矿坑排水与岩溶地面塌陷的关系

浙江省某岩溶矿区南部洼地先后发生6处地面塌陷,引发了当地居民的恐慌。矿区排水是唯一地下水开采活动,为分析塌陷区与矿区之间的水力联系,遂在研究区全面布置地下水监测系统。通过对比分析观测水位、矿坑排水量及当地降雨量数据,探讨地面塌陷与矿区排水之间的关系及其潜在成因。研究表明,研究区岩溶地下水动态变化整体保持一致,受降雨、矿坑排水等综合因素影响。北部矿区和南部洼地存在岩溶连通管道,两者在雨季水力联系微弱、旱季水力联系密切。经长期径流潜蚀作用,〖JP2〗导致区内地面塌陷区灰岩顶板岩溶发育处上覆土层出现土洞,当矿区排水量急剧增大时,南部洼地岩溶水位大幅度下降,使得土洞中出现负压、上覆土层所受浮托力降低、孔隙水与岩溶水补排关系改变,在多种效应共同作用下,土洞最终形成地面塌陷。      

江夏法泗岩溶塌陷区冲孔桩施工引发岩溶塌陷的成因机理

依托武汉市岩溶地面塌陷区监测系统,开展江夏法泗冲孔桩施工过程裂隙岩溶含水层的水位、水压力和影响半径等关键参数的动态监测,研究施工过程岩溶含水层水压力的动态响应,探讨其诱发覆盖层突然塌陷的成因机理,结果表明:在第四系孔隙承压水含水层施工时,对该含水层的影响较大,但水位变幅相对较为平缓;在碳酸盐岩裂隙岩溶水含水层施工时,由于含水介质的不均一性,未揭穿岩溶通道时,对岩溶水的影响较小;当揭穿岩溶通道时,岩溶水水位可能产生突增,此时,诱发岩溶地面塌陷的风险加大。      

黔中地区浅覆盖型岩溶塌陷成因机制与防治对策--以紫云县白云小学为例

黔中地区处于贵州省第二阶梯,平均海拔800~1600 m。具有可溶岩分布面积广、岩溶极其发育、第四系土层覆盖薄、地下水埋深浅、地下水动力条件强等特点。岩溶地面塌陷是该区主要地质灾害之一。为了查明贵州省紫云县白云小学岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷区开展了水文地质调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩土样测试等多项工作。综合研究表明,白云小学岩溶塌陷是特殊的"水-土-岩"不良因素共同作用的产物。根据塌陷区的岩土组构特征,建议在黔中岩溶地区进行工程选址前,采用"监测预防+控水+工程治理"综合防治措施。     

黔中地区浅覆盖型岩溶塌陷成因机制与防治对策——以紫云县白云小学为例

黔中地区处于贵州省第二阶梯,平均海拔800～1600 m。具有可溶岩分布面积广、岩溶极其发育、第四系土层覆盖薄、地下水埋深浅、地下水动力条件强等特点。岩溶地面塌陷是该区主要地质灾害之一。为了查明贵州省紫云县白云小学岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷区开展了水文地质调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩土样测试等多项工作。综合研究表明,白云小学岩溶塌陷是特殊的"水-土-岩"不良因素共同作用的产物。根据塌陷区的岩土组构特征,建议在黔中岩溶地区进行工程选址前,采用"监测预防+控水+工程治理"综合防治措施。     

枣庄岩溶地面塌陷机理研究

过量开采岩溶水会导致岩溶地面塌陷,枣庄则是全国岩溶地面塌陷比较严重的地区之一,塌陷已对当地的居民生活和经济建设造成了巨大的危害。根据大量的勘察资料和地下水动态监测资料,研究了枣庄地区奥陶系碳酸盐岩岩溶发育特征,探讨了岩溶地面塌陷的形成机理,岩溶裂隙和上覆土层的性质和厚度是岩溶地面塌陷的先决条件,地下水位大幅度升降引起的物理地质作用是塌陷的主要动力来源,震动和水位突变是重要的诱发因素。     

泰安市覆盖型岩溶分布地区岩溶塌陷地下水位预警研究

开展地下水位预警研究有助于中国北方覆盖型岩溶分布地区地下水资源开采的调蓄和岩溶塌陷地质灾害的预防。文章提出了此类地区岩溶地下水水位预警线的划定方法,基于统计分析绘制长序列监测水位的最小值、第5、第25、第75百分位值曲线作为地下水位预警判据模板,以基岩面附近的水位波动阈值和水位低于基岩面的深度建立岩溶塌陷地下水位预警判据模板,最终建立综合预警判据模板并确定分区预警结果。将该方法用于山东省泰安市城区-旧县岩溶水系统,通过2015年和2016年的单点预警结果和分区预警结果进行对比分析,认为该方法预警结果与实际情况基本相符,具有可推广性。      

广西桂林市规划中心城区岩溶塌陷易发性评价

本文对岩溶地区岩溶塌陷易发性进行研究,利用地质环境要素通过专家-层次分析法对岩溶塌陷易发性进行评价,并通过MapGIS软件实现可视化。以桂林市规划中心城区为例,选取了岩溶发育程度、土层厚度、土层结构、第四系底部土层岩性、第四系底部土层液性指数、地下水年变化幅度、岩溶水承压性、塌陷密度、人类工程活动9个影响岩溶塌陷易发性的地质环境因素,建立了岩溶塌陷易发性评价指标体系和评价方法,并对研究区进行了评价,其成果可为桂林市规划中心城区的岩溶塌陷防治对策提供指导和借鉴。     

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...     

山东省岩溶塌陷发育特征及诱因分析

在归纳山东省岩溶塌陷时空分布规律的基础上,从基岩特征、覆盖层特征、水动力条件、外界扰动4个方面分别阐述多处主要塌陷区的背景条件及影响因素,分析其主要诱发因素。结果表明:山东省岩溶塌陷主要分布于济南、泰安、枣庄、临沂等6个地市,且近年来烟台、济宁等新发塌陷区的岩溶塌陷呈现加剧趋势;山东省岩溶塌陷主要发生在薄覆盖型岩溶区,地层以奥陶系马家沟群为主,其次是三山子组、寒武系炒米店组;岩溶塌陷区土层厚度均小于30 m,覆盖层结构类型以多元结构为主,其次为二元结构和一元结构,且由试验得出黏性土的抗塌性能与其含水率、孔隙比等物理力学性质有关;岩溶水的大幅度波动是塌陷发生的最主要因素,且岩溶地下水位在基岩面附近波动时最易引发塌陷。山东省岩溶塌陷区主要分布于各重要地下水水源地,地下水不合理开发利用引发的水位大幅下降或波动是主要人为诱因,莱芜铁矿区水位受矿区排水影响明显,另外在泰安市城区铁路三角区和东平县东王庄—西王庄运输线路的震动荷载也是另一重要人为诱因。     

烟台市栖霞中桥岩溶塌陷特征成因与综合治理措施研究

烟台市栖霞中桥地区岩溶十分发育,近年来先后多次发生岩溶塌陷,对周边居民生命财产造成了较大威胁。岩溶塌陷地质灾害治理需要根据塌陷区地质环境条件和施工场地条件,选取最佳治理措施。本文以烟台市栖霞中桥岩溶塌陷治理为例,分析研究区岩溶塌陷形成条件,对常用的灌浆法、清除填堵法、深基础法及跨越法四种治理方法进行比选,针对研究区岩溶塌陷地质灾害实际提出具体治理措施。分析结果认为：研究区2016-2017年与2019年各发生岩溶塌陷12次(其中2处为重复塌陷)和3次,岩溶塌陷坑在平面上多呈似圆形、椭圆形,在剖面上呈现坛状分布。岩溶塌陷的形成条件为研究区内存在的可溶岩分布、岩溶洞隙存在、一定厚度的松散盖层及易于改变的岩溶地下水动力条件的共同作用。针对研究区各个岩溶塌陷坑不同灾害特征,选取深基础法和跨越法分别进行工程治理。治理工程完成后仍需进行定期巡查并监测治理场地沉降情况。同时应对岩溶塌陷的发生进行监测预警,对地表建筑物进行位移和变形量监测,开展地下水位动态监测,合理优化地下水开采强度及时间,一旦达到预警水位立即执行应急措施。研究结果可供今后类似工程借鉴参考。     

枣庄岩溶地面塌陷的影响因素及其发展趋势

从枣庄市岩溶地面塌陷的基本条件入手,分析了枣庄地区塌陷的影响因素,认为降水量的大小直接影响水力梯度的大小,而且其导致的地表积水使得上部荷载增加,抗塌力降低;水位降深越大,水力梯度也将增加,潜水与地下水之间的水头差变大,补给造成的渗流场较强,使地下水动力条件增强,塌陷数量也相应增加。该文根据区内塌陷的成因分析了枣庄岩溶地面塌陷的发展趋势,认为目前情况下不会发生塌陷,但若持续过量开采地下水或遇到强干旱年份,塌陷是极易发生的。     

佛山黄岐海北片区岩溶地面塌陷地质灾害成因与趋势分析

佛山市南海区大沥镇黄岐海北片区地处珠江三角洲北部广花盆地边缘地带,第四纪软土、砂土以及隐伏岩溶发育,早期因区内人类工程活动强烈,诱发了群发性岩溶地面塌陷。文章在分析地质环境概况的基础上,研究了区内岩溶地面塌陷的发育特征和成因机理,认为溶洞土洞发育是先决条件,导水断裂发育是必要条件,因施工引发的地下水位下降是主要触发因素,F1断裂带附近仍具备发生岩溶塌陷的可能性,控制地下水水位标高在?3.0 m以内,地下水水位波动范围在1.5 m以内,可以大幅度降低岩溶塌陷发生概率,可以以此作为预警报警阈值。研究结果可以为佛山市城镇化建设过程中岩溶地面塌陷防治提供依据,也可以为其他类似地区防灾减灾提供借鉴。      

广西黎塘岩溶塌陷监测

黎塘是一个构造和岩溶发育的地区,抵抗岩溶地面塌陷的能力较低,在一定的条件触发下较容易产生岩溶地面塌陷。研究表明,岩溶地下水动力条件变化和湿化崩解作用是黎塘塌陷的主要影响和触发因素。本文采用现场实时监测岩溶地下水动态变化特征和室内试验相结合的方法,研究黎塘开发岩溶地下水的安全性。监测结果表明, I、II、II I监测区的最大水压变化速度分别为0. 048kPa /s、0. 160kPa /s和0. 007k Pa /s,小于临界变化速度0. 163kPa /s;最大水力坡降分别为0. 717、1. 052和0. 566,小于临界坡降7. 5。但是, I区满足临界水位埋深条件, 而II区和II I区则未满足临界水位埋深条件。因此,在目前的开采条件下, II 区、III区处于相对稳定状态, I区处于不稳定状态。这说明在发生大规模塌陷后,当地政府从2000年起对地下水开发方案的调整是适当的。      

武汉市岩溶塌陷的演化机理研究

基于武汉市易发生的29处岩溶塌陷,从岩溶、覆盖层和地下水3方面分析了岩溶塌陷的内部结构;通过现场监测和数值模拟,分析了降雨、钻探和桩基施工的输入作用,并探讨了武汉市岩溶塌陷的演化机理。结果表明:（1）“上黏下砂”的盖层结构、浅部岩溶发育、孔隙水与岩溶水具良好水力联系是塌陷形成的基础条件;（2）自然环境下开口岩溶上方土洞扩展存在水力潜蚀和应力集中破坏两个演化阶段;（3）钻探和桩基施工联通孔隙水和岩溶水的瞬间,孔壁周边松散砂土快速进入临界水力梯度而破坏。桩基施工在覆盖层内的振动荷载和超孔隙水压力,易造成覆盖层整体破坏。在岩溶区施工产生的冲击作用可使岩溶水和孔隙水形成不同步波动,两者存在高水头差,致使覆盖层内砂层在压力差作用下破坏。     

唐山黄庄岩溶塌陷形成条件和机理分析

为查明唐山黄庄岩溶塌陷形成地质条件与机理,文章从该区岩溶塌陷的地质、地层岩性、水文地质特征对岩溶塌陷的影响等方面入手,研究岩溶地面塌陷的成因诱发条件,利用综合物探方法、钻探及地下水长期观测等技术手段,采用二维高密度测网数据,进行三维高密度数据处理和三维结果多角度分析,研究岩溶塌陷区地下三维空间分布形态、水流运移通道和基岩分布等。研究区岩溶地面塌陷应属于渗透潜蚀作用,塌陷坑分布于地下水的降落漏斗范围内和流水通道区域,特别集中于地下水主要径流方向和水交替强烈的地下水联系密切地段,雨季水气压力变化极为频繁、剧烈,加剧了土洞形成。      

泰安—旧县水源区岩溶水开采与地质环境的关系

泰安－旧县水源区岩溶水因高强度开采，1989年起岩溶水降落漏半和第四系孔隙水疏干区范围迅速扩大，同时产生大面积的地面塌陷和地裂缝，岩溶水水质也趋于劣化。而在1993年关闭主要岩溶水开采井之后，岩溶水水位得以回升，水质变好，地面塌陷和地裂缝灾害减弱，并呈准稳定状态，说明合理开采地下水可以有效地保护地质环境。     

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。      

武山铜矿岩溶塌陷规律分析及防治

武山铜矿岩溶地面塌陷主要影响因素包括岩溶地下水水位降落漏斗范围扩展,覆盖层岩性、厚度、构造及岩溶的发育程度等。对武山铜矿南矿带岩溶塌陷进行稳定性分区:南矿带基本稳定区(Ⅰ区);南矿带南部岩溶塌陷不稳定区(Ⅱ区);南矿带南部岩溶塌陷未来不稳定区(Ⅲ区)。提出从时空上及规模上对岩溶塌趋势进行预测预报;做好地面防渗透工作;合理开采,减少沉降等防治岩溶塌陷的对策和建议,对于该地区避免造成居民的生命和财产损失有重要指导意义。     

枣庄地区岩溶地面塌陷成因与防治

枣庄地区第四系覆盖层厚５～１０ｍ,其结构上细下粗,下伏的奥陶系灰岩岩溶裂隙发育,岩溶地面塌陷主要集中在十里泉和丁庄—东王庄这两个最大的水源地。大量抽取地下水使地下水位波动的幅度增大,潜蚀作用增强。当地下水位降至基岩面以下时,上覆土层的浮托力消失,产生失托加荷作用,同时在岩溶洞穴中出现的真空又对土层产生了吸蚀作用,上述各种作用均能破坏土层结构,最终导致地面塌陷。因此,在地面塌陷的防治上可采用调整地下水开采量,把水位波动带控制在基岩面以下,以避免地下水各种作用的破坏;在兴建工程建筑时,避开岩溶裂隙发育地段;对塌陷区及时进行相应的工程治理等。