察工作,很容易造成评价上的遗漏从而引发工程事故。本文从场地岩土结构、水文气象和工程活动等方面阐述了土洞的形成机理,认为场平清除表层粉质黏土,暴露地下峰林及松散岩土,使降雨集中入渗侵蚀,是塌陷形成的原因。根据变电站土洞塌陷机理,提出了增加截水和排水沟、硬化场地等切断水动力条件的预防措施,并对浅层塌陷区采用了毛石混凝土换填、深层塌陷区采用了静压固结灌浆加固的综合治理方法,治理取得了预定的效果。      

江苏徐州地区岩溶塌陷致塌力学模型及水位控制红线

岩溶塌陷实际是覆盖层土体变形破坏的一种特殊类型。通过调查研究,将徐州地区岩溶塌陷概化为"单一透水型盖层"、"透—阻型盖层"以及"单一阻水型盖层"三种地质模式,破坏模式为渗透变形破坏和剪切变形破坏,致塌模式分别为"潜蚀渗透-超临界水力梯度致塌"、"潜蚀软化—吸蚀—渗透力致塌"以及"真空吸蚀致塌"。建立了内部塌陷阶段以及地表塌陷阶段的综合力学模型,经新生街塌陷和溶剂厂塌陷验证,计算结果与实际情况基本吻合。以徐州典型塌陷区为例,分别对不同覆盖层厚度(40 m、30 m、20 m、10 m)、不同溶洞直径(4 m、2 m、1 m、0. 2 m)、不同下伏黏性土厚度(5 m、10 m、15 m、20 m、25 m、30 m、35 m、40 m)的稳定性进行试算,得到稳定性系数随水位降深的变化关系曲线,结果表明:覆盖层厚度越大、下伏黏性土厚度越大、溶洞直径越小、水位降深越小,稳定系数越高,越不容易塌陷;当洞穴直径小于1 m时,自然条件下土体均处于稳定状态;以稳定系数等于1为变形破坏的极限平衡条件,确定了最大水位降深及其空间分布,并据此作为岩溶塌陷的水位控制红线,为研究区岩溶水安全合理开采提供指导意义。     

滨海地区不同质地土壤对垃圾渗滤液中氨氮的吸附作用

为了探讨粉砂、粉质粘土、粉土对垃圾渗滤液中NH4+-N的吸附作用,在室内做了吸附实验,实验结果表明,三种土样吸附NH4+-N的等温吸附曲线均符合Langmuir模式,且最大吸附量分别为粉砂1.3 034 ms/g,粉质粘土1.109 mg/g,粉土0.3 439 mS/S.不同土样吸附NH4+-N的能力差异较大,三种土样的吸附顺序为:粉砂>粉质粘土>粉土;三种土样的迟滞因子分别为粉砂27.939,粉质粘土21.782,粉土18.257,说明粉砂和粉质粘土的防污能力较粉土强.     

岩溶土洞发育区地基塌陷的治理

岩溶土洞是一种特殊的岩溶现象，具有埋藏浅、发育快、分布密、易引发地面塌陷的特点，地工程建设危害极大。本文以郴州师范学校教职工生活区地基塌陷治理工程为例，对岩溶土洞的分布规律、形成机理及地基塌陷原因进行了分析，并简要介绍了岩溶土洞的治理措施。