地下水降落诱发岩溶洞穴土质盖层塌陷的机制研究———以重庆歌乐山余家湾水库地面塌陷为例

【目的】灰岩地区地下水降落诱发岩溶洞穴土质盖层塌陷机制是实施土质盖层地面塌陷灾害监测预警和工程治理的科学依据。【方法】以现场调查为基础,采用极限平衡原理和地貌学方法,分析了土质盖层型地面塌陷产生的力学机制和演化模式。【结果】构建了土质盖层型地面塌陷地质模型和力学模型,提出了土质盖层型地面塌陷判别方法;建立了土质盖层型地面塌陷演化模式,即地下水位快速降落→初始负压空腔形成→负压空腔扩大→地面坍塌。【结论】实例分析表明,构建的岩溶洞穴土质盖层型地面塌陷力学分析方法计算结果与实情吻合良好,地下水位快速降落产生的负压吸力是诱发土质盖层型地面塌陷灾害的关键环节。
     

红层岩溶发育特征与地面塌陷形成机理-以咸宁地区为例

通过收集整理前人研究资料、实地踏勘以及现场灰质砾岩取样、磨片及显微镜观测等方法手段,分析了红层岩溶发育特征与灰质砾岩溶蚀机理,同时,结合咸宁地区实际地质条件,建立了岩溶地面塌陷室内物理模型,通过监测抽(排)水与降雨两种情况下土压力、孔隙水压力以及土体位移变化情况,分析了抽(排)水和降雨对岩溶地面塌陷的影响机制。模型试验结果表明研究区岩溶地面塌陷形成机制主要为潜蚀作用,真空吸蚀作用次之。降雨对地表土体产生冲刷,地下水渗流作用造成土体潜蚀、运移;抽(排)水时水位发生骤变,水力梯度变大,加速了泥沙带出,导致含砂砾黏土层逐渐被潜蚀、掏空,加之真空负压的吸蚀叠加作用,促进土体破坏导致失稳,最终发生地面塌陷。由此可知,咸宁地区红层岩溶地面塌陷的形成机制主要是潜蚀作用与真空吸蚀作用交互反应,抽水是其诱发岩溶地面塌陷的主要外因。     

景德镇市城区岩溶塌陷发育特征与评价

景德镇碳酸盐岩地层分布面积较小,主要为石炭系上统、二叠系下统、二叠系上统长兴组,以覆盖型为主。但碳酸盐岩岩溶发育较强,塌陷时有发生,威胁城市建设安全。通过野外调查和室内岩石化学分析,研究岩溶塌陷发育特征,进行塌陷危险性评价。景德镇市城区岩溶地面塌陷主要由于过量抽取岩溶地下水引起,塌陷均位于覆盖型灰岩条带中,北东侧比南西侧岩溶地面塌陷更发育。虽然在景德镇市采取的限采岩溶地下水和回填塌陷措施后,塌陷已趋缓或停止发展,但覆盖型灰岩条带存在发生地面塌陷的地质环境和地球化学条件,发生地面塌陷灾害的可能性较大。     

岩溶地面塌陷形成机理与成因模式研究——以山东泰安—莱芜为例

山东省泰安—莱芜地区自20世纪70年代中期开始就陆续由于岩溶水的排除而出现严重的地面塌陷,属于隐伏灰岩区岩溶地面塌陷,给当地社会和经济发展带来了巨大危害。总结归纳了该地区岩溶地面塌陷的时空分布特征,论述了其产生的地质条件和人为诱发因素,探讨了岩溶地面塌陷的形成机理,并针对存在的问题探索了其成因模式,最后给出了今后该类研究的思路。     

贵州岩鱼坡立谷岩溶塌陷机理分析

为有效防治贵州坡立谷地区,大量抽取地下水而引发的岩溶塌陷地质灾害的再次发生,以较典型的贞丰岩鱼坡立谷岩溶塌陷为例,通过对诱发因素和岩溶塌陷形成的力学模型的分析,得出引发塌陷机理特征为:红粘土"上硬下软"的状态;地下暗河的反均衡水力坡度;大降深的抽取地下水.经验算,该类地质条件下抽水应控制地下水位最大降深在15 m以内,且尽量分散布井抽水,避免集中抽水导致大降深水位的出现.     

负压状态下无衬砌土拱的稳定性分析

无衬砌土质输水通道或洞穴中常会出现负压力 ,它对周壁的土体将产生气蚀切割和反向渗透潜蚀破坏 ,从而导致拱顶土体的垮落 ,以达到新的平衡。随着负压力的增大 ,拱顶垮落高度也不断增大 ,但增长幅度却逐渐减小 ,直至趋于垮落极限值 1 333b1 /fk。这表明对有负压存在的土质通道或洞穴 ,其上覆土层的最小保护层厚度应大于该值 ,否则将会产生地面塌陷等灾害现象。     

凤冈新建乡岩溶塌陷预测

通过实地调查及高密度电阻率法探测等手段对新建乡塌陷现状的分布特征作了分析后得出,研究区地下管道(地下河)发育方向及塌陷易发地段受断裂构造控制,呈北东向分布,地下河顶部的垂直管道(裂缝)与土层接触部位,受地下水位升降变化及土的力学性质状态改变产生致塌作用,引发岩溶塌陷地质灾害。根据现状塌陷的水文地质特征结合物探成果资料,对研究区的岩溶塌陷进行了预测,为新城镇规划防灾减灾提供了依据。     

岩溶气爆塌陷的数学模型探讨

通过对已有岩溶气爆塌陷实例的分析 ,提出了气爆塌陷的三个发育阶段 ,分别为正压形成阶段、土层破坏阶段、气压快速释放及塌陷阶段。根据岩溶空腔的发育特征 ,用波马气体方程式对水位恢复时气爆效应中所产生的附加力进行了描述 ,并提出了气爆塌陷的发育条件 ,还对正压气爆中土层的最大安全厚度进行了讨论。     

贵州省德江县大顶上岩溶塌陷成因及防治措施

岩溶塌陷在喀斯特地区常见的一种地质灾害,对生活在岩溶塌陷易发区的居民来说是一个较大的安全隐患。本文从贵州省德江县大顶上岩溶塌陷区的地质环境条件出发,分析了该区岩溶塌陷的形成原因。认为该区产生岩溶塌陷的基本条件为岩溶发育,有一定厚度松散堆积层,断层破碎带发育,地下水水位大幅度下降。诱发原因为人类采矿工程活动,其主要形成机制有深浅部隐伏岩溶连通效应,机械潜蚀效应和降水入渗效应。在分析岩溶塌陷成因的基础上提出了该区岩溶塌陷的防治措施。     

栖霞中桥地区岩溶塌陷时空分布规律及成因分析

岩溶塌陷是岩溶地区一种特有的地质灾害,在时间上具有突发性,空间上具有隐蔽性.栖霞中桥地区位于山东省胶东半岛中北部,区内分布岩溶地层,岩溶发育较为强烈,近年来随着周边人类工程活动强度增大,加之一些自然因素影响,先后发生多次岩溶塌陷,给区内人民群众生产和生活带来了较大影响.以栖霞中桥地区作为研究区,通过收集资料、实地勘查、地球物理勘探、钻探、抽水试验、水位监测等工作方法取得本区岩溶塌陷、地层、降水、水位等翔实资料,研究分析了本区岩溶塌陷的时空分布规律:时间上主要发生于枯水期与丰枯交替时期,空间上多发生于覆盖型岩溶区岩溶水径流通道的两翼且地下水水力坡度急剧变化地段,均为断裂构造上盘区,第四系厚度多小于25 m,为黏性土与砂土互层的多层结构,与基岩面接触的岩性为粉质黏土及碎石土.在此基础上,分析了该区地下水位、降水变化对岩溶塌陷的影响机理:塌陷发生期间,区内地下水水位呈持续下降、骤然上升或上下起伏变化,已形成的土洞负压与高压相互交替,对土洞顶板产生吸力与压力,剪应力快速降低,岩溶地层上覆土体无法承受自身重力条件下引发岩溶塌陷,是潜蚀、真空、气爆及重力作用相互作用的结果,以潜蚀、真空效应为主.为栖霞市各级政府及相关主管部门开展岩溶塌陷地质灾害防治、地区规划建设等提供地质科学依据,为胶东半岛岩溶塌陷后续相关分析研究工作提供翔实的理论基础.     

快速城市化条件下地下水开发的环境效应研究

赋存于寒武系和奥陶系灰岩中的岩溶水是徐州市的主要供水水源.1978年以来,随着经济的发展和快速城市化,市区岩溶地下水开采量逐年增加;而且城市西北郊煤矿的开采疏排水活动也导致大量的地下水流失.上述两种作用导致徐州市岩溶地下水位的持续下降,降落漏斗面积逐年增加,增强了地下水系统的脆弱性,诱发了诸如局部水资源枯竭、水质恶化、地下水污染和岩溶塌陷等一系列环境问题.这些环境问题具有系统性和连锁性的特征,已严重影响了城市的发展质量,增加了城市供水的风险.根据各个环境要素演化关系,本文建立了城市化条件下地下水开发的环境效应概念模型,并提出了岩溶地下水保护的措施建议.     

岩溶地区抽水引起的塌陷及防治

在岩溶地区大量抽汲地下水,地下水位极度下降,常造成覆盖型岩溶塌陷的大量产生。近几年来美国、日本、泰国、中国等都有大量的报导。由于塌陷的产生,常常造成房屋倒塌,管道断裂,供水供电终断,道路垮塌,农田毁坏,地下水污染等,它不光造成大量的财产损失,而且危害人类安全。如美国学者JGNewton介绍的,“美国1970年到1981年,在美国几个州可以查到有记载地点的岩溶塌陷整治费用就高达1亿7千万美元”。据不完全统计,我国到1988年止,因抽汲地下水造成地面沉降,塌陷而受损的建筑面积达9万平方米,农田受损面积达3000亩。正如B.F.Beck说的,当一个岩溶塌陷导致800万美元损失的地质灾害发生后,才使人们认识到岩溶塌陷研究的重要性。     

岩溶分布区地面塌陷成因机制分析——以黔东南某机场飞行区为例

以黔东南某机场飞行区地面塌陷为例,采用现场调绘、工程勘探、物探、岩土试验、数值模拟、权重分析等手段,研究了机场地面塌陷的成因机制,并预测了地面塌陷未来发展趋势.结果表明：飞行区地面塌陷形成机制为地下水渗流潜蚀作用形成的土洞垮塌,地面塌陷具有明显的时间累积效应和空间差异性分布特征,塌陷时间、分布、规模主要受地形、岩性、水文地质条件、岩溶发育程度、机场地势及排水设计等因素的共同影响.在塌陷灾害治理中,应避免盲目扩大处理,需根据塌陷类型、规模、控制因素分区、分类进行,对地面塌陷集中发育的重灾区可按“片”集中处理,对零星塌陷区可按“点”分散处理,以减少处理费用、提高处理效果,研究成果可供类似工程参考.     

西山煤田古交矿区地质灾害分析

介绍了太原西山煤田古交矿区地面塌陷、地裂缝、滑坡和崩塌等主要地质灾害,及地质灾害引起地表建筑物、耕地、市政设施和水资源破坏等环境效应问题,分析了矿区主要地质灾害的形成机制,认为矿区地面塌陷及地裂缝均为煤炭采空区失稳变形的演化产物,而采矿活动是滑坡和崩塌发生的诱发因素;地下开采引起的地表移动,改变了覆岩的原始应力状态,降低了原有软弱层(面)的力学强度;同时,开采使地表产生裂隙,加剧了地表水的渗透,因而诱发了山体滑坡及崩塌。最后针对古交矿区地质灾害现状和灾害引起的环境效应问题,提出了防治对策及建议。     

城市地铁岩溶穿越区塌陷机理及处治技术

对武汉地铁六号线隧道穿越区岩溶地质进行了研究。结合武汉区域岩溶发育特征和分布规律,总结出研究区内岩溶发育的特点;并在此基础上重点研究了沙漏型岩溶地面塌陷机理及计算模型。根据研究区地质资料,对于岩溶发育区段地层提出了加固处治方案,具体为采用基岩岩溶注浆处理,隧道外侧采取旋喷桩+灌注桩帷幕。对旋喷桩+灌注桩帷幕进行了数值模拟。模拟结果表明,这种处治方案结合基岩岩溶注浆能够有效的解决隧道穿越区岩溶塌陷问题。研究对于指导和防止岩溶塌陷有重要理论和实践意义。     

岩溶及采空区塌陷的地质灾害研究

岩溶特殊的形成条件和地质环境使得其塌陷具有突发性,对人们的生命和财产安全存在巨大的威胁。文章以黔中地区某石膏矿场为研究对象,在研究场区的地貌特征和地质条件基础上,分析岩溶及采空区塌陷的形成机制,研究岩溶及采空区塌陷产生的灾害,并建立了以发育度和危险度为指标参数的评价方法,结合工程具体情况进行了分析。结果表明,研究区域处于地质灾害高发育区的网格点有4个,处于地质灾害较高发育区的网格点有7个,处于地质灾害一般发育区的网格点有11个,处于地质灾害不发育区的网格点有38个;研究区处于地质灾害四级危险区的网格点有5个,处于地质灾害三级危险区的网格点有5个,处于地质灾害二级危险区的网格点有5个,处于地质灾害一级危险区的网格点有55个。     

共享经济交易主体信用策略的演化博弈研究

【目的】为有效解决共享经济平台频繁出现的违信问题。【方法】构建平台不同监管模式下供需双方的演化博弈模型,考察平台不同模式监管效应的动态演化差异。【结果】平台监管模式的变化影响供需双方的信用策略选择;只有当平台的监管强度突破阈值,方可诱使供需双方选择守信策略;监管效果以"补贴+惩罚"模式最好,"惩罚违信"模式次之,"补贴守信"模式居末。【结论】研究结果有助于指导平台优化监管模式和调节监管强度。     

南京典型段地铁工程对地下水流动态的影响

本文以“南京典型段地铁工程”为研究对象,利用FEFLOW数值模拟软件建立非稳定流数值模型,预测了地铁开挖涌水量大小以及研究了在施工期、运营期和服务期满后区域地下水流场动态变化;分析了地铁建设对仙鹤门水源地流场的影响以及可能引发的环境水文地质问题。结果表明：由于地铁施工开挖导致的隧道涌水以及需要疏干降水,在施工站点和区间隧道地下水位大幅度下降,运营期和服务期满后地下水流场逐渐恢复到初始状态;地铁工程对仙鹤门水源地影响较大的区段主要是龙王山段,其他区段对水源地影响轻微。而研究区内桦墅站至龙王山区段灰岩埋藏浅,岩溶发育强烈,地铁工程可能导致局部地区径流条件发生变化,诱发岩溶地面塌陷灾害。     

望霞危岩破坏模式及其力学解译

【目的】位于巫峡长江左岸的望霞危岩是长江三峡地区代表性板状危岩,对它破坏机制的研究,是揭示三峡地区边坡地貌演化的突破口,也是巫峡长江航道地质减灾的着力点。【方法】采用现场地质勘察、能量原理和突变理论方法,研究望霞危岩破坏模式并对它进行力学解译。【结果】望霞危岩呈板状,由硅质灰岩和泥质灰岩组成;危岩体后部主控结构面贯通段为串珠状溶蚀漏斗,充填大量松散土体,主控结构面锁固段上段为硬质灰岩、下段为软质泥页岩,引入水致弱化函数提出了主控结构面锁固段灰岩和泥页岩的本构模型;构建了望霞危岩力学模型;构建了座滑破坏模式危岩瞬时破坏平均速度的计算方法,据此得到望霞危岩破坏瞬间的平均速度为2.62m·s-1,推知危岩破坏瞬间危岩体底部的瞬时速度约为5.21m·s-1。【结论】望霞危岩的破坏模式属于座滑破坏,危岩瞬时破坏持续时间约2.3s,与实情吻合良好。研究成果可为分析三峡两岸危岩破坏问题提供重要参考借鉴。     

公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及演化过程数值分析

为研究公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及其演化过程,针对地质缺陷型岩溶突水构造,建立充填型岩溶管道3种力学失稳模型,对所建立的失稳模型进行力学解析推导,得到相应的失稳判据。以富安省和庆和省之间1号公路的DEO CA隧道发生岩溶突水为典型工程背景,对其突水灾变演化过程展开计算分析,采用真实破裂过程分析程序RFPA和快速拉格朗日Flac3D程序分别对岩溶管道突水灾变的微、宏观演化过程实施数值仿真分析。研究结果表明:岩溶管道充填体的安全系数K=0.46,说明充填体将发生滑移失稳并导致岩溶突水,解析计算结果与现场突水实际相吻合。数值计算结果较好地反映了岩溶管道突水的全过程演化机制。