覆盖岩溶矿床地表塌陷成因及其治理

笔者将所搜集的湖南隐伏岩溶矿山地表塌陷资料,加以综合整理,对其成因及其治理,提出肤浅看法,供有关方面参考。不当之处,希批评指正。 一、塌陷的危害 举例说明塌陷的危害,以期引起重视。 1.水口山、黄沙坪、柏坊等三矿山,产生塌洞936个,共赔偿140余元,其塌洞处理、河流改道、排水电费、矿山停产等损失比赔偿费多几倍。其中水口山矿地表塌洞800多个,毁坏农田400多亩,拆迁民房4400多平方米,矿场长期伴有4级地震音响,每年洪水期地表水通过塌洞灌入矿     

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。     

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。     

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。     

岩溶区水库的塌陷与渗漏

<正> 在我国覆盖型岩溶地区,地面塌陷的严重后果引起了各有关部门的关注;近年来,曾对此开展各种研究。国外亦非常重视岩溶地区的塌陷问题,美国在佛罗里达州专门成立了塌陷研究所,并于1984年10月召开了第一次国际性多学科的塌陷学术讨论会。导致塌陷的原因是多方面的,有因矿山和隧洞的疏干排水、供水源地抽水、爆破和机械振动以及采掘、地震、洞穴垮塌等所诱发,亦有因自然降雨或修建水库工程等引起。其中岩溶水库区的塌陷所占比例很大,全国发生在岩溶库区的塌陷据初步统计有120多处,约占全国塌陷区总数的26％。产生岩溶塌陷的水库必然导致严重渗漏。岩溶库区的塌陷和渗漏,严重影响工程的效益,甚至危及人民生命财产的安全。      

疏干排水矿区闭坑后岩溶塌陷形成机理探索——以湘中地区恩口煤矿为例

恩口煤矿已关停20年,地下水位已恢复,但地面塌陷灾害时有发生,为了探讨恩口煤矿闭坑后的岩溶塌陷成因机理,总结水位恢复中与恢复后的致塌模型,文章梳理了恩口煤矿区岩溶塌陷的时空分布、土体结构等基本特征,着重于分析煤矿闭矿后岩溶塌陷的发生与地下水位恢复过程的相关性,提出水位恢复中与恢复后2个阶段发生岩溶塌陷的成因机理与致塌模式。第1阶段,主要致塌模式为浮托—软化型,理论模型来源于基坑突涌的产生条件公式,发育地段主要集中在以往塌陷密集分布区,与采矿降水过程中加速土洞的形成相关,塌陷发生的数量明显低于疏干排水过程;第2阶段,致塌模式为潜蚀—失稳型,是指由地下水位在岩土界面自然波动引发的岩溶塌陷,仅零星发生。文章为娄底市进行地质灾害易发性、危险性评价与防治规划,提出科学、经济、可行的防治措施与建议,同时,为湘中类似地区的岩溶塌陷预测与防治区划提供参考。      

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。     

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。      

枣庄岩溶塌陷形成机理与致塌模型的研究

渗压效应是指由于降雨入渗补给岩溶地下水,而对盖层土体产生的综合作用,包括静水增荷效应、垂直渗透效应、吸水软化效应及负压封闭效应。渗压效应致塌机制是多年持续采水区降落漏斗中心部位岩溶塌陷的主要力学机制。本文根据普氏理论及极限平衡理论分别建立了内部塌陷阶段临界土洞的高度表达式及地表塌陷阶段的渗压效应致塌力学模型,并用表达式及模型对枣庄市的岩溶塌陷进行了验证分析与评价,分析结果与实际塌陷情况符合较好,建立的表达式与模型基本上反映了该地区岩溶塌陷的形成机理。     

武汉市工程施工引发岩溶塌陷机理分析

文章对武汉市岩溶塌陷进行了全面梳理,主要对由工程施工引发的岩溶塌陷进行了归纳总结,按施工类型将其分为4大类,对其在不同地质条件下引发岩溶塌陷的成因机理、致塌模型进行举例分析,得出结论:钻探施工诱发的岩溶塌陷以岩层顶板破坏—垂直渗压致塌模式及崩解—土洞顶部破坏—加载致塌模式为主;桩基础施工以岩层顶板破坏—渗流液化致塌模式为主;抽排地下水诱发的岩溶塌陷为潜蚀-吸蚀致塌模式,荷载振动诱发的岩溶塌陷为潜蚀—振动—加载致塌模式。武汉市岩溶塌陷以钻探、桩基施工诱发为主,因其容易破坏岩土体结构、水动力条件,具有猛烈而快速的特点;抽取地下水影响范围较广,隐蔽、不易察觉;振动荷载只能作用于土洞形成后。      

南宁市坛洛镇岩溶塌陷群成因机制分析

岩溶塌陷是岩溶区较为常见的地质灾害,对其成因机制的研究有助于针对性的进行综合防治。为了弄清2012年6月在广西南宁市坛洛镇连续发生的岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷群发生地区开展了现场调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、地下水动态长期监测、岩土样测试等多项工作。结果表明,坛洛岩溶塌陷群是各种不良因素共同作用的产物。其致塌因素主要包括特殊的“水-土-岩”组合及人为活动。研究区地下水位埋深较浅,土体结构以粘性土为主,渗透系数较低且易崩解,地下岩溶极为发育。高强度的人工地下水开采活动是坛洛岩溶塌陷的诱因。深入分析其发育机理,认为塌陷群是渗流潜蚀效应、增荷失托效应和水位波动产生的气压差效应等3个力学效应综合作用下发生的,其致塌模式是重力致塌、潜蚀致塌、真空吸蚀致塌和冲爆致塌等4种模式的相互结合。根据岩溶塌陷的发生顺序推断坛洛镇岩溶塌陷群的发育过程可分为缓慢发育—塌陷诱发—塌陷集中爆发3个阶段,各阶段的主要地质营力有所不同。      

昆明市岩溶塌陷发育特征和防治措施

昆明市是岩溶塌陷危害较重的城市之一.岩溶塌陷主要集中分布在翠湖一圆通山、金马寺等8个地段,已形成塌陷坑405个,发生时间主要在6-9月,该时段形成的塌陷占全年发生数的73%.岩溶塌陷多发育于地下岩溶发育、松散盖层厚度小于15m、地下水位埋深小于20m的地段.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)是昆明市岩溶塌陷产生的必要条件,其中地下水的作用对岩溶塌陷的形成至关重要.昆明市岩溶塌陷机理主要有地下水位升降致塌、地表水下渗致塌和动荷载致塌3种类型.防治方法主要包括避让、合理开采地下水的预防措施和防渗封闭、结构物跨越及地下加固处理的工程措施.      

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。     

论岩溶塌陷形成的致塌模式

岩溶塌陷是塌陷体受到的致塌力超过抗塌力而产生的,各种致塌力可以形成多种力学效应,构成不同的致塌模式。因此,塌陷的形成应该是多机制的。据对全国800多个塌陷点的研究,有重力致塌式、潜蚀致塌式、冲爆致塌式、真空吸蚀致塌式、振动致塌式、荷载致塌式、溶蚀致塌式、根蚀致塌式等八种基本的致塌模式。     

武汉纸坊-庙山老黏土区岩溶地面塌陷形成演化与监测

为查明武汉纸坊-庙山一带老黏土区岩溶地面塌陷成灾机理,并选取合适方法手段进行监测预警,有效减轻岩溶地面塌陷造成的危害,通过岩溶专项调查,查明了区内可溶岩分布及其地质结构,分析了岩溶地面塌陷形成演化过程及不同塌陷阶段监测方法的选取,调查分析结果表明：该区多为单层结构老黏土分布区,根据盖层黏性土、软弱土、非可溶岩（红层）的上下组合关系,将可溶岩分布区地质结构划分为3类（(1)、(2)、(3)）。不同的地质结构根据土体物理力学特征差异,其发生岩溶地面塌陷的形成演化机理不同：(1)类结构主要发生土洞型塌陷,(2)类结构主要发生泥流+土洞复合型塌陷,(3)类结构由于红层的阻隔,黏性土土洞无法形成,一般不会产生塌陷。结合塌陷的演化过程,土洞的形成演化阶段,重点是采用光纤等技术监测土洞的形成扩展情况,同时也要对地下水位、水气压力等诱发因子进行监测;土洞顶板变形塌陷阶段,因临塌前地表往往会产生少量沉降变形,主要采用精密水准测量或GPS监测等技术监测地表形变。     

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...     

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。     

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      

湖南宁乡大成桥充水矿山疏干区岩溶系统水气压力监测及突变特征

湖南煤炭坝煤矿是我国著名的大水矿山,开采标高已降至-400 m,每小时排水量11 000 m3。长期的疏干排水,已形成面积达219.19 km2的地下水降落漏斗。以往的调查资料表明,矿山疏干诱发的岩溶塌陷主要发生在疏干开始、地下水位下降到基岩面附近、矿坑发生突水突泥灾害等3个阶段,在疏干区应该无诱发因素导致岩溶塌陷的发生。但近年来煤炭坝煤矿疏干区大成桥的岩溶塌陷特征表明,尽管相关部门采取了一系列处置措施,但岩溶塌陷仍然频繁发生。为了进一步揭示该地区岩溶塌陷发育规律,使处置决策更加科学化,作者所在团队选择大成桥为典型区,通过岩溶系统地下水气压力监测,分析诱发岩溶塌陷的动力来源及其变化规律。结果表明,疏干区岩溶管道裂隙系统中水气压力突变现象极为明显,年最大变幅达54.72 m,瞬时水气压力变化速率最大为70.6 cm/min,造成这一现象的主要原因是气爆、地下洞穴（溶洞、土洞）垮塌。