水平荷载下溶洞对桩顶位移影响的数值模拟研究

岩溶塌陷问题是制约岩溶地区工程建设与威胁工程安全的重要因素。本文以四川某电力工程为背景,对岩溶区的影响因素进行判别,利用ANSYS有限元软件对影响因素的变化进行模拟,主要有溶洞是否存在、大小、埋深、水平距离、填充物这五个因素,对各因素变化对桩基的承载力影响进行分析总结,研究结果显示:(1)溶洞存在会桩基的破坏速度;(2)溶洞埋深的越大,其上部桩周土体的完整性保持的越好,桩体更不易产生位移;(3)溶洞的填充物对土体的改良效果影响较小,选择充填物时不必一味追求充填物的优越性状;(4)当溶洞埋深大于11 m,或溶洞距离桩体的水平距离大于6 m时,其对桩基性状影响可忽略不计。研究对类似地区的桩基施工及设计均具有一定的参考与借鉴价值。

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,多为第四系冲洪积的砂砾、含砾石黏性土、粉质黏土层等,其成灾机理具其地域特征。

隐伏岩溶的综合物探法探测研究

岩溶区地质环境较差,极易出现地质灾害,对社会经济和人们的生命财产安全造成了较大的损失。通过微重力法与CSAMT法,结合小波多尺度和二维拟断面反演对剩余重力异常进行提取,对岩溶区的强岩溶发育带与岩土界面进行了划分,确定了溶洞的大小、空间分布、埋深等。同时进行了钻孔验证,发现钻孔勘探结果和CSAMT反映的强岩溶发育带、岩土界面、微重力划分的塌陷溶洞埋深和大小大致相同,表示在探测隐伏岩溶塌陷时微重力法和CSAMT相结合的方式有较好的效果,能够给岩溶塌陷区风险区和相似勘探工程提供科学有效的探测方法。

真空吸蚀致岩溶塌陷的稳定性分析及其数值模拟

真空吸蚀致塌是覆盖型岩溶塌陷的重要致塌机理之一,评价该机理的影响因素对于岩溶塌陷的防治具有重要意义。为研究覆盖层内外气压差对岩溶塌陷的变形和破坏的影响,本文设计理想算例的六种工况,采用解析法计算其稳定性,并通过离散元数值模拟方法进行验证。结果表明:在覆盖层厚度与岩溶裂隙一定时,当气压差达到临界值会发生地面塌陷,岩溶塌陷受到气压差的影响,塌陷范围与真空值呈正相关;随着覆盖层厚度的增大塌陷临界气压差增大的速率增加;覆盖层厚度仅在一定范围内使覆盖层的稳定受气压差影响。

西北高原干寒区某机场道面病害分析及防控措施

依托西北高原干寒区某机场工程,针对自建成至今老道面发生大面积的沉陷、板缝错台、断板、碎板、板角剥落、接缝破坏、角隅断裂等病害,通过系统的调查和针对性的物探、坑探、钻探、试验工作,分析了道面病害的类型、分布及成因。结果表明:老道面病害是地基不均匀沉降、地表水入渗、冻融、湿陷、湿化及历史地震综合作用的结果;针对道面病害,提出新道面建设中宜采取拆除老道面,古沟道换填并强夯处理,古沟道置换搭接区及新、老道面搭接区加筋补强,道面影响区填方段垫层强夯处理,道基设置防冻层和隔断层的处置措施,并运用于设计。

岩溶区诱发性土洞塌陷的水膜效应作用机理研究

岩溶区土洞塌陷是典型的诱发性地质灾害,其致灾过程具有强隐蔽性、难预测性、过程复杂性、群发性的特点。为研究其致塌作用过程与机理,以重庆典型岩溶区的诱发性土洞塌陷为研究对象,自制试验装置,现场采集盖层土样,开展地下工程诱发土洞塌陷物理模拟试验,采集了负压与盖层土体微应变信息,揭示了水膜效应在土洞塌陷过程中的作用机理。结果表明:在水位下降与降雨条件下,覆盖层土体在土洞正上方变形最大,并向边缘逐渐减小,且土体变形与土洞空腔内的负压值正相关,与厚度负相关。水膜效应是由水-土-气耦合作用导致,其加剧了土洞塌陷的风险,是岩溶区土洞成群成片致塌的内因,为该地区土洞塌陷的监测预警和治理对策提供了理论支撑。

临沂市喀斯特发育区地下水监测网优化与喀斯特塌陷易发性评价

为了提高山东省临沂市喀斯特发育区地下水监测网精度,完善地下水监测网职能,对区域喀斯特塌陷作出有效响应,结合水文地质分析法与普通Kriging法对现有地下水监测网进行优化,并利用层次分析法对优化后的地下水监测网进行喀斯特塌陷易发性评价。结果表明:删除冗余监测井34眼,其中包括7眼省级自动化监测井以及27眼人工监测井,同时设计新增62眼水位监测井;地下水监测井优化后的Kriging估计误差标准差平均值由4.457减至0.964,且地下水监测网覆盖喀斯特塌陷中高易发区域;优化后的监测井布局更合理,能够监测预警喀斯特塌陷地质突发问题。

岩溶塌陷机理定量研究的初步思考

岩溶塌陷作为世界上岩溶地区最为普遍的地质灾害和环境地质问题之一,对人类社会发展、工程建设等方面产生了严重的危害。二十世纪七十年代以来,国内外学者对岩溶塌陷的发育规律、分布特征、致塌原因、成因机理、勘测技术、防治措施、监测预报和数值模拟等方面做了大量的工作,取得了丰富的研究成果,由于岩溶塌陷发生和发展在地表以下而不易察觉和探测,其具有突发性、隐蔽性、多因素性、不确定性和模糊性等特点,目前统一的、系统的、权威的岩溶塌陷的成因机理及定量预测等理论和认识仍在逐步完善中。本文根据岩溶塌陷机理研究现状及发展趋势,从复杂性科学角度探讨了岩溶塌陷机理定量研究中的基本科学问题,对岩溶塌陷机理定量研究进行了初步思考,在参考借鉴多个相关领域技术方法的基础上,梳理了定量研究的内容,探讨了定量研究的方法、技术思路,以期在一定程度上丰富岩溶塌陷机理定量研究理论体系,推动岩溶塌陷机理定量研究进程。

锶同位素在古岩溶研究中的应用——以塔河油田奥陶系为例

为探讨锶同位素在古岩溶研究中的应用,系统分析了塔里木盆地塔河油田奥陶系岩溶缝洞方解石的87Sr/86Sr值。研究结果表明,加里东中期岩溶形成的方解石以低87Sr/86Sr值为特征,其锶同位素组成主要由围岩的重溶锶控制。而海西早期岩溶形成的方解石则以高87Sr/86Sr值为特征,锶同位素组成主要由壳源锶和重溶锶控制;同时,不同产状的方解石锶同位素比值也不相同,渗流岩溶带的方解石比潜流岩溶带富集87Sr,主要受控于岩溶系统的渗流机制和水岩反应。在平面上,桑塔木组覆盖区比北部地区富集87Sr,其主要原因是来源于围岩的重溶锶比重加大。87Sr/86Sr值在区域上的变化,结合区域地质背景,表明海西早期岩溶对北部地区和桑塔木组覆盖区均有重要的影响,是奥陶系岩溶缝洞型储层的主要形成时期。另外,极低的锶同位素比值可能与幔源锶有关,早二叠纪末的火山活动是提供幔源锶的主要时期。通过塔河油田奥陶系古岩溶作用的实例研究,锶同位素具有良好的流体示踪能力,在划分古岩溶期次方面具有明显的优势。

广州岩溶塌陷形成条件及主要影响因素

广州市岩溶塌陷主要分布在广州西北的广花盆地内,根据大量勘查资料分析,得出岩溶塌陷形成条件及其主要影响因素是复杂和多方面的,如覆盖层岩土性状与厚度、岩溶发育程度、气候条件、地下水与人类工程活动等。覆盖层土体结构越疏松、级配越好、强度越低、厚度越小,岩溶越发育,越容易产生土洞和塌陷;降水季节和持续性的强降雨天气或久旱后的暴雨,极易导致地面塌陷;地下水活动则促使或加速土洞及岩溶塌陷的形成;工程钻探、地下水的抽取、地下采矿及地下工程施工等人类工程活动对岩溶塌陷也有重要影响,常作为诱发动力,通过改变基本条件而加速岩溶塌陷的形成。

海拔与岩性变异对石灰岩发育土壤黏土矿物组成的影响

用X射线衍射法研究了中亚热带区海拔、岩性变异对石灰岩发育土壤黏土矿物组成的影响。结果表明:在海拔约2 000 m的重庆金佛山山顶区,灰黑色钙质页岩石灰岩发育的黑色石灰土,矿物组成复杂,除伊利石为主外,还有少量蛭石、绿泥石、高岭石和蒙脱石,有一定量的母质残留矿物(滑石和滑间皂石);由砂页岩和灰岩互层母质发育的山地黄棕壤,以蛭石为主,伊利石和高岭石其次,有三水铝石和弱结晶针铁矿。在金佛山中下部(600~1 200 m),石灰岩发育的黄色石灰土以蛭石或伊利石为主,有一定量的高岭石,普遍出现针铁矿。湖南怀化盆地海拔200多米,纯灰岩发育的红色石灰土为伊利石、蛭石和高岭石(含埃洛石)组合型,有结晶好的针铁矿和少量赤铁矿。海拔显著影响高岭石含量、针铁矿结晶度,海拔降低时高岭石含量增加,针铁矿结晶度提高。在金佛山山顶区,石灰岩母质岩性和微地形变异对土壤成土过程和黏土矿物组成影响显著。

基于ANN与GIS技术的区域岩溶塌陷稳定性预测——以桂林西城区为例

岩溶地面塌陷是岩溶区常见的一种地质灾害,塌陷区域预测是进行国土规划、资源开发与灾害防治的必要工作.由于岩溶塌陷的影响因素众多且相互作用,发展过程复杂,加之各评价因子的数值获取困难,致使长期以来塌陷区域定量预测成为一个难以解决的课题.现行的区域预测模型不能描述塌陷形成模式的非线性特征,也难以克服评价因子权重确定过程中人为经验因素的影响.神经网络技术的自学习、自适应与高度非线性映射特点显示了其在塌陷区域预测领域中应用的前景.根据研究区内地面塌陷空间聚集分布的特征,提出了不同因子组合条件下塌陷发生可能性的定量化方法,结合选定的评价因子类别确定了神经网络预测模型的结构,利用312个塌陷点样本中的292个进行网络训练,余下的20个样本的校验结果表明该模型具有较高的可信度.运用GIS技术将研究区进行评价单元划分,并获取各评价因子的取值,输入到训练好的网络中进行预测.将各单元的输出值进行归并处理后得到研究区岩溶塌陷的稳定级分区图.

地下水连通介质结构分析——以寨底地下河系统实验基地示踪试验为例

对寨底地下河系统北部区域进行示踪试验,确认了北部区域的地下水分水岭边界。进一步对示踪试验数据进行详细分析,推测得到从投放点G06到排泄点G16、G20之间的地下水连通介质结构,其中G06～G16段以管道介质为主并发育一条支道和一个以上溶潭,G16～G20段含水介质则以裂隙为主。最后依据投放量、最大检测浓度等建立相对浓度系数概念,并用于分析比较G06至G16、G16至G20两段不同含水介质条件下的地下水流的径流集中程度。

地质灾害预测数学模型研究

地质灾害的发生受多种因素影响 ,通过主成份分析和判别分析建立多因素影响地质灾害预测数学模型 ,并应用于铁路沿线岩溶塌陷的预测评价 .结果表明 。

岩溶(土洞)塌陷TDR监测试验研究

结合土洞的分布和形成演化的特点,采用具有分布式特点的同轴电缆时域反射(TDR)技术开展岩溶土洞监测研究。通过室内同轴电缆的抗拉、胶结同轴电缆的抗折等试验,以及在建高速公路上铺设方法的对比,得到以下结论:TDR用于野外岩溶土洞发育区的监测是可行的,但要求同轴电缆的拉断荷载低于200N,水泥砂浆的配比在1∶3～1∶4之间,且梁式胶结同轴电缆铺设方法较好。

云南路南石林裂隙渗透张量特征

路南石林是世界上六大剑状喀斯特景观地区中最大的一处 ,总面积达35 0 km2 。测量统计资料表明 ,本区主要发育 NE、NW、NNW和 NWW向四组区域性高角度裂隙。隙宽多在 0 .0 2 5～ 0 .0 75 mm之间 ,隙间距相对较大 ,多在 0 .5～3.0 m之间。各向异性渗透系数相对较小 (<0 .2 m/ d) ,总体上有玄武岩 >第三系 >栖霞灰岩 >茅口灰岩。最大渗透主轴方向以 NW— SE为主 ,倾角大。来自非可溶岩盖层内的具很强侵蚀性的裂隙水 ,对进入成熟演化阶段的裂隙系统快速溶蚀动力学过程的产生起重要作用 ,为石林快速发育创造条件。质纯层厚的碳酸盐岩高角度裂隙系统和盖层所提供的强侵蚀性裂隙水是石林的形成过程中两个极其重要的因素。

基于GIS和证据权模型的矿产勘探信息系统

为了利用现有多源地学信息确定找矿有利靶区,研究设计了基于组件式GIS的矿产资源勘探信息系统(CMREIS),该系统包括系统架构设计、系统功能设计、数据库设计、系统成矿预测模型接口。以云南、贵州交界区(东经104°-105°,北纬25°20′-26°)为例,利用汇集到的研究区现阶段地质、化探和专题研究资料等多源地学信息,通过系统提供的证据权模型接口以及GIS的空间分析对研究区各种有利成矿因素(证据层)进行了等权叠加等处理,根据成矿单元后验概率值得到了研究区金成矿预测色块图,并将其划分成4个等级,将Ⅱ级以上确定为找矿有利靶区。该成果对该区进一步开展、部署找矿工作具有重要的参考意义。

洞穴石笋沉积速率研究中值得注意的几个问题

众多大型石笋纵剖面观测、测年和纹层沉积计率 (沉积速率计算 )表明 ,速率差异是石笋沉积特征的重要数据 ,也是古气候环变化的重要反映 ,但以往诸多资料不好引用、无从对比。通过筛选石笋的全 (正 )心纵剖面 ,沿纹层轴 (中 )部采样 ,测年值和计率可信度大 ,具时空对比意义。为提高精度和分辨率 ,提倡按石笋沉积特征段 ,特别是纹层组测年计率。

广州轨道交通沿线岩溶形成和发育特征及对隧道施工的影响

广州地区轨道交通沿线岩溶是在有利的地层条件、地质构造条件和水文地质条件下形成的。溶洞高度大多数小于3m,溶洞埋藏较浅,溶洞顶板较薄等。岩溶分布规律与发育程度主要受岩性、地质构造、地下水位变化等因素的控制。查明岩溶形成条件、分布规律和特征,对于隧道施工风险防范具有重要意义。

岩溶洞穴土质盖层稳定性分析方法及应用

为进一步探讨岩溶洞穴盖层稳定性分析方法,运用ANSYS软件对不同尺寸共36个洞穴模型进行了模拟分析,得到了关于地表拉压应力区范围的线性拟合公式;根据地表压应力区范围和洞穴跨径大小将其分为Ⅰ型和Ⅱ型洞穴,并对塌落体周界水平应力分布进行了修正,采用极限平衡理论得到了岩溶洞穴盖层塌落体稳定系数计算式。实例分析表明,跨径为6 m的Ⅰ型洞穴盖层塌落体稳定系数随半径呈先减小后增大的趋势,稳定性最差的塌落体半径约1.4 m,即该洞穴容易局部失稳发生坛形塌陷,计算结果与现实情况较为吻合,表明本文中提出的岩溶洞穴土质盖层稳定性计算方法具有一定的理论参考价值。