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。     

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。     

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。     

沙漏型岩溶地面塌陷物理模型

为了进一步研究覆盖型岩溶地面塌陷的发生条件和机理,在作者关于土体塌陷理论的基础上,着重研究了渗漏型地面塌陷的地质现象、地质模型、物理模型及其数学表达式。根据地质现象和砂性土中砂颗粒在塌陷过程中的运动学响应特征,建立沙漏型岩溶地面塌陷的地质模型。在此基础上,概化出物理模型,并根据物质守恒定律推演沙漏型塌陷的数学表达式。由此探讨了沙漏型塌陷规模与岩溶和水文地质条件的关系,认为沙漏型塌陷历时与砂性土的摩擦系数的平方、水力坡降的平方根及可溶岩洞径的8/3次方根成反比,与塌陷坑深度的立方成正比。文章从地质现象→地质模型→物理模型→数学表达式来研究沙漏型岩溶地面塌陷,地质理论依据充分,物理过程可靠,数学逻辑严密,所推导出的数学表达式较好地反映了沙漏型地面塌陷的基本规律。经工程案例验证,该物理力学模型与实际情况较为吻合。      

我国红层岩溶与红层岩溶塌陷刍议

中国岩溶地区面积广阔,岩溶地貌和现象类型多样。其中我国南方地区红层中出现的岩溶现象较为特殊:可溶岩类型复杂,成岩作用差,溶蚀机理多样,还易风化崩解。近年来红层岩溶塌陷多有发生,成为一个不可回避的问题。文章对我国红层岩溶与红层岩溶塌陷研究现状进行了系统梳理。红层岩溶主要存在于以可溶物质胶结的或含碳酸盐岩砾石的红色沉积岩为主的地区。红层岩溶的特点可以概括为:(1)可溶岩类型复杂,溶蚀机理多样;(2)成岩作用差,力学强度低,易风化崩解;(3)与地质构造密切相关。红层岩溶地区不但会出现覆盖型岩溶区的土层塌陷,而且由于其特殊的岩溶作用还可能出现基岩塌陷。根据红层岩溶地区地质结构,其塌陷模式可概化为红层上覆松散层塌陷、红层溶洞顶板垮塌以及红层整体垮塌三类。今后有必要从红层溶蚀特点和红层岩溶塌陷模式出发,开展红层溶蚀对岩溶塌陷作用机理的专项研究,为红层地区岩溶塌陷地质灾害的风险评估和防治处理提供科学依据和技术支撑。     

岩溶地面塌陷三机理理论及其应用

为了给岩溶地面塌陷预测、监测、防治和应急措施提供理论依据,全面总结了岩溶地面塌陷的发育规律,认为岩溶、土体和诱发因素是岩溶地面塌陷的三要素.岩溶为土体丧失提供通道和储藏空间.土的工程地质性质决定了土体塌陷方式:"黏土块"坍塌、砂颗粒漏失、软弱土流失;土体塌陷方式决定了土体塌陷机理;据土体塌陷方式提出了由"土洞型塌陷""...     

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。     

《岩溶地面塌陷理论与实践》内容简介北大核心CSCD

本书作者从岩溶地面塌陷过程中土颗粒受外力作用后的运动学响应特征出发,对可溶岩上覆土体进行了塌陷行为分类,划分了9类岩溶地质结构,提出了岩溶地面塌陷的“三机理”理论;以该理论为依据,探讨了岩溶地面塌陷的综合地质预测模型和确定性预测模型、监测内容和技术方法、防治与应急措施。同时,总结和介绍了岩溶地面塌陷不确定性预测模型——概率模型、模糊模型、灰色模型及其他预测模型;收集与整理了较为丰富的塌陷治理工程案例。在该著作中,作者从理论到实践,提出了岩溶地面塌陷完整的理论体系和技术方法,     

徐州岩溶塌陷时空分布规律及成因分析

文章通过对以往岩溶地面塌陷勘查工作成果进行系统梳理,揭示了徐州地区裸露型岩溶和覆盖型岩溶的分布规律及历史上岩溶塌陷的时空分布特征,发现塌陷的分布具有明显的规律性:(1)塌陷受废黄河断裂带控制,离废黄河断裂带越近岩溶发育越强烈,离废黄河断裂带较远的部位岩溶发育明显减弱;(2)塌陷主要分布于浅部岩溶强烈发育地段的奥陶系灰岩中,少数分布于寒武系灰岩之中;(3)塌陷集中分布在古河道形成的,砂性土单层结构地段,少数分布在砂性土-黏性土双层结构地段;(4)塌陷全部位于岩溶水开采降落漏斗内。结合岩溶塌陷的时间与地下水的动态活动过程之间的关系,全面分析地面塌陷形成的原因,提出了古河道与废黄河断裂带的重叠部位为岩溶地面塌陷发生的有利部位,但最终发生地面塌陷则是人类工程活动过程引起岩溶水位剧烈波动——大幅、快速下降的结果。该研究成果可为徐州市今后进一步防治岩溶塌陷地质灾害提供地质科学依据,有重要的实用价值。      

淮南舜耕山岩溶塌陷发育特征及形成机理研究

淮南市舜耕山地区位于华北板块南缘,岩溶地貌发育且岩溶塌陷地质灾害时有发生,给区内人民生命财产安全带来极大隐患。本文通过对区内碳酸盐岩裸露区和覆盖区岩溶野外地质勘查、岩溶塌陷特征统计、构造及水文地质条件分析,总结本区岩溶塌陷发育机理。结果表明:裸露型碳酸盐岩区岩溶塌陷发育主要受本区多期构造运动以及岩性组合的影响,岩溶塌陷发育构造形迹呈NW向居多,并多发育在可溶岩与非可溶岩界面处,以构造破坏-潜蚀为主;覆盖型碳酸盐岩区岩溶塌陷发育多为地面构筑物增加导致静荷载增加以及矿区强排水诱发的塌陷,以有效应力破坏-真空吸蚀为主。      

安徽省沿江地区典型岩溶塌陷区盖层－岩溶组合特征

安徽省沿江地区（铜陵、池州、安庆）岩溶塌陷地质灾害较发育,无论是开展岩溶塌陷地质灾害防治,还是监测预警,都必须研究岩溶塌陷发育的地质环境条件,掌握岩溶塌陷区盖层工程地质特征、下伏碳酸盐岩岩溶发育特征以及盖层－岩溶组合关系。文章以安徽省沿江地区岩溶塌陷为研究对象,在全面收集和总结区内大量岩溶塌陷调查、勘查及监测资料,野外调查典型岩溶塌陷区的基础上,分析了典型岩溶塌陷区盖层工程地质特征、下伏碳酸盐岩岩溶发育特征,并进行概化处理,建立了岩溶塌陷的盖层－岩溶组合地质模型。研究表明:区内典型岩溶塌陷区的组合主要有7种类型,最易产生岩溶塌陷的组合为“第四系盖层为粉质黏土－砂砾卵石双层结构,下伏基岩岩溶发育中等以上”;岩溶塌陷致塌机理主要为潜蚀致塌,其次为真空吸蚀致塌、振动致塌。      

珠江口地区岩土层工程地质特征及物理力学性质研究

基于港珠澳大桥、深中通道、虎门大桥等工程的精细化勘察成果,分析了珠江口地区岩土层地质特性,区内岩土层可划分为淤泥质软土层、黏土粉质黏土层、中粗砂层、残积土层、不同程度风化基岩共5大层,结合区内水动力环境、沉积物类型、钻孔对比及地质剖面,将研究区划分为河口砂质沉积区、潮流型泥质沉积区、泥砂混合沉积区、浅海泥砂混合沉积区等4类。珠江口地区岩土层的物性参数特征研究表明,随着深度增大,岩土层含水率降低,快剪黏聚力增大,压缩系数减小,压缩模量增大;原状土十字板抗剪强度C_u与软土含水率w呈幂函数相关,与压缩模量E_s、快剪黏聚力c呈线性正相关;孔压静力触探试验比贯入阻力p_s与含水率w呈对数相关,与压缩系数a_1?2呈幂函数相关,与黏性土、砂类土的快剪黏聚力c呈线性正相关,得到的经验公式可为珠江口地区类似场地工程建设提供参考。     

黔中地区浅覆盖型岩溶塌陷成因机制与防治对策--以紫云县白云小学为例

黔中地区处于贵州省第二阶梯,平均海拔800~1600 m。具有可溶岩分布面积广、岩溶极其发育、第四系土层覆盖薄、地下水埋深浅、地下水动力条件强等特点。岩溶地面塌陷是该区主要地质灾害之一。为了查明贵州省紫云县白云小学岩溶塌陷的成因及发育机制,在塌陷区开展了水文地质调查、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩土样测试等多项工作。综合研究表明,白云小学岩溶塌陷是特殊的"水-土-岩"不良因素共同作用的产物。根据塌陷区的岩土组构特征,建议在黔中岩溶地区进行工程选址前,采用"监测预防+控水+工程治理"综合防治措施。     

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。     

Application of seismic velocity tomography in investigation of karst collapse hazards,Guangzhou, China

This paper describes seismic velocity tomography applied to the investigation and assessment of karst collapse hazards to facilitate accurate characterization of geological conditions of karst sinkhole formation. In the survey areas of Xiamao, Guangzhou, China, and Huangchi, Foshan, China, seismic velocity tomography was used to explore the structures of rock and soil associated with karst collapse. The results show that sand intercalated with clay or clay intercalated with soft soil dominates the cover of these two areas. The overburden is 20–33 m thick and underlain by Carboniferous limestone. In the limestone, there are well-developed karst caves and cracks as well as highly fluctuating bedrock surfaces. The seismic velocities are less than 2500 m/s in the cover, 2500–4500 m/s in the karst fracture zones and caves of Xiamao, and 1500–2000 m/s in the Huangchi collapse area. The karst fracture zones, relief of bedrock surfaces, and variations of soil thicknesses revealed by seismic velocity tomography are well constrained and in agreement with those in the drilling borehole profiles. This paper demonstrates that seismic velocity tomography can delineate anomalies of rock and soil with the advantages of speed, intuitive images, and high resolution.