论岩溶塌陷问题

岩溶塌陷是可溶岩地层分布区主要灾害地质现象之一,岩溶塌陷的产物是岩溶陷落柱,其结果可导致一系列工程地质问题,本文从岩溶塌陷形成机理出发,根据我国的具体情况划分了岩溶塌陷类型,论述了有关的工程地质问题。     

岩溶塌陷机理研究进展

岩溶塌陷机理是开展岩溶塌陷监测、预警、防控及治理工作的基础。长期以来,岩溶塌陷机理研究都是以事后调查的定性推测为主,缺乏必要的科学观测数据支持,导致目前的岩溶塌陷机理仍然处于假设阶段,并成为岩溶塌陷灾害监测预警与防治方面的理论瓶颈问题。文章总结了近年来国内外岩溶塌陷机理的最新研究进展,提出目前的岩溶塌陷机理都可以归结为土岩体的渗透变形,但其临界或破坏指标还需进一步探讨,此外指出随着高频采样的水压力、加速度计及声波等传感器的实用化,塌陷机理研究将面临着从静水压力到动水压力方面的挑战,并且压力脉动造成的气蚀破坏、共振破坏也将是下步探究的重点。     

我国岩溶塌陷研究综述

随经济的不断发展,对岩溶区资源的开发日益增强,由此引发的岩溶塌陷问题也日趋频繁、严重,已成为岩溶区可持续发展的一大障碍,有效减轻其造成的危害势在必行。文章根据近年来国内外岩溶塌陷的研究现状及发展,概述了岩溶塌陷的三大形成条件:一定发育程度的岩溶、上覆盖层、岩溶地下水系统;以及中国岩溶塌陷的时空分布规律,分别举例例证了它的几种成因机制,如重力致塌、潜蚀致塌等。由于其突发性及危害性,有必要对岩溶塌陷的预测防治进行深入研究,做到防灾减灾。基于此,总结了中国岩溶塌陷的监测预报和安全评价等方面的新方法和措施等。针对塌陷的形成条件、塌陷现象或其危情的存在状况及其危害性,归纳了有针对性的防治措施。     

岩溶地面塌陷预测模型初探

岩溶的发育程度、上覆岩土体性质是岩溶地面塌陷形成的基本条件;地下水位下降,地表水或降水入渗,震动荷载等动力扰动,是形成岩溶地面塌陷产生的诱发动力条件。本文以山东省泰安市岩溶地面塌陷区为例,讨论了岩溶地面塌陷的产生机理,并从受力情况对其进行了分析探讨,从而提出了岩溶地面塌陷的预测模型。本文还根据研究区的8个塌陷实例对模型进行了检验。结果表明,该模型的计算结果与实际情况基本吻合。     

岩溶地面塌陷神经网络预测

应用神经网络理论的原理 ,通过对收集到的岩溶地面塌陷实例进行学习 ,建立了岩溶地面塌陷评价及预测模型 ,对某市岩溶地面塌陷进行预测。结果表明 ,神经网络方法具有精度高、收敛速度快、容错能力强等特点 ,在岩溶地面塌陷研究中具有广阔的应用前景     

岩溶矿区地表塌陷

岩溶地区的地表塌陷主要分布在岩溶特别发育的地段,或岩溶化断裂带切割构成的地下水集中径流带上。岩溶大泉实际上是地下水集中径流带在排泄区的天然露头。为预测这类塌陷,本文对径流带产生的基础与识别标志,塌陷形成的作用力及水动力条件、产生地表塌陷的必要条件,以及塌陷与重塌陷的防治方法进行讨论。      

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。     

柳江水源地岩溶地面塌陷

秦皇岛市柳江水源地开采岩溶地下水，出现地面沉降、开裂与塌陷。通过实地调查研究，总结了本区岩溶发育特征、岩溶塌陷的分布规律，分析了地面塌陷产生的原因，并提出了防治措施。     

玉林市岩溶塌陷地理信息系统

GIS技术的发展为地质灾害的资料管理、危险性评价及对策研究等提供了有力的支持工具。玉林市岩溶塌陷地理信息系统是以GIS软件—MapInfo为平台，针对岩溶塌陷的特点，用VB语言进行二次开发的集数据管理、分析统计、输出为一体的综合系统。系统中录入了建国以来，玉林市发生的71次岩溶塌陷灾害事件，共414个塌陷坑的详细资料，及30多个与岩溶塌陷有关的其它专题信息。分别归类为岩溶塌陷信息、市政信息、勘探信息、水文气象信息、玉(林)柴(油厂)塌陷子系统等。此外，系统提供了信息查询、制作专题图、统计分析等功能，方便、快捷地为地质灾害管理、城市规划、勘察设计等部门提供服务。     

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。     

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。     

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。      

重庆中梁山岩溶地面塌陷特征及形成机理

通过详细调查重庆中梁山地区的岩溶地面塌陷灾害情况,分析出该区地面塌陷特征及形成机理。结果表明:岩溶地面塌陷主要分布在嘉陵江组中的地势低洼处、断层和溶槽处,多发生在降雨量大和地下水水位陡降时期,是自然因素和人类活动共同作用下的结果,数量较多,以土洞型为主;其致塌的力学机制以真空吸蚀作用和潜蚀作用为主,多种作用为辅;在具备岩溶塌陷发生的地质条件下,隧道建设过程中的强排水、降雨和村级公路修建与运营过程中会诱发岩溶地面塌陷的发生。根据岩溶地面塌陷的致塌力学机制和诱发因素,提出预防降雨形成的地表水过度聚集,隧道建设避免地下水陡降,村级公路和隧道选址避开岩溶发育区域等措施,以防止岩溶地面塌陷发生。      

贵州平寨水库左岸底层灌浆廊道大型充填溶洞及其形成机制

平寨水库坝址区以碳酸盐岩为主,岩溶较发育,水库左岸底层灌浆廊道大型充填溶洞,是水库地下工程施工开挖中揭露的规模最大、对水库渗漏影响最大、设计及施工处理难度最大的溶洞。本文以工程前期地质勘察工作为基础,在区域地貌、地质构造格局、地层岩性、地表及地下水系发育特征研究的基础上,结合工程防渗施工揭露的岩溶水文地质现象、洞穴充填物研究等,从可溶性岩层、地下水来源及运移途径、暗河冲刷与洞顶坍塌作用4个方面,对溶洞发育形成机制进行了研究。分析认为,鸡场背斜北西翼纵向张裂隙和横张裂隙及层间滑脱、断裂破碎带,为五里大洞鸡场洼地上坝洼地地下水向三岔河的径流提供了运移的原始空间与通道,形成溶洞的地下水为五里大洞鸡场洼地上坝洼地地下暗河,长期溶蚀作用使裂隙通道变为溶蚀宽缝并最终转化为岩溶管道,岩溶水沿此通道在左岸底层灌浆廊道桩号0+238～0+296m附近下中部岩体呈虹吸状循环,地下水的强烈冲刷与洞顶坍塌在溶洞形成过程中的作用巨大,后因深部径流条件改变,岩溶管道被逐渐堵塞,形成如今的大型充填溶洞。     

埋藏岩溶洞穴垮塌深度定量图版及其在碳酸盐岩缝洞型储层地质评价预测中的意义

通过对岩溶洞穴垮塌的岩石力学原理及塔里木盆地奥陶系实钻资料的分析,基本明确了洞穴埋藏垮塌的控制因素是岩石抗弯强度、洞穴尺度、洞穴距风化暴露面的距离等,并得到了洞穴垮塌深度的定量图版。该图版对于钻前预测现今埋藏于地下的碳酸盐岩洞穴是否已经垮塌、洞穴埋藏演化史精确恢复以及对裂缝—洞穴型储层的评价预测具有较强的实践意义。     

Formation mechanism of large sinkhole collapses in Laibin,Guangxi, China

On June 3, 2010, a series of karst sinkholes occurred at Jili village surrounded by Gui-Bei highway, Wu-Ping highway and Nan-Liu High-Speed Railway in Laibin, Guangxi, China. The straight-line distances from an large sinkhole pit, 85 m in diameter and 38 m in depth, to the above mainlines are 200, 600 and 500 m, respectively. Several investigation methods including geophysical technology, borehole and well drilling, groundwater elevation survey and hydrochemistry analysis of groundwater were used to study the formation mechanisms of these sinkholes. Based on the results, the spatial distribution of the Jili underground river was confirmed with a strike of SN along the middle Carboniferous limestone bedrock and the Quaternary deposits controlled the sinkhole formation. In addition, both historical sinkhole events and analysis of the groundwater–air pressure monitoring data installed in the underlying karst conduit system indicate that sinkholes in this area are more likely induced by extreme weather conditions within typical karst geological settings. Extreme weather conditions in the study area before the sinkhole collapses consisted of a year-long drought followed by continuous precipitation with a daily maximum precipitation of 442 mm between May 31 and June 1, 2010. Typical geological conditions include the Jili underground river overlain by the Quaternary overburden with thick clayey rubble. Especially in the recharge zone of the underground river, a stabilized shallow water table was formed in response to the extreme rainstorm because of the presence of the thick clayey rubble. When the underground conduit was flooded through the cave entrance on the surface, air blasting may have caused the cave roof collapse followed by formation of soil cavities and surface collapses. Borehole monitoring results of the groundwater–air pressure monitoring show that the potential karst sinkhole can pose threats to Shanbei village, the High-Speed Railway and the Wu-Ping highway. Local government needs to be aware of any early indicators of this geohazard so that devastating sinkholes can be prevented in the future. The results also suggest that groundwater–air pressure monitoring data collected both the Quaternary deposits and the bedrock karst system provide useful indicators for potential sinkhole collapses in similar karst areas where sinkholes usually occur during rainy season or karst groundwater level is always under the rockhead.     

矿山疏干排水引起岩溶地区致塌机理分析与预测——以平顶山矿区七矿及附近区域为例

在分析平顶山矿区水文地质背景和岩溶发育状况以及各岩溶含水层的水力联系基础上,引入岩溶致塌机理确立了岩溶塌陷的判定准则,得出了岩溶塌陷地区的疏干警戒水位公式,从定量上论证煤矿开采疏干排水是该区岩溶致塌的关键因素,当水位下降幅度达到2．52～8．03m时,平顶山七矿及附近区域容易产生岩溶塌陷,同时指出岩溶稳定系数K=1时,是临界危险警戒的地下水降深。     

徐州废黄河断裂带对岩溶塌陷的控制作用

徐州城区是岩溶塌陷地质灾害危害严重的区域,已发生的塌陷均展布在废黄河断裂带内,有明显的规律性,为断裂带地下水富集区过量抽水所造成。研究表明,废黄河断裂带内岩溶发育,发育有向上开口的溶洞和裂隙,断裂带沟通了不同时代的含水层,形成了地下水强径流带或富集带;地堑式断裂带构成的负地形形成了晚更新世和全新世古河道,古河道区域形成"单一透水型盖层"和"透-阻型盖层",使黄河泛滥沉积的砂性土直接覆盖在岩溶含水层上,为过量抽水发生岩溶塌陷提供了重要水动力条件。因此,废黄河断裂带及其伴生断裂控制了岩溶塌陷的形成条件,特别是岩溶发育强度、岩溶水文地质结构和地下水富集规律。     

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。     

炭质灰岩地区抽水致塌控制因素和影响因素

为研究炭质灰岩地区抽水致塌控制因素和影响因素,通过电法物探、地质钻探及抽水致塌试验相结合的综合手段,对兴安县石炭系下统岩关组（C₁y）炭质灰岩地区的岩溶塌陷进行关联分析,建立降深水位与时间、恢复水位与时间的关系对比曲线。研究结果表明:在炭质灰岩地区进行抽水活动时,其主要补给源为小溶洞内储存水,运输通道为岩溶裂隙;该炭质灰岩地区岩溶裂隙具有不规则性,因此,在同类地层中测得的渗透系数k及影响半径R有较大差异;研究区域内抽水致塌的位置受地质构造的影响较为明显;钻井人为抽水致塌受多种因素共同作用影响,而地下水位升降为主要影响因素。