湖北武汉白沙洲隐伏岩溶区地质结构与岩溶塌陷分类

武汉市可溶岩大多隐伏于第四系土层及白垩—古近系红层下部,可溶岩分布地区地质结构与岩溶地面塌陷关系密切,已发生的岩溶地面塌陷中上黏下砂地质结构占绝大部分。以白沙洲岩溶条带长江两岸为研究区,根据盖层黏性土、砂性土、软弱土、非可溶岩（红层）的上下叠置关系及地面塌陷特征,将可溶岩分布区地质结构划分为3类、5型;岩溶塌陷的实质是土体塌陷,在岩溶区地质结构研究的基础上,根据土体物理力学特征差异,受力后塌陷过程中土颗粒的运移方式,即黏土块体塌落、砂颗粒漏失、软弱土流失,系统将研究区岩溶塌陷机理分为土洞型、沙漏型、泥流型3类,同时也存在多种类型复合型岩溶塌陷。     

也论覆盖型岩溶地面塌陷机理

为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。     

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。     

覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测与危险性评估

为了给覆盖型岩溶地面塌陷防治提供依据,以岩溶地面塌陷的沙漏型、土洞型和泥流型等三个塌陷机理为基础,根据岩溶地质结构,结合岩溶发育程度和触发因素,提出了覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测和危险性评估方法。根据塌陷变形中土颗粒行为特征,将可溶岩上覆盖层土体区分为砂性土、粘性土和软弱土三种基本类型。依据三类土层在剖面上的组合关系,划分出三大类九个亚类岩溶地质结构。首先,依据岩溶地质结构的平面分布特征,结合岩溶发育程度和研究区可能存在的触发因素,对岩溶地面塌陷进行综合地质预测,即区分为高、中、低三个易发区;然后结合塌陷灾害对周围环境的可能影响程度,进行地面塌陷危险性评估,即划分为高、中、低三个危险区。覆盖型岩溶地面塌陷综合地质预测与危险性评估方法的地质理论依据充分,具有较好的实用性和可操作性。     

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...     

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。     

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。      

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。     

广东佛山市高明区李家村岩溶塌陷群成因机理分析

以自然诱发的李家村岩溶塌陷群为研究对象,在系统收集区域地质、构造、工程、水文、环境、气象、历史灾害等资料的基础上,结合钻探揭露结果,查明了李家村岩溶塌陷群所在区域地质环境条件和岩溶发育特征,分析了形成过程,并探讨了成因机理。结果表明:（1）李家村岩溶塌陷群所在区域覆盖层为带“天窗”的“隔?透”交替型地质结构、基岩可溶岩砾状灰岩中方解石含量高易溶蚀,为土洞和溶洞形成和发展起到决定性作用;北东向和北西向断裂交叉叠加作用、紧靠西江和存在古河道,为地下水潜蚀强径流和频繁交换提供通道,对岩溶发育起到主导作用;地表水和地下水连通性好有助于降雨诱发岩溶塌陷;（2）李家村岩溶塌陷群的发生过程经过三个阶段:前期水渗气压阶段→中期软化塌陷阶段→后期振动群塌阶段,致塌模式属渗压?重力?软化型。（3）李家村岩溶塌陷群是在特殊的“岩?土?水?气”组合地质环境条件下,由强降雨作用诱发并导致土洞垮塌而引起一连串自然塌陷所形成的。     

《岩溶地面塌陷理论与实践》内容简介北大核心CSCD

本书作者从岩溶地面塌陷过程中土颗粒受外力作用后的运动学响应特征出发,对可溶岩上覆土体进行了塌陷行为分类,划分了9类岩溶地质结构,提出了岩溶地面塌陷的“三机理”理论;以该理论为依据,探讨了岩溶地面塌陷的综合地质预测模型和确定性预测模型、监测内容和技术方法、防治与应急措施。同时,总结和介绍了岩溶地面塌陷不确定性预测模型——概率模型、模糊模型、灰色模型及其他预测模型;收集与整理了较为丰富的塌陷治理工程案例。在该著作中,作者从理论到实践,提出了岩溶地面塌陷完整的理论体系和技术方法,     

《岩溶地面塌陷理论与实践》内容简介

正本书作者从岩溶地面塌陷过程中土颗粒受外力作用后的运动学响应特征出发,对可溶岩上覆土体进行了塌陷行为分类,划分了9类岩溶地质结构,提出了岩溶地面塌陷的"三机理"理论;以该理论为依据,探讨了岩溶地面塌陷的综合地质预测模型和确定性预测模型、监测内容和技术方法、防治与应急措施。同时,总结和介绍了岩溶地面塌陷不确定性预测模型——概率模型、模糊模型、灰色模型及其他预测模型;收集与整理了较为丰富的塌陷治理工程案例。在该著作中,作者从理论到实践,提出了岩溶地面塌陷完整的理论体系和技术方法,     

岩溶土洞演化及其数值模拟分析

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。土洞在水的作用下发育演化最终形成塌陷,可通过地下水位的变化来研究土洞发育和塌陷的形成。同时土洞的演化会造成覆盖土体不均匀位移和应力重分布,可通过覆盖土体位移和应力变化来进行研究土洞演化过程。采用FLAC3D三维有限差分程序,分析覆盖层垂向位移场表明:最大垂向位移出现在土洞顶部,使拱顶出现拉张破坏,并可根据洞顶土层位移的数值模拟结果,划分“等沉面”确定土洞扰动的土层深度。分析覆盖层剪切应力场表明:在土洞拱趾部位出现剪应力集中,会造成拱趾的剪切破坏,并可根据洞顶“剪应力低值区”,判断覆盖层中土拱效应的存在。分析覆盖层塑性区表明:较为坚硬的黏土层中,土洞以拱顶塌落和拉张破坏为主,最终可以形成坑壁较为陡直的桶状或坛状塌坑。土层较为松散时,以拱趾的剪切破坏为主,最终可以形成锥碟形塌陷坑。利用“剪应力低值区”,“等沉面”和“塑性区”可综合判断土洞的稳定性以及覆盖层所能形成的极限土洞大小。岩溶土洞演化规律及数值模拟研究对岩溶塌陷（土洞）早期监测和评价有着重要的理论及工程意义。      

歌乐山地区隧道工程诱发的岩溶塌陷发育规律与形成条件

歌乐山地区近年来因密集修建隧道工程诱发大量岩溶塌陷,然而对岩溶塌陷的分布、规模、成因和演化等尚缺乏系统性总结。通过资料整理、钻井资料分析、监测资料解译等手段,对歌乐山地区岩溶塌陷发育规律和形成条件进行了系统性分析,对致塌成因机理和演化过程进行了深入探讨,得出以下结论：岩溶塌陷多组群式发育在隧址区内第四系粉质黏土覆盖的宽阔岩溶洼地、沟槽或构造裂隙密集区;多级岩溶洞缝系统为岩溶塌陷的形成提供了良好的空间发育条件,致塌力主要来自隧道工程建设引发的地下水动力条件变化;岩溶塌陷主要成因机理是隧道工程建设改变局部地下水环境,在重建过程中产生的多效应致塌作用诱发易塌地质结构塌陷;岩溶塌陷发育演化包括孕育、形成、稳定3个时期。孕育期,隧道工程建设初步揭露富水岩溶缝洞系统,表层缝洞带内形成土体运移、坍塌的空间,覆盖层局部发生变形、脱落。形成期,隧道工程建设与运营通常采取引水排放措施,在引发的多效应致塌作用下岩溶塌陷最终形成。稳定期,隧道工程运营至一定阶段后,地下水环境逐渐趋于新的动态平衡,既有岩溶塌陷逐渐稳定,塌陷群不再向外扩展。研究结果可作为岩溶塌陷监测预警、生态修复和隧道规划等工作的参考依据。     

地面岩溶塌陷的高分辨地震勘查

地面岩溶塌陷是地质灾害主要灾种,由于其突发性,对人类的生产和生活造成威胁。浅层高分辨地震技术可以查明形成塌陷的基岩地质条件,特别是横波反射法可以查明覆盖层中地下水作用形成的潜蚀带或土洞等覆盖层地质条件。勘查洞穴是岩溶塌陷地震勘查方法面临的特殊问题,为了解土洞、溶洞形成的地震反射信号特征,专门进行二维固体超声波模型试验。唐山市岩溶塌陷勘查实例表明,高分辨地震技术可探明基岩埋深、断层、破碎带及覆盖层潜蚀扰动区,为防冶工程设计提供地质背景资料。     

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。     

深圳市龙岗中心城区岩溶发育区渗透变形试验研究

土层的渗透破坏是龙岗区塌陷（土洞）形成的重要因素，通过在现场取原状样和室内人工配制扰动样的方法，进行室内渗透变形试验，对龙岗区岩溶塌陷成因进行详细分析，深入探讨地下水渗透破坏对岩溶塌陷的影响。在监测区内选取3类主要土层：黏土、粉质黏土、中砂，共设置了11组土样进行室内扰动土渗透变形试验。试验结果表明，土体发生渗透塌陷破坏与土体性质、颗粒级配、土层结构、土体内部空腔大小、土体下部透水基岩孔洞大小以及外部水力梯度等有密切关系。     

湖南临武某地岩溶地面塌陷特征及成因机理探讨

临武某地于2019年12月19日发生岩溶地面塌陷,塌陷前后有大量因地面变形所致建筑物损坏,利用地表调查、高密度电法、钻探等手段查明了岩溶地面塌陷所处的地质环境条件、地下水位变化情况、岩溶发育和分布特征、建构筑物变形特征、影响范围等。本文从上部覆盖层、淤泥质粘土层特征、下部灰岩的岩溶发育情况等结合岩溶地面塌陷形成条件的综合研究,提出本区覆盖型岩溶地面塌陷成因机理,并对岩溶地面塌陷进行了分析预判,提出了相应防治建议。     

土洞型岩溶塌陷发育过程气体示踪试验研究——以广州金沙洲为例

运用气体示踪进行土洞型岩溶塌陷监测预警是一种比较新的技术方法,其原理是通过气体在不同形状、规模的土体孔隙、裂缝和土洞中的运移规律研究,分析气体特征值与土体变形破坏的关系,进而间接判断土洞的发育情况,实现岩溶塌陷监测预警.本文以广州市金沙洲岩溶塌陷区为例,通过室内物理模型试验再现了土洞发育、形成到地面塌陷的全过程.运用气...     

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。     

泰安市城区旧县水源地岩溶塌陷演化过程分析

通过综合分析项目前期开展的塌陷群现场调查、物探、钻探、地下水动态长期监测等多项工作所获取的珍贵资料,将泰安市区划分为三个岩溶塌陷集中区,分别讨论了岩溶塌陷的发育条件、分布特征及成因演化过程,最后有针对性地提出了岩溶塌陷防治对策。研究结果表明,区内岩溶塌陷多发生于以下区域:(1)埋藏型岩溶区,地层岩性主要为奥陶纪-寒武纪灰岩、白云岩;(2)断裂及其影响带;(3)上覆土层厚度小于20 m,多层结构,即上部黏性土、中部砂类、下部黏性土区域;(4)岩溶地下水降落漏斗及其影响范围内。研究区岩溶塌陷是各种不良因素共同作用的产物,其中最重要的诱发动力条件为水动力条件,结合各类水文、地质、灾害资料,绘制岩溶塌陷与地层、降水、开采及岩溶水位关系图,可清晰地反映出在岩溶发育地区随着岩溶水开采量增大,岩溶水位随之降低,当岩溶水位低于基岩面后,岩溶塌陷开始发生,并且随着水位的降低及波动幅度的增大,塌陷次数明显增多的演化过程。