龙游石窟1号洞破坏成因及加固对策研究

龙游石窟1号洞和其他4个洞体,开发16a来,在取得了丰硕的社会经济效益和学术成果的同时,洞体在自然力的作用下,出现了严重的破坏。构成石窟的柱、墙和顶板陆续出现裂缝。其原因是构成洞体的泥质砂岩易于风化、易于流变,在干湿交替和温度变化的情况下极易破坏。同时处于浅埋状态的洞室顶板、柱子、墙体强度不足,在自重作用下发生以冲切、剪切、弯曲为主要特征的破坏形式。开发时施加的外部荷载加剧了这种破坏。针对这些破坏形式,加固方案宜采用整体设计分步实施的方案。先柱墙,后顶板。柱墙加固以柱支撑为主要手段,顶板以梁支撑为主要手段。两者相互联系形成一个美观的加固体系。     

桩端荷载与地震耦合作用下溶洞顶板的破坏特征及安全厚度计算

桩基支撑于溶洞顶板的情况时有发生,研究地震作用下桩端溶洞顶板的稳定性具有重要意义。根据相似定理和分离相似设计方法,基于振动台模型试验对顶板厚度及溶洞直径变化下桩端顶板的动力响应特征进行了研究。结果表明,桩端溶洞顶板在地震作用下的破坏模式与顶板厚度及溶洞尺寸大小密切相关,一定顶板厚度情况下溶洞尺寸较小时(洞径l≤2d,d为桩径)表现为剪切破坏,而洞径较大时(如l≥4d)为显著的冲剪破坏,洞径越大,冲切块体积所占比例越大;基于振动台试验得到的岩溶顶板破坏模式,结合拟静力法构建了可考虑岩体特性、地震烈度及桩径大小影响的最小顶板安全厚度理论计算模型。通过算例分析表明,最小安全厚度相比静力条件下要大,且随地震烈度的增强而增大,相同条件下冲-剪破坏的计算值均大于剪切破坏情况,说明地震环境下溶洞尺寸越大,所需顶板厚度越大。其成果可为实际工程中岩溶顶板安全厚度的计算提供理论基础。     

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%。     

平邑县左庄石膏矿区塌陷机理探析与防治措施

左庄石膏矿区已发生过3次地面塌陷灾害,但井下调查发现采空区并未塌陷,作者根据矿区地质条件、矿体赋存状态、采矿方法及井巷工程布置等,分析认为致灾原因是矿山在建设初期将井巷工程布置得太靠近地表,在矿床回采时揭穿采空区顶板接触到第四系覆盖层,孔隙潜水携带泥砂流入矿坑发生潜蚀作用,在采空区顶板与第四系覆盖层之间形成“天窗式”砂漏,并逐渐在松散覆盖层中形成土洞,土洞塌陷后引发地面塌陷,形成“似岩溶塌陷”地质灾害,并由此提出了防治措施。     

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。     

砂体特征对地浸砂岩型铀矿成矿的制约——以扎赉诺尔坳陷带为例

砂体是制约地浸砂岩型铀矿成矿的重要条件之一。扎赉诺尔坳陷带内诸凹陷具有不同的沉积特征和砂体特点,查干诺尔凹陷砂体形成于冲积扇沉积体系,砂体厚度变化大、相变快、粒度粗、有机质含量低,其顶、底板泥岩均不发育;克鲁伦凹陷砂体形成于扇三角洲沉积体系,砂体厚度较稳定,中前缘发育泥-砂-泥地层结构;呼伦湖凹陷以发育曲流河三角洲平原相砂体为主,具有较稳定的泥-砂-泥地层结构,有机质含量高,砂体厚度和横向延伸较稳定;胡列也吐凹陷砂体以辫状河三角洲体系产出为主,砂体厚度大,延伸稳定,底板泥岩发育,顶板泥岩发育不完全。扎赉诺尔坳陷带各凹陷砂体的不同特点,决定了它们具有不同的找矿潜力。通过砂体综合条件的对比分析,笔者认为呼伦湖和克鲁伦凹陷砂体铀成矿条件最好,胡列也吐凹陷次之,查干诺尔凹陷砂体成矿条件最差。     

岩溶隧道顶板安全厚度的理论探讨与工程应用

在岩溶区隧道施工中,隧道顶部既有较大尺度溶洞引起的隧道顶板跨塌是威胁隧道施工的主要问题之一。从隧道施工引起的既有溶洞与隧道间岩层的受力,岩层力学性质和围岩水文地质条件变化出发,分析了隧道施工中影响岩层稳定的主要因素,在此基础上将隧道顶部既有较大尺度溶洞引起的隧道施工期顶板的破坏问题归结为两端简支或4边固支薄层岩板的失稳问题,建立了相应的力学分析模型。采用弹性板理论,对不同力学模型的受力状态进行分析,推导了建立在岩体抗拉和抗剪强度准则基础上的岩溶隧道顶板岩层最小安全厚度计算公式。采用该公式对武都水库导流洞既有溶洞影响下典型洞段隧道顶板稳定性进行分析,跟踪施工调查的顶板稳定情况性态验证了公式的适用性。     

煤层滑覆顶板水文地质工程地质特征

豫西诸煤田主采煤层二₁煤层顶板非原生顶板,而是滑动构造的滑覆体。其由下而上可分为断层带、破碎带、裂隙带。它的水文地质条件简单,但工程地质条件复杂。岩石破碎,力学强度指标较低,回采中顶板不易管理。按其稳定性可分为较稳定的、不稳定的和极不稳定的三类,且以后两类为主,对这些顶板管理的基本措施是:短工作面,控顶距,快速推进,及时放顶,正常循环,不放大炮。      

岩溶地区隐伏溶洞顶板稳定性及变形分析

溶洞顶板以及溶洞本身的变形是评价含隐伏溶洞岩溶地基稳定性最为直观的技术指标,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,确定桥基隐伏溶洞顶板安全厚度为8.0 m能够满足稳定性要求,突破了设计规范中对溶洞厚跨比必须大于0.8的要求。利用有限元计算,预测了桥基下溶洞及顶板的变形规律,采用钻孔多点位移计实现了在施工荷载施加过程中对溶洞及顶板岩体的变形的实时监测,有效验证了数值计算结果的合理性。监测结果表明：溶洞顶板不同岩层及溶洞本身的变形在荷载施加初期发展较快,相同施工荷载作用下洞体本身的应变最大,而顶板表层的应变又高于洞体上部岩层应变。     

隧道顶部岩溶对围岩稳定性影响的数值分析

以朝东岩隧道为背景,运用二维弹塑性分析研究了隧道顶部不同大小、不同距离的溶洞对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:隧道顶部溶洞随距离的增大及围岩稳定性增强,距离与隧道开挖引起的释放位移之间存在明显的相关关系,影响的分界线大约为溶洞直径的2～3倍;在拱顶附近的周边释放位移与溶洞的大小成反比,而在隧道侧壁及底部的释放位移与溶洞的尺寸成正比;并详细地分析了应力场及塑性区的变化规律。     

文山普者黑机场地下溶洞裂隙稳定性分析

对工程场区溶洞、溶隙的埋深、充填物及其性能、顶板厚度与洞跨、荷载作用形式及大小等因素进行综合分析，判断溶洞、溶隙的稳定性及其对工程建设运营的影响，提出相应的处治方案。     

广西巴马县水晶宫洞穴沉积物特征及其沉积环境

巴马县水晶宫洞内次生化学沉积物景观丰富,类型多样,有石钟乳、石幔、石瀑布、石笋、石柱、石盾等特色景观;尤其是近期仍在发育的洞顶鹅管、卷曲石、石花等是国内外较为罕见的洞穴奇景。据沉积物的沉积类型、物质成分、沉积序次及测年等资料研究表明,水晶宫洞穴沉积物形成于晚第三纪以来。晚第三纪和第四纪早更新世早期,洞内沉积主要为外源水携带的硅质岩、砂岩类砾石沉积形成的钙华砾石层。早更新世中期—中更新世气候温暖湿润,是水晶宫洞穴主要景观的形成期,沉积物景观宏大而壮观,230Th-U系测年得出其分别形成于100～35万年前。晚更新世早期12.5～9万年的末次间冰期主要为温暖气候环境,洞内仅有少量的石笋沉积,且极少保存;9万年后气候环境发生突变,更不利沉积物发育和保存;自4万年后气候环境开始表现为温暖湿润,化学沉积活跃,洞穴沉积物主要由高约50～150 cm的纯白色石笋群和钟乳石组成,为洞穴奇景的形成期,230Th-U系测年得出其分别形成于40 ka BP和7 500 a BP以及1 450 a BP。晚更新世晚期以来形成的洞穴沉积物景观,不仅为水晶宫提供了丰富的旅游资源和价值,同时也为广西重建古气候环境提供了重要的信息载体。      

顶部既有隐伏溶洞对圆形隧道稳定性影响的数值分析

隧道穿越岩溶区施工中,既有隐伏溶洞因其具有的隐蔽洞使得在工程上不能事先采取安全措施,易遭受猝不及防的破坏,给隧道施工和运行造成了很大的安全隐患,危害性较大。针对隧道穿越岩溶区大部分常见中、小尺度既有隐伏溶洞引起的岩溶隧道稳定性问题,采用数值试验方法,系统分析了隧道顶部不同尺度和距隧道不同距离的既有隐伏溶洞对圆形隧道围岩应力、位移和支护结构内力的影响,分析了隧道顶部既有隐伏溶洞引起的隧道围岩塑性区的变化特征。在数值试验基础上,对顶部隐伏溶洞引起的隧道位移变化规律内在机制进行分析。研究表明,一定范围内的大尺度既有顶部隐伏溶洞将引起隧道位移的增加和隧道围岩拉应力的增加。研究结果可为岩溶区隧道建设提供必要的技术支持,对岩溶区隧道设计与施工的科学化、定量化具有直接的推动意义。     

Tectonics of the Western Carpathians in the light of recent studies

During an annual cycle the affect of microclimatic changes (of natural and anthropogenic origin) on the geochemical characteristics of seepage water and mineral precipitation rates was analyzed for two karstic caves which contrast in environmental stability and energy exchange with exterior. On the one hand, Castañar cave (Caceres, Spain) is an extremely controlled show cave with limited visitation showing a minimum exchange rate of energy with the external atmosphere and, secondly, Canelobre cave (Alicante, Spain), is a widely visited cave where the anthropogenic impact generates rapid and high-energy environmental changes. Mineral saturation state of seepage water of both caves is controlled by microclimatic variations, such as: 1) natural underground air renewal through the porous system of the upper soil and the network of host-rock fissures, or elso through the cave entrance, 2) cumulative disruptions in the pCO2 levels of cave air due to the presence of visitors, and 3) forced ventilation of the subterranean atmosphere due to the uncontrolled opening of cave entrances. The obtained results reinforce the significance of the microclimatic fluctuations on short time scales in the dynamics of the subterranean karst systems, in terms of rates of mineral precipitation and growth of speleothems, as well as their key role for cave conservation.     

串珠状溶洞地层中桩基荷载传递特征的数值计算

桩基下穿串珠状溶洞时的承载性状极其复杂,分析桩基荷载传递与溶洞稳定性的耦合响应特征具有重要意义。建立地质模型上述问题进行数值计算,主要得到以下结论:受桩侧荷载传递作用,顶板厚度与溶洞跨度之比小于某一数值时岩层将产生冲切破坏,比例相对较大时剪应力将集中分布并发生冲剪破坏;溶洞的存在使桩侧阻力分布存在多个极值点,其数量与上覆岩层厚度、溶洞数量及底板岩层厚度等相关;溶洞顶板临空面处侧阻力存在迅速衰减段,其范围受卸荷岩层厚度及岩层竖向位移影响较大,当外荷载增大到一定数值以后该区域侧阻力变化较小;中夹岩层处侧阻力极大值位于岩层中部,且随层厚的增大而减小,厚度较小时侧阻力呈等腰三角形对称分布,厚度较大时呈阶梯型分布,厚度越大阶梯跨度越大,分布越均匀;中夹岩层侧阻力分布受桩长变化影响较小,但下部底板侧阻力分布受桩长及外荷载影响较大;中夹岩层的荷载-位移曲线（Q-S'）呈抛物线型变化,存在明显的屈服拐点,层厚越大竖向位移越小,相同外荷载作用下桩越长其位移越大;桩径越大,Q-S'曲线拐点对应外荷载越大,对应中夹岩层位移越大,但桩径超过某一值后影响程度逐渐变小。     

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。     

大方县九洞天伏流大厅起源初探——兼谈地转偏向力在伏流大厅形成中的作用

用洞穴双旋回演化理论和系统科学思想指导,定性和半定量地讨论了贵州省大方县九洞天伏流大厅的起源。分析研究认为:（1）洪水拥有超过平水期水流几个数量级的动能和溶蚀能力,使季节变化带成为垂直剖面中岩溶发育最为强烈的部位。（2）伏流大厅的形成过程至少是3个子过程耦合作用的结果,即①水流的剥蚀;②崩塌;③化学沉积生长。（3）水流运动的驱动力由重力和地转偏向力耦合而成。在重力驱动下水流对大厅左右壁的剥蚀强度相等,但由于地转偏向力的参与,在北半球驱使剥蚀向右偏蚀。（4）九洞天伏流有明显的右偏蚀形态证据:①左壁化学沉积发育,右壁基岩裸露;②右壁岩块脱落多于左壁;③靠近左壁有一条高角度裂缝状的充水溶洞。（5）地转偏向力在九洞天伏流大厅的形成中扮演着重要角色。伏流的巨大流量能够产生比中小地下河大１０至１００倍的地转偏向力,使九洞天伏流右偏蚀特别强烈。在洪峰水流的溶蚀和侵蚀下,优先在右壁产生边槽,致使卸荷过程和岩块脱落由左向右不断横向发展,导致大跨度的地下河大厅以及伴生的地表地貌形态生成。（6）对于高角度裂缝状洞穴和缓倾角层面洞穴两种情况,伏流右偏蚀过程有一些差别。对于缓倾斜层面洞穴,当基准面缓慢下降时,形成沿层面倾斜的底板。丰鱼岩就是一个很好的实例。      

基于网络文本分析的洞穴景区游客感知形象研究——以贵州织金洞为例

洞穴旅游是最具特色的旅游活动之一,游客对洞穴景区旅游形象的认知直接影响游客满意度和忠诚度,对景区的营销和发展起到重要作用。以旅游网站上的点评、游记等网络文本为基础,采用ROST CM内容挖掘软件及内容分析法,对贵州织金洞旅游形象进行了分析,主要研究结论如下:①40篇游记样本与2591条点评样本中提取出232条高频词汇,频次排在前60位的词汇表明游客的主要关注点集中于织金洞自然景观;高频词汇的语义网络矩阵以“织金洞”、“溶洞”为核心,其他特征词向周围发散状,关联词汇的关系强度表明织金洞中规模宏伟、造型奇特的岩溶景观给游客留下了深刻的印象。②旅游形象属性主类目中涉及旅游景观的高频特征词最多,其次是旅游服务与管理、旅游设施;形态各异、独具特色的岩溶景观是织金洞最大的特点,洞穴内灯光效果对游客游览有最为直接的影响。③游客积极情绪的词汇出现的频次所占比例达81.85%,消极情绪的词汇出现的频次不到10%。      

鄂西高坪龙骨洞地层形成环境的研究

鄂西龙骨洞保存有早更新世早期的地层,并产早期人类化石和巨猿化石以及石器。通过对这套地层的形成环境的研究表明:沉积物形成于水动力条件较弱的暗河环境,期间发生过几次水体干涸事件,形成钙板层。根据沉积环境的特点,龙骨洞的地层可划分为4部分:第一部分是剖面的底部,在洞穴沉积物的形成初期,沉积物粒度较粗,形成水动力较强的暗河环境;第二部分是钙板层或强钙质胶结层的形成,表明洞穴处于干涸或水很少的环境;第三部分是地层的主体部分,以粘土和亚粘土为主,形成于弱水流的暗河环境,化石主要产自这部分;第四部分是剖面的顶部,为钙板层,洞穴干涸。洞中的化石和石器部分是被水流带入洞中沉积形成的,部分为人类和巨猿在洞中生存时留下的。