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。     

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。     

广东英德沙口镇岩溶地面塌陷发育特征及形成机理分析

近年,广东省粤北山区隐伏区岩溶地面塌陷日益增加,直接影响人民生产生活。英德市沙口镇某村地质环境复杂,第四系覆盖层厚度薄,底部卵石层与下覆天子岭组灰岩直接接触,溶洞与断层破碎带发育,溶洞与溶洞间连通性较好,岩溶地面塌陷地质灾害严重。在综合分析沙口镇某村地质环境条件基础上,从内、外两方面因素,对岩溶地面塌陷发育特征及形成机理进行分析,认为在长期地下水位波动、潜蚀及淘蚀等作用松散盖层土体颗粒流失形成土洞,地表水与地下水强烈交替形成正负压力等作用下,土洞上部盖层发生塌陷。研究结论为科学制定岩溶地面塌陷防治方案提供依据。     

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。     

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...     

某岩溶矿山电耙机基座塌陷形成条件及治理技术

某电耙机基座位于南方某岩溶矿山,地基由粉质黏土、卵石及壶天群灰岩组成。2009年6月发生塌陷,平面上塌陷坑长约3 m,短约2 m,造成电耙机大部被埋入溶洞内,严重威胁到周边尾砂堆场及水泥罐的安全。调查分析及土洞塌陷过程模拟表明,该电耙机基座塌陷主要由于壶天群灰岩溶蚀裂隙发育强烈,地下水位在岩土界面附近上下波动,以及日常生产中电耙机基础旁长期受冲水综合作用,致使基岩面上的土层颗粒被潜蚀带出进而形成土洞坍塌。针对以往塌陷治理多以回填为主,复塌比较频繁,本电耙机基座塌陷采用孔内旋喷造浆注浆方法处理,即先根据孔深的不同向水泥浆中添加不同比例的速凝剂,然后将添加速凝剂的水泥浆液快速送入孔内,并利用高压和高转速切割周边土层,使得单纯的水泥浆成为水泥黏土浆液,在高压下浆液劈裂土层,从而达到快速封堵溶洞口和加固土层的目的。检测结果显示,该方法不仅能有效快速地封堵基岩面溶蚀裂隙或溶洞口并加固土层,消除塌陷的基本条件,而且工艺成熟,成本远小于注浆加固,适合在岩溶矿区推广应用。     

广花盆地南部金沙洲岩溶演变及环境特征

根据大量的地质钻探资料结合多种物探手段,在查明金沙洲地质环境条件的基础上,深入分析金沙洲岩溶发育的控制因素、岩溶发育程度及岩溶发育的分布规律,并对碳酸盐岩的溶蚀机理进行了探讨。分析研究表明,金沙洲大面积碳酸盐岩岩溶发育受到矿物组分、结构构造、机械破坏、溶蚀面积和溶蚀率等多方面的综合影响;受断裂构造影响越强烈部位,岩溶越发育,沿断裂两侧各100m范围内,单孔岩溶率、单个溶洞高度及溶洞发育层数均明显强于外部范围;总体上,石磴子组及壶天群灰岩岩溶属中等-强发育等级,大塱山组泥质粉砂岩岩溶属弱发育等级;纵向上,灰岩岩溶发育强度随深度增加而呈递减态势,而可溶性泥质粉砂岩由于可溶岩组分分布不均匀,纵向岩溶发育强度的规律性不明显。进一步分析显示,在岩溶强发育地段有利于土洞的形成,并容易发生岩溶地面塌陷。     

广花盆地南部金沙洲岩溶演变及环境特征

根据大量的地质钻探资料结合多种物探手段,在查明金沙洲地质环境条件的基础上,深入分析金沙洲岩溶发育的控制因素、岩溶发育程度及岩溶发育的分布规律,并对碳酸盐岩的溶蚀机理进行了探讨。分析研究表明,金沙洲大面积碳酸盐岩岩溶发育受到矿物组分、结构构造、机械破坏、溶蚀面积和溶蚀率等多方面的综合影响;受断裂构造影响越强烈部位,岩溶越发育,沿断裂两侧各100m范围内,单孔岩溶率、单个溶洞高度及溶洞发育层数均明显强于外部范围;总体上,石磴子组及壶天群灰岩岩溶属中等-强发育等级,大塱山组泥质粉砂岩岩溶属弱发育等级;纵向上,灰岩岩溶发育强度随深度增加而呈递减态势,而可溶性泥质粉砂岩由于可溶岩组分分布不均匀,纵向岩溶发育强度的规律性不明显。进一步分析显示,在岩溶强发育地段有利于土洞的形成,并容易发生岩溶地面塌陷。     

云南高原岩溶塌陷发育特征及成因机制

云南高原岩溶塌陷总的特征是由岩溶高原特定的地质环境、岩溶发育、水文地质以及水文气象和人类工程活动等因素综合影响和决定的,文中通过对这些因素及其作用机制的分析,深化了对高原岩溶塌陷基本特征和发育规律的认识。云南高原岩溶塌陷区域上分布零星,地段上呈现“点状”特征,主要集中发育于岩溶断陷盆地、岩溶槽谷（洼）地、岩溶台地或古高原面等特定的岩溶地质环境单元。主要原因是高原大部分区域为裸露型基岩山区,江河深切,垂直岩溶带发育,地下水埋藏普遍较深;盆、谷、洼地等人类聚居区,除边缘地带外,松散土覆盖层厚度较大,且黏性土层占比高,土体固结度也较高;岩溶发育不均匀,岩溶洞、管发育,但总体上地下岩溶率并不高,引发岩溶塌陷的洞、管较为孤立分散。     

岩溶区土洞发育机制的分析

岩溶区地下水或地表水的活动 ,将对土层产生潜蚀作用及崩解作用 ,进而形成土洞。真空吸蚀作用 ,有利于土洞的发育扩大。地下水位的变化 ,将使土洞周围土体的应力状态发生改变 ,并有可能导致土洞周围土体产生塑性破坏 ,使土洞进一步扩大甚至塌陷.     

单极-偶极时间域激电测深在建筑场地地下岩溶勘查中的应用

灰岩区的溶蚀现象不仅会导致基岩面起伏很大,还会产生溶蚀带、溶洞、土洞等地质现象,严重影响到该地区工程建设。近年来,根据溶洞、土洞与其围岩电性的差异,使用电法勘探寻找溶洞、土洞取得了较好的效果。单极-偶极时间域激电测深方法在建筑场地岩溶勘查中的应用表明,该方法对于查明建筑场地岩溶、土洞的存在以及分布范围是一种有效的地球物理勘探方法。     

峰林平原区岩溶塌陷特征与抽水诱发塌陷的预防——以广西来宾小平阳地区为例

广西来宾小平阳地区为一典型的亚热带峰林平原地貌区,其间粘性土、砂性土厚０～１０ｍ,岩溶发育。截至目前为止,区内因自然和人为因素而引起的塌陷有１９处,共５１个塌坑。除马槽山基岩自然塌陷为巨型塌陷外,其余均为土层塌陷且规模均较小,塌陷群的影响面积都不足１ｋｍ２。岩溶塌陷的平面形态一般受基岩开口溶洞（隙）形态的控制;剖面形态除受开口洞隙形态控制外,还受土层厚度及其岩性的影响。塌陷的时空分布特征与自然地质环境、水文气象和人为因素的影响及其变化有关。对于抽水诱发塌陷的预防,可通过井孔的合理布局和控制抽水降深等手段来实施      

广州岩溶塌陷形成条件及主要影响因素

广州市岩溶塌陷主要分布在广州西北的广花盆地内,根据大量勘查资料分析,得出岩溶塌陷形成条件及其主要影响因素是复杂和多方面的,如覆盖层岩土性状与厚度、岩溶发育程度、气候条件、地下水与人类工程活动等.覆盖层土体结构越疏松、级配越好、强度越低、厚度越小,岩溶越发育,越容易产生土洞和塌陷;降水季节和持续性的强降雨天气或久旱后的暴雨,板易导致地面塌陷;地下水活动则促使或加速土洞及岩溶塌陷的形成;工程钻探、地下水的抽取、地下采矿及地下工程施工等人类工程活动对岩溶塌陷也有重要影响,常作为诱发动力,通过改变基本条件而加速岩溶塌陷的形成.     

山东丰源生态工业园不良工程地质问题分析

山东丰源生态工业园场区位于石灰岩地区,地下水的长期作用,发育有溶洞和土洞不良工程地质问题,在地下水的作用下,土洞会继续发展产生塌陷,影响建筑物的安全.本文分析了溶洞和土洞的分布特点和发育务件,提出了采用桩基进行地基处理,防止产生塌陷的工程措施.     

高密度电法在岩溶地质调查中的应用

灰岩分布区岩溶发育易引发地面塌陷,是地质灾害及路、桥、建筑物等工程设施的主要隐患.高密度电法是近些年引入的物探方法,广泛应用于灾害地质调查及工程勘察中.在灰岩分布区应用高密度电法勘察第四系土洞、灰岩岩溶、断裂发育等,能取得较好的地质效果.     

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。     

岩溶塌陷自然电场及其应用

流经土洞或岩溶塌陷坑中的地下水破坏了土层的固-液界面离子双电层扩散区中正、负电荷的平衡,引起地下介质（土层）自然极化,形成自上而下的自然电场。土洞或岩溶塌陷在平面上产生自然电位似同心圆负心异常、在剖面上引起极小值异常;自然电位梯度在剖面上出现过零点异常,在平面上呈以零值线为对称轴的正负对称的似“蝴蝶状”异常。岩溶区自然电场法干扰因素主要有工业游散电流等人文干扰电磁场、地下金属管道（线） 自然极化电场、上升或下降泉自然电场、山地电场、炭质灰岩自然电场等。针对岩溶区自然电场法干扰因素特点,本文提出采用避让法、排除法、在线监测法进行消除,并将之应用于广西来宾市吉利村岩溶塌陷探测中。结果表明,自然电位剖面曲线在地面沉陷区中心附近出现极小值异常,自然电位梯度剖面曲线也在相同部位显示过零点异常。水文地质监测钻孔在相应的位置上分别揭露了塌陷堆积物、溶洞和断层破碎带,从而验证了上述自然电场法异常的属性。      

综合物探在北京地区岩溶塌陷勘查中的应用

北京市海淀区四季青镇香山村普安店在近几年中发生了多起地面塌陷灾害,给当地村民的生命和财产安全造成严重威胁。要查明地面塌陷灾害的成因,必须先要寻找地下隐伏的空洞。在勘查工作区内,采用高密度电阻率法、孔间电磁波CT法相结合的综合物探手段,成功探测出两处地下空洞,经钻探验证为岩溶发育所致。综合研究分析认为:工作区内下伏基岩为灰岩,属于可溶性碳酸盐类岩石;地下水在基岩面附近,且基岩面的高低变化大,在漫长的潜蚀过程中将土中物质带入溶洞中,在上覆粘性土层中形成"土洞",一旦塌陷至地表,就有可能成为灾害。     

深圳岩溶空间发育规律统计分析

粤港澳大湾区建设是国家重大发展战略,而深圳市又是大湾区建设的核心引擎之一。深圳市岩溶地区行政区划上主要发育在龙岗区和坪山区,岩溶地质灾害给地下空间开发利用与城市安全构成极大挑战。通过收集深圳市岩溶勘察钻探数据,从地层岩性、基岩埋深与埋藏类型、地下水主要侵蚀指标、地下水埋深与年变化幅度、溶洞埋深、顶板厚度、洞高、充填情况、线溶率、见洞率、地表岩溶发育密度等方面对深圳市岩溶空间发育特征进行了统计分析。结果表明：深圳市岩溶主要为浅覆盖型,但溶洞空间特征变异性极大。从统计上讲,溶洞平均埋深约为20 m,平均洞高为2.5～4.0 m,以半充填为主,充填物主要为粉质黏土;平均线溶率约为15%,见洞率约为40%,地表岩溶发育密度超过300个/km²,综合上看,深圳场地岩溶发育等级超过90%为强发育。上述主要岩溶特征参数服从对数正态分布和Weibull分布。总体上,灰岩地层溶洞顶板厚度随着岩面埋深而呈现递减的趋势,而大理岩地层溶洞顶板厚度则与岩面埋深无关;已发育的溶洞高度与基岩面埋深、溶洞顶板厚度、地下水主要侵蚀指标及地下水埋深无关或弱正相关。研究成果为深圳市岩溶灾害风险评估提供了重要的先验信息。     

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。