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。

人工抽水引起土洞塌陷的可能性

在人工抽水过程中,抽水量越大、距抽水井越近,越可能产生土洞塌陷。在砂土层中,抽水持续时间越长,地下水潜蚀作用越强,越有可能产生土洞塌陷;在粘性土层中,避免反复频繁抽水及适当减少抽水初期的抽水量,有利于减少土洞塌陷的可能性。

基于分布式光纤传感技术的铁路路基岩溶土洞塌陷监测

岩溶土洞塌陷是铁路路基最为严重的破坏形式,具有隐伏性强、空间分布广的特点。鉴于常规监测与检测方法难以满足路基岩溶土洞塌陷分布式监测要求,本文提出采用分布式光纤布里渊传感技术对土洞塌陷进行识别和定位。在应用该技术时,采用纤维增强树脂封装保护用于土洞塌陷监测的分布式光纤布里渊传感器,并利用绝对温度补偿方法剔除环境温度对塌陷应变测试的影响。路基岩溶土洞塌陷模型试验结果表明:绝对温度补偿技术可以有效剔除环境温度变化引入的塌陷应变误差,基于分布式塌陷应变信息可以有效识别和定位土洞塌陷,塌陷应变测试结果与岩溶土洞塌陷实际情况吻合。

桂林市岩溶土洞塌陷的形成机制及治理措施

桂林市每年因各种原因诱发的地表塌陷均有数次-数十次之多,对人民的生命财产构成较大威胁。文章通过对桂林市岩溶发育区土洞塌陷的形成机制进行深入分析,提出一些针对岩溶土洞塌陷的治理措施。

抗土洞塌陷的低填方加筋路基荷载传递机制及设计方法

低填方加筋路基对地基承载力要求较低,同时利用水平加筋法跨越尺寸较小的土洞能有效预防路堤出现突发式局部沉陷,提高路堤抗工后沉降和失稳的安全系数,正被逐步应用于岩溶土洞地区道路工程;但其作用机理复杂,现存设计方法大都偏于保守,考虑抗土洞塌陷的低填方加筋路基荷载传递机制的设计方法亟待提出。通过揭示受土洞塌陷影响的低填方加筋路基荷载传递机制,推导了考虑路基差异沉降引起土体应力偏转的竖向应力计算方法,假定塌陷区上方加筋体作用抛物线荷载,从而明晰了加筋体应力-应变状态;应对岩溶区不同形态的土洞塌陷,同时考虑设计需要满足的正常使用极限状态与承载能力极限状态,提出了抗土洞塌陷的低填方加筋路基加筋体及路堤填方高度设计方法,通过与现有设计方法的对比进行了合理性及准确性验证,可为空洞上方低填方加筋路基设计提供参考。

覆盖型岩溶土洞塌陷数值模拟分析

根据某市岩溶土洞塌陷与不同地下水位、土洞规模的相关性,应用有限差分法程序FLAC3D对岩溶土洞塌陷发育与发展过程进行非线性数值模拟分析,通过数值计算获得土洞周边土体的位移及应力状态的渐变过程,为地面塌陷预警预测提供理论支持。

岩溶区土洞塌陷演化过程研究--以龙岩市樟坑自然村土洞塌陷为例

以福建省龙岩市樟坑自然村发生的岩溶区土洞塌陷为研究对象,通过室内物理模型试验及数值模拟分析,对岩溶区土洞塌陷过程中覆盖层土体的应力、应变(位移)、塑性区分布规律等进行研究,从而再现土洞塌陷演化过程,总结土洞塌陷演化规律。结果表明,在土洞孕育、形成及扩展过程中,土体中始终存在土拱效应,其发挥程度受初始洞径及覆盖层厚度影响,土洞塌陷过程其实是土拱效应产生及失效过程。土体中最大剪应力主要集中于拱脚位置,而塑性区分布则以拱顶为主,土体竖向变形也以拱顶为中心向四周递减。塌陷后土洞呈中心大、两头小的纺锤状,其最大洞径与初始洞径及覆盖层厚度呈线性正比例关系。同时,根据塌落土体累计质量的增量大小可将土洞塌陷演化过程简化为三个阶段:土洞发育形成、内部塌陷扩展以及地表塌陷阶段。

路基施工中岩溶土洞塌陷的原因分析与防治

岩溶土洞塌陷是岩溶区路基施工的主要地质灾害之一。以铜仁市松桃至玉屏城际快速道路岩溶土洞塌陷为例,介绍了岩溶土洞形成的条件和塌陷的原因,分析了路基施工对土洞塌陷的影响,提出了路基施工中土洞塌陷的防治与治理措施,可供其他路基工程建设参考。

某教学综合楼土洞塌陷产生的原因分析及治理

通过工程实例,介绍岩溶场地土洞塌陷形成的原因,提出有效的治理方案,以供类似工程参考。

贵阳市区土洞崩解致塌发育临界条件研究

贵阳是我国典型的土洞塌陷灾害较严重的城市。为了更好地防控贵阳土洞塌陷,本文重点探讨崩解致塌的临界条件。选取9个具有代表性的不同塌陷点,进行塌陷体原状土崩解试验。试验结果表明:乌当定扒土洞崩解致塌的临界含水量为54.91%、麦架镇为17.76%、木瓜山为45.2%、蔡家关为52.71%、甲秀南路北为20.6%、贵阳火车站玉厂路为27.29%、贵州省农科院农田区为38.87%、贵州省农科院道路旁为35.84%、甲秀南路竹林村为25.27%。

负压作用下土洞型岩溶塌陷机理及力学模型研究

岩溶矿区快速抽排岩溶水会造成真空负压吸蚀效应,诱发岩溶地面塌陷,破坏地表生态环境。为了研究该类型岩溶地面塌陷机理,依托武汉市江夏区乌龙泉矿区岩溶地面塌陷实例,开展了具有可视化剖面的物理模型试验,探索负压作用下覆盖层内土洞几何形貌演化过程。通过建立三铰拱结构力学模型,研究了负压吸蚀力、土拱厚跨比、强度参数对土拱破坏模式和稳定性的影响机制。研究表明:负压作用下土洞型岩溶地面塌陷经历“无扰动-分层差异沉降-土拱承载-地面塌陷”4个演化阶段,地表沉降具有突跳特征,层内越靠近岩溶开口沉降越大;随着土拱厚跨比增加,土拱更趋近于整体滑移破坏,而不易产生弯折破坏;负压增大或土体强度参数弱化,都将降低土拱稳定性。

整体破坏型土洞平衡时覆盖层厚度计算公式

当土洞在上部荷载作用下发生整体失稳塌陷时,根据莫尔—库仑破坏准则,土层将形成与最大主应力面夹角为α=45°+Φ/2剪切破裂面(共轭剪切面)。通过确定潜在破裂面上的法向应力σ,从而求得对应处抗剪强度τ_f,再根据整体平衡条件确定土洞整体破坏的上覆土层临界平衡高度,并根据工程实例对该公式进行验算,证明该公式的计算结果与实际情况符合程度较高。

隧道施工诱发土洞型地表塌陷形成机制分析

基于岩溶区隧道施工过程中土洞型地表塌陷事故频发的现状,对隧道施工诱发土洞型塌陷影响因素及形成机制进行研究。对土洞型地表塌陷上覆层进行受力分析,提出了考虑隧道爆破荷载影响的土柱稳定系数计算方法,应用该计算方法对新发寨隧道岩溶场地3处土洞型塌陷进行稳定性与敏感性分析,表明地下水位变化引起的真空负压与爆破荷载是新发寨隧道地表发生塌陷的重要诱因。通过数值模拟建立了无渗流模式与完全流固耦合模式土洞扩展及地表塌陷模型,结果表明:地下水的潜蚀作用对土洞扩展以及地表塌陷的影响非常显著,无渗流模式与完全流固耦合模式,模拟土洞上覆层为12 m厚粉质黏土时,地表发生塌陷的土洞半径由5.5 m降至3.5 m;地下水潜蚀作用下,地表发生塌陷时的数值特征为地表(或土洞)沉降曲线出现突变、剪应力低数值区基本消失、塑性区贯通地表。

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。

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""沙漏型塌陷"和"泥流型塌陷"构成的岩溶地面塌陷三机理理论:黏性土和密实砂性土层中,在外力作用下,土洞顶板拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷;由于诱发因素的触发导致可溶岩上方松散砂层中砂颗粒漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷;可溶岩上方软弱土体在外力作用下向可溶岩中流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。三机理理论关注土体塌陷方式,既解释了岩溶地面塌陷现象,更回答了土体"如何塌"的问题。诱发因素是塌陷的外部影响因素,不是塌陷机理的构成要素;诱发因素产生作用力;作用力改变土颗粒运动状态,使土颗粒由"静止→运动",土体由"稳定→塌陷"。依据三机理理论,提出了岩溶地面塌陷综合地质预测方法,建立了基于三个塌陷机理的土体塌陷确定性预测模型,系统总结了岩溶地面塌陷监测、防治和应急措施方法,形成了从理论到实践的、完整的岩溶地面塌陷思想体系。

唐钢超薄带钢生产线地下岩溶及塌陷土洞防治措施

唐钢超薄带钢生产线建设场地地下岩溶极其发育 ,并有塌陷土洞。根据建筑场地地下岩溶和塌陷土洞的特征 ,采用三重管高压旋喷和双液法注浆的方法对该场地进行加固处理 。

云南省牛栏江-滇池补水工程施工中引发民房变形的因素分析

本文针对云南省牛栏江-滇池补水工程施工中引发的变形问题,分析了引起民房变形的岩溶(土洞)塌陷、红粘土失水收缩、工程爆破和围岩硐室变形等四个因素,总结了四种变形因素对民房变形的影响,对相关工程问题的解决具有一定的指导意义。

唐钢超薄带钢生产线技术改造工程勘察实例

通过对唐钢超薄带钢生产线技术改造工程勘察场地采用多种勘察方法与测试手段及现场土工试验,准确掌握了勘察场地的工程地质条件,合理确定岩土技术参数并论证岩溶和塌陷土洞的处理方案和地基基础方案,产生了良好的经济效益,对类似勘察场地的岩土工程勘察具有一定的借鉴意义。