覆盖型岩溶区土体塌陷典型数学模型的研究

本文通过大量工程的野外调研和岩溶塌陷数据资料分析,将覆盖型岩溶发育地区土体盖层岩溶塌陷的数学模型分为导水盖层和阻水盖层两种典型情况。提出“导水介质覆盖层的渗流场－应力场耦合的数学模型”和“阻水介质盖层的渗流场－强度弱化－压差场数学模型”。针对模型的数学物理意义进行了探讨并提出了建立“岩溶塌陷数学模型系统”的基本设想。     

安徽省沿江地区典型岩溶塌陷区盖层－岩溶组合特征

安徽省沿江地区（铜陵、池州、安庆）岩溶塌陷地质灾害较发育,无论是开展岩溶塌陷地质灾害防治,还是监测预警,都必须研究岩溶塌陷发育的地质环境条件,掌握岩溶塌陷区盖层工程地质特征、下伏碳酸盐岩岩溶发育特征以及盖层－岩溶组合关系。文章以安徽省沿江地区岩溶塌陷为研究对象,在全面收集和总结区内大量岩溶塌陷调查、勘查及监测资料,野外调查典型岩溶塌陷区的基础上,分析了典型岩溶塌陷区盖层工程地质特征、下伏碳酸盐岩岩溶发育特征,并进行概化处理,建立了岩溶塌陷的盖层－岩溶组合地质模型。研究表明:区内典型岩溶塌陷区的组合主要有7种类型,最易产生岩溶塌陷的组合为“第四系盖层为粉质黏土－砂砾卵石双层结构,下伏基岩岩溶发育中等以上”;岩溶塌陷致塌机理主要为潜蚀致塌,其次为真空吸蚀致塌、振动致塌。      

覆盖型无充填溶洞薄顶板塌陷稳定性研究

本文通过对覆盖型岩溶区薄顶板无充填溶洞岩溶塌陷成因机制的分析,提出其塌陷稳定性可以用“盖层土体-薄顶板无充填溶洞力学系统”的稳定性来解释,并分析了盖层土体与薄顶板溶洞之间通过应力传递和质量传输的互动作用。      

隐伏碳酸盐岩区第四系松散盖层稳定性分析

在被第四系松散岩类覆盖的碳酸盐岩分布区，由于地下水动力条件改变（如水源超采、矿山排水、矿坑突水等引起的岩溶水位变化），常引发岩溶塌陷地质灾害。为了解第四系松散堆积物厚度与发生岩溶塌陷的关系，通过综合分析山东省岩溶矿区和供水水源地历年来发生的岩溶塌陷分布规律、形态特征及发生过程等，采用应力平衡法剖析了岩溶塌陷的形成机理与松散盖层的稳定性，为隐伏碳酸盐岩区工程地质勘察和岩溶塌陷防治提供参考依据。     

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。     

徐州废黄河断裂带对岩溶塌陷的控制作用

徐州城区是岩溶塌陷地质灾害危害严重的区域,已发生的塌陷均展布在废黄河断裂带内,有明显的规律性,为断裂带地下水富集区过量抽水所造成。研究表明,废黄河断裂带内岩溶发育,发育有向上开口的溶洞和裂隙,断裂带沟通了不同时代的含水层,形成了地下水强径流带或富集带;地堑式断裂带构成的负地形形成了晚更新世和全新世古河道,古河道区域形成"单一透水型盖层"和"透-阻型盖层",使黄河泛滥沉积的砂性土直接覆盖在岩溶含水层上,为过量抽水发生岩溶塌陷提供了重要水动力条件。因此,废黄河断裂带及其伴生断裂控制了岩溶塌陷的形成条件,特别是岩溶发育强度、岩溶水文地质结构和地下水富集规律。     

覆盖型岩溶塌陷的空间预测与评价

针对危害性最大的覆盖型岩溶,建立考虑土盖层厚度和岩土体类型的典型岩溶地质结构模型,分析其在地下水位升降及地表水入渗情况下的塌陷机制。结合具体岩溶工程问题,提出“物理探测－工程勘察－岩、土物理力学试验－数值模拟－监测评价”的岩溶塌陷空间预测方法,并将该方法应用于湖北省黄石市一处典型覆盖型岩溶灾害区。在物理勘探、工程勘察和岩土物理力学试验的基础上进行的岩溶塌陷数值模拟表明,相对于地下水位快速升降,因地表水入渗导致黏土盖层软化引起的地面沉降更大。依据数值模拟结果,结合研究区地面及房屋裂缝的发展情况,划分出塌陷危险区的具体空间范围。实践证明,该岩溶塌陷空间预测方法具有较强的可操作性和较高的可靠性,可作为类似工程问题的研究方法予以推广     

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。     

从研究岩溶地下水角度分析评价岩溶塌陷的危险性--以南宁坛洛塌陷为例

南宁市是广西岩溶地面塌陷危害十分严重的城市之一。2012年6月2日突发的岩溶地面塌陷主要集中分布在坛洛镇南西方向,形成塌陷坑19个,地裂缝17条,威胁62户共232人,潜在经济损失约870万元。坛洛塌陷多形成于松散盖层厚度小于15 m,地下水位埋深小于20 m,地下岩溶强发育的区段。碳酸盐岩岩溶发育、松散盖层厚度较小和水动力条件（降水、地表水和地下水）复杂为岩溶塌陷产生的必要条件,尤以地下水的作用对岩溶塌陷的形成起至关重要的作用。通过对坛洛地下水动态观测与岩溶塌陷的调查研究确定地下水强径流带,分析评价岩溶地面塌陷的危险性,为岩溶地区的岩溶塌陷危险性勘察、评价工作提供一定指导意义。     

烟台中桥岩溶塌陷发育特征及防治对策

中桥灰岩分布区是胶东岩溶地貌的典型代表,近些年岩溶塌陷较为严重,给当地人民生命财产造成严重威胁。文章以力学、构造地质学、水文地质学等理论为依据,宏观微观相结合,对岩溶塌陷发育特征和过程以及岩溶塌陷触发因素进行研究。结果表明:在塌陷诸多因素中,地层岩性是基本条件,地质构造为主导因素,而水动力条件是决定因素;从地貌角度看,距离河流300 m以内区域岩溶发育更强烈,岩溶塌陷均发生于河流与河流夹角V型区域内;从盖层及构造角度看,岩溶塌陷多发育于覆盖层厚度为10~15 m、断裂上盘1 km以内的岩溶区域,为岩溶塌陷脆弱区;在塌陷触发因素方面,在具备岩溶塌陷基本前提下,强降雨、过度采排地下水以及连续干旱,特别是水位在灰岩面上方0~2 m持续波动超过5 d以上更易触发塌陷。在岩溶塌陷防治方面首先要合理规划地下水采排方案,其次在区内建设地下水监测预警网络,在矿山周边建设止水帷幕工程。      

Summary editorial for karst hydrogeology: advances in karst collapse studies

Karst collapses occur in various sizes and by various mechanisms. No karst collapses are the same, and each needs to be treated individually. Decades of investigation of and experience with these collapses make it clear that addressing karst collapse hazards requires a multi-disciplinary approach that integrates geomorphology, engineering geology, hydrology, hydrogeology, biology, geophysics, geochemistry, and risk assessment. This thematic issue contains 12 papers that illustrate the recent advancement in karst collapse studies, covering a spectrum of topics from karst collapse mechanism study, geophysical application to karst collapse investigation, karst collapse investigation standards, karst collapse monitoring and early warning, and karst collapse remediation.     

Comprehensive analysis and quantitative evaluation of the influencing factors of karst collapse in groundwater exploitation area of Shiliquan of Zaozhuang, China

Karst collapse is a type of complicated environmental and geological hazard that can be caused by many factors: natural factors, such as rainfall, and human activities, such as overpumping of groundwater. Therefore, it is important to make a comprehensive analysis and evaluation on karst collapse risks and impacts of the influencing factors of karst collapse. However, how these factors affect karst collapse is still a problem, which has not yet been well solved. Taking the karst collapse in groundwater exploitation area of Shiliquan of Zaozhuang, China, as the example, and based on the comprehensive analysis of the formation rule and mechanism of karst collapse in this area, this paper mainly employs Quantification Theory to make a quantitative analysis and evaluation of various influencing factors of karst collapse in the groundwater exploitation area of Shiliquan of Zaozhuang. It thereby determines the impact of different influencing factors on karst collapse strength, and identifies the dominant and minor factors that affect the karst collapse. It also provides some criteria for the prevention of karst collapse and protection of karst water resources and environment.     

顶空型与顶实型陷落柱的成因与导水性能的差异

本文运用弹性理论分析了顶空型与顶实型陷落柱压实应力的差异。利用Griffith理论分析了陷落柱活化的判据，认为顶空型陷落柱比顶实陷落柱更易于活化导水。     

基于层次分析-模糊综合评价法的徐州市岩溶塌陷易发性评价

为定量评价城市岩溶塌陷灾害,在详细分析徐州市地质条件的基础上,选取了岩溶发育程度、覆盖层条件、水动力条件等8个致灾因子,运用层析分析-模糊综合评价法对研究区岩溶塌陷易发程度进行评价,得到徐州市岩溶塌陷易发程度分区图。研究结果表明:徐州市岩溶塌陷易发程度分为高易发、中易发、低易发、不易发共4个等级。高易发区主要位于市区溶剂厂-新生街一带及张集水源地邓楼水厂-梁堂水厂一带。区内岩溶水水位长期在基岩面附近波动是诱发岩溶塌陷的主要因素,因此在岩溶塌陷高易发区内应加强对岩溶地下水的开采控制,建立岩溶塌陷监测预警系统,预防岩溶塌陷的发生。      

熵权-正态云模型岩溶塌陷预测分析

为了研究岩溶地区的岩溶塌陷预测问题,根据大量岩溶塌陷实例确定6项岩溶地区典型的影响因子（岩性系数（RQC）、岩体结构系数（RMSC）、地下水系数（GWC）、覆盖层系数（SSC）、地形地貌系数（LPC）、环境条件系数（ECC））,采用熵权法计算各项影响因子的权重并结合云理论建立熵权正态云模型。通过模型对桂林西城区岩溶塌陷进行预测且结合实际塌陷情况进行比较分析,结果证明建立的熵权正态云模型的预测结果与实际结果比较接近。表明该模型对于岩溶塌陷的预测分析方面具有良好的适用性和可靠性,且能够为岩溶发育地区岩溶塌陷的非线性、复杂性预测判断提供一种新的思路和方法。     

重庆市龙泉村—庆丰山村岩溶塌陷分布规律与成因机制

文章以地质环境与隧道建设活动为基础,总结出重庆市沙坪坝区龙泉村—庆丰山村岩溶塌陷分布规律及发育特征:（1）岩溶塌陷集中分布于槽谷与横向冲沟交汇地带、槽谷中地势低洼地带以及地表溪沟附近;（2）岩溶塌陷形成演化呈现从地势低洼处往高处扩展、从隧道疏干区核心部位往边缘外围逐渐扩展的特征。研究区岩溶塌陷受隧道施工疏干排水及降雨影响控制,为隧道施工疏干后期降雨型岩溶塌陷。研究区岩溶塌陷的形成演化可分为三个阶段,其中前两个阶段为塌陷高峰期。不同阶段诱发岩溶塌陷的主控因素不同:第一、第三阶段主控因素为渗流潜蚀、增荷软化效应;第二阶段主控因素为渗流潜蚀及岩溶管道水气压力突变效应。     

徐州岩溶塌陷时空分布规律及成因分析

文章通过对以往岩溶地面塌陷勘查工作成果进行系统梳理,揭示了徐州地区裸露型岩溶和覆盖型岩溶的分布规律及历史上岩溶塌陷的时空分布特征,发现塌陷的分布具有明显的规律性:(1)塌陷受废黄河断裂带控制,离废黄河断裂带越近岩溶发育越强烈,离废黄河断裂带较远的部位岩溶发育明显减弱;(2)塌陷主要分布于浅部岩溶强烈发育地段的奥陶系灰岩中,少数分布于寒武系灰岩之中;(3)塌陷集中分布在古河道形成的,砂性土单层结构地段,少数分布在砂性土-黏性土双层结构地段;(4)塌陷全部位于岩溶水开采降落漏斗内。结合岩溶塌陷的时间与地下水的动态活动过程之间的关系,全面分析地面塌陷形成的原因,提出了古河道与废黄河断裂带的重叠部位为岩溶地面塌陷发生的有利部位,但最终发生地面塌陷则是人类工程活动过程引起岩溶水位剧烈波动——大幅、快速下降的结果。该研究成果可为徐州市今后进一步防治岩溶塌陷地质灾害提供地质科学依据,有重要的实用价值。      

我国岩溶塌陷研究综述

随经济的不断发展,对岩溶区资源的开发日益增强,由此引发的岩溶塌陷问题也日趋频繁、严重,已成为岩溶区可持续发展的一大障碍,有效减轻其造成的危害势在必行。文章根据近年来国内外岩溶塌陷的研究现状及发展,概述了岩溶塌陷的三大形成条件:一定发育程度的岩溶、上覆盖层、岩溶地下水系统;以及中国岩溶塌陷的时空分布规律,分别举例例证了它的几种成因机制,如重力致塌、潜蚀致塌等。由于其突发性及危害性,有必要对岩溶塌陷的预测防治进行深入研究,做到防灾减灾。基于此,总结了中国岩溶塌陷的监测预报和安全评价等方面的新方法和措施等。针对塌陷的形成条件、塌陷现象或其危情的存在状况及其危害性,归纳了有针对性的防治措施。     

The effects of karst collapse on the environments in north China

In this paper, a systematic study was completed on the distribution features and origins of karst collapses in north China. There are 65 modern karst collapse areas with 1,416 karst collapse pits and 38 paleo–karst collapse areas with 3,654 paleo-collapse pillars. Modern karst collapses are mainly distributed in the plain region of the east Taihang and Yanshan Mountains and are concentrated in three zones from the west to the east in this region. The regional distribution features of karst collapses in north China are controlled by the boundary of the geological tectonics, condition of soluble rock and the extent of human activities. From the results, three-grade indices have been adopted to establish a classification scheme for karst collapse in north China. The effects of karst collapses on the environments in north China are summarized using a karst collapse classification scheme.