广州金沙洲岩溶地面塌陷灾害预警预报研究

受武广客运专线金沙洲隧道施工抽排大量地下水的影响, 2007—2012年广州金沙洲发生了大规模岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害,造成了重大经济损失。为防治地质灾害,采用综合地质调查、地下水位监测、地面沉降监测、物探、钻探和试验等手段勘查和研究,建立了完善的地下水位和地面沉降监测网络。在此基础上,根据地质环境条件、岩溶发育程度和地质灾害分布特征进行岩溶塌陷易发性分区,选择地下水位变化量和地面沉降量这两个与岩溶塌陷最直接、最敏感和最重要的参数,从预警预报参数选择、时间尺度选取、判据分析计算、预警预报方法、模型系统的建立等方面进行研究,选取临界日综合地下水位变化量和临界日综合地面沉降量作为预警预报判据,结合三维地质结构模型建立岩溶塌陷预警预报模型系统。成功地预警预报了两起岩溶地面塌陷,取得较好的预报效果,说明该岩溶地面塌陷预警预报模型系统实用、有效,为金沙洲防灾减灾提供地质科学依据,为当地的社会稳定和经济可持续发展提供技术支撑。     

地下水数值模拟在岩溶塌陷预警系统中的应用——以山东临沂市城区岩溶塌陷为例

岩溶塌陷是近年来濒发的主要地质灾害。其发生、发展、主要受岩溶水不合理开采所致。地下水位是影响岩溶塌陷的重要因素。论文以临沂市城区岩溶塌陷为例,在完善的监测网络基础上,建立了地下水数值模型,预测了可行的地下水开采方案,并模拟城区岩溶塌陷区水位与基岩顶板的变化关系。研究建立了岩溶塌陷动力预警系统。该系统为减少或避免岩溶塌陷的发生及防治提供科学依据。     

岩溶矿床疏干区地下水位恢复对岩溶塌陷作用机制的研究——以湖南宁乡大成桥为例

截止2016年底,大成桥疏干区在地下水位恢复过程中共发生了17起岩溶塌陷,文章结合地下水动态监测、水文地质钻探成果以及现场调查资料等,研究地下水恢复特征及其对岩溶塌陷的作用机制,为研究区塌陷的预警防治提供科学依据。结果表明:研究区岩溶塌陷集中在河流两岸阶地和麻枣冲沟中;岩溶塌陷发生顺序为先补给区后径流区,与地下水恢复动态过程密切相关;区内地下水恢复过程可分为4个阶段,不同阶段岩溶塌陷机理可分为渗流潜蚀-气爆效应,负压吸蚀效应,软化增荷-挤压-吸蚀效应和软化-崩解效应等4种力学效应组合,不同力学效应作用下的致塌模式有所不同。其中地下水位在基岩面附近4~5 m范围波动更容易引发岩溶塌陷。目前补给区地下水位标高63.95~71.8 m,高于基岩面5~6 m;径流区为42.8~57.7 m,位于基岩面以下4~17 m,因此须密切观测研究区地下水位变化。      

湘桂铁路二塘车站路基岩溶塌陷成因与防治对策

湘桂铁路二塘车站高铁区段1996-2016年间发生岩溶塌陷险情27起,虽经过多期悬挂式帷幕注浆整治,但塌陷问题仍是行车安全的极大隐患。通过资料收集、场地野外调查、岩溶地下水气压力长期监测站的监测资料分析,细化了研究区的地质构造、岩溶水文地质条件及岩溶发育特征,从地质结构、岩溶地下水动力特征等方面分析,认为岩溶塌陷形成的成因为临桂地区房地产基坑开挖抽排水影响岩溶地下水水位变化,造成基岩面上覆土体的潜蚀,形成土洞,进而发展至地面形成塌陷坑。针对铁路运行段地下水位埋深具承压性,隐伏溶洞充填率高的复杂岩溶地质条件以及注浆压力的限制,提出加强基岩面上覆土层抗渗强度、管控岩溶地下水降深的岩溶塌陷防治对策。     

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。     

临沂市城区岩溶地下水流模拟

地下水动力条件变化是导致临沂市城区岩溶塌陷的诱因和动因,通过分析岩溶区地质及水文地质条件,建立了临沂市城区岩溶地下水流数值模型,预测了2007年6月至2019年6月地下水水位时空变化过程。从流场拟合情况看,所建模型拟合效果良好,客观反映了地下水系统演化规律,可以用于岩溶塌陷预警预报,为岩溶塌陷地质灾害防治提供技术依据。     

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。      

覆盖型岩溶平原区岩溶塌陷脆弱性和开发岩溶地下水安全性评价——以广西黎塘镇为例

黎塘研究区塌陷脆弱性较高,为科学地开发该区的岩溶地下水,以满足工农业生产、生活需要,本文针对黎塘镇塌陷的主控触发因素为岩溶地下水动态变化这一特点,采用现场实时监测岩溶地下水动态变化特征和室内塌陷模拟试验相结合的方法,将监测结果与当地塌陷的临界条件进行对比来确定开发岩溶地下水的安全性.结果表明,在当前开采条件下,塌陷脆弱性分区与稳定分区并非完全重合:部分高脆弱和较高脆弱区,在目前开采条件下仍处于稳定状态,部分低脆弱区则处于危险状态,并为研究区十多年来塌陷的发育、分布特征所支持印证.据此认为,在塌陷脆弱性较高的地区未必就需要绝对禁止对岩溶地下水的开发,地下水的开发应以不增加当地塌陷的频率、加剧当地岩溶塌陷的危害为前提.      

基于地下水动力特征监测的岩溶塌陷预警阈值探索——以广州金沙洲岩溶塌陷为例

监测预警是岩溶塌陷地质灾害防治领域急需解决的技术难题。文章在总结当前岩溶塌陷监测预警研究现状的基础上,以广州金沙洲地区岩溶塌陷监测为例,通过对不同岩溶塌陷阶段地下水动力条件监测数据分析,发现数据异常值反映了不同工况地下水动态和岩溶塌陷发展阶段的突变关系,以此为基础,通过曲线拟合和残差分析确定了岩溶塌陷预警的置信带。通过对比分析异常值出现最多次数时间,最大及最小异常值出现时间和实际岩溶塌陷发生时间,验证了运用异常数据分析法进行岩溶塌陷预警是可行的,监测数据间隔越密,捕获的异常值越多,预警越准确。      

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。      

临沂市城区岩溶塌陷危险性控制

通过分析临沂市城区岩溶塌陷与地下水活动的关系,确定了岩溶塌陷的主控因子为地下水水位。借助已建立的地下水流模型,提出控制岩溶塌陷的方法,即使岩溶水水位不低于控制水位。以此为目标在研究区选定若干具有代表性的水位控制点,并设计了三种地下水规划开采方案,将其带入地下水流模型演算,最终获得合理的地下水开采方案,即未来城区岩溶水开采量与现状开采相比减少了11.65×104m3/d,减少的水量由临沂市岸堤水库地表水工程解决。该方案实施后可在一定程度上控制岩溶塌陷发生的危险。     

从研究岩溶地下水角度分析评价岩溶塌陷的危险性--以南宁坛洛塌陷为例

南宁市是广西岩溶地面塌陷危害十分严重的城市之一。2012年6月2日突发的岩溶地面塌陷主要集中分布在坛洛镇南西方向,形成塌陷坑19个,地裂缝17条,威胁62户共232人,潜在经济损失约870万元。坛洛塌陷多形成于松散盖层厚度小于15 m,地下水位埋深小于20 m,地下岩溶强发育的区段。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）复杂为岩溶塌陷产生的必要条件,尤以地下水的作用对岩溶塌陷的形成起至关重要的作用。通过对坛洛地下水动态观测与岩溶塌陷的调查研究确定地下水强径流带,分析评价岩溶地面塌陷的危险性,为岩溶地区的岩溶塌陷危险性勘察、评价工作提供一定指导意义。     

广州市白云区岩溶塌陷风险初探

识别出广州白云区岩溶塌陷风险因素,构建岩溶塌陷层次递阶结构模型,运用层次分析法的相关原理计算出基本风险因素对岩溶塌陷风险事件的影响权重。定义极易塌陷区Ⅰ、易塌陷区Ⅱ、次易塌陷区Ⅲ、不易塌陷区Ⅳ和稳定区Ⅴ共5个岩溶塌陷等级分区,建立各基本风险因素5个等级与岩溶塌陷等级分区的对应关系。为实现岩溶塌陷风险的定量评价,定义单因素致塌概率pi,引入伯努利试验建立岩溶塌陷概率计算模型,选取覆盖层厚度、岩溶发育程度、地下水位埋深、基岩岩性、覆盖层结构与底板岩性、地下水开采强度、地下活动强度和地表施工加载与振动等8个基本风险因素参与评价单元塌陷概率计算,并据此确定岩溶塌陷风险等级狭义标准,为区域岩溶塌陷等级分区的划分提供参考依据。岩溶塌陷风险等级分区表明：极易塌陷区集中在分析区内的江村、古楼岗、泉溪、西湖、社岗一带;易塌陷区和次易塌陷区主要分布在江高镇和原石井镇等地带。风险等级分区与白云区已有岩溶塌陷历史统计资料及塌陷危害程度评价结果较为吻合,从而验证了评价方法的有效性。     

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。     

大藤峡水库岩溶塌陷预防的安全调度研究

水库运行容易在库区诱发滑坡、岩溶塌陷等地质灾害。通过水库运行的安全调度,可有效减少库区地质灾害的发生。本文以在建的大藤峡水库武宣防护区为例,分析计算了岩溶塌陷预防的安全调度水位、排蓄水速度;并根据现场调查,查明了研究区岩溶塌陷发育的地质背景和发育现状,建立了岩溶塌陷发育机理模式。为了分析水库运行改变地下水动力条件对岩溶塌陷发育的影响,运用Modflow软件,建立研究区数值模拟模型,通过数值模拟运算,预测了大藤峡水库不同蓄水水位引起的地下水位变化,以及不同排蓄水速度引起的地下水流速变化;探讨了包气带、潜水层和承压水层区域岩溶塌陷发育的可能性。结果表明:研究区岩溶塌陷预防的水库安全水位高程为51～62 m,蓄水水位安全上升速度为0～1.0 m·d-1和排水水位安全下降速度为0~3.0 m·d-1。      

岩溶地面塌陷区地下水监测方法探究——以广东肇庆地区某自然村为例

岩溶地面塌陷是南方地区主要地质灾害之一,对岩溶塌陷区进行有效的监测预警十分必要。以广东肇庆地区某自然村为例,通过对研究区地质背景、已发岩溶塌陷情况、形成机理及演化过程进行分析,查明该研究区在地下水下降时,上覆土体在岩溶水与孔隙水所产生的压强差或真空负压作用下会发生岩溶塌陷,岩溶塌陷属吸压-陷落模式;采用间接监测法在该岩溶地面塌陷区设置监测孔2个,分别对2014.12.28-2015.12.08期间的岩溶地下水和底部土层之上的砂层孔隙水进行监测,并提取水位变化速率、水力梯度的数据范围,对相关数据进行对比分析,结果显示:研究区地下水水位变幅及波动速率未有明显异常值,底部土层水力梯度远小于临界水力梯度,岩溶塌陷水动力条件属于正常值范围,该时段内无新发岩溶塌陷灾害。研究可见,对地下水位进行长期监测,并积累长系列数据,可为日后监测预警的阈值提供依据。     

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。     

湖北武汉岩溶塌陷成因机理与致塌模式

岩溶塌陷是制约岩溶地区社会经济发展的主要地质环境问题之一。武汉市岩溶地质条件十分复杂,隐伏岩溶区分布范围较广,在自然和人为两方面诱发因素作用下,近年来发生了多起岩溶塌陷。本文在全面梳理武汉市已发生的岩溶塌陷基础上,从可溶岩岩溶发育程度、地下水水位与基岩面关系、第四系厚度和结构特征三个方面,概化了区内岩溶塌陷区的八类地质模式;结合塌陷产生过程和主控机理,将武汉市岩溶塌陷初步概括为九种致塌模式。     

广州金沙洲岩溶区地下水位变化与地面塌陷及地面沉降关系探讨

金沙洲可溶性灰岩分布面积广,岩溶洞隙发育,洞隙及地下水的连通性强,上覆第四系松散土体中软土广泛分布,客观存在岩溶地面塌陷及地面沉降的地质环境条件。2007年4月起,受某高铁隧道施工抽排地下水的影响,金沙洲地下水出现异常波动,引发了地面塌陷及地面沉降。文章根据监测数据,经对比分析结果表明,区内岩溶地面塌陷及地面沉降受控于地下水位的变化,地下水位波动至基岩面附近时,是地面塌陷较活跃的时期,地面沉降与地下水位变化呈正向相关。文章进一步对地面沉降与地下水位变化关系的机理进行了探讨,认为目前地下水位尚未恢复正常的区域仍存在地面塌陷及地面沉降的隐患。     

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。