广州市岩溶上覆砂土层塌陷特征及其内在机制

本文以广州实际工程地质资料和工况为基础,建立了钻探等工程洞穿岩溶顶板后溶洞上覆砂土层塌陷的有限元数值模型。采用欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)模拟岩溶上覆砂土层塌陷过程,借鉴正交实验法进行了多组数值模拟,研究了不同覆盖土层厚度、溶洞空腔大小和砂土内摩擦角对岩溶上覆砂土层塌陷发展模式的影响,阐释了砂土覆盖层坍塌的机理。研究表明,随砂土覆盖层厚度增大,砂土层的地表最大位移和塌陷速率均呈减小趋势,中心塌陷区域明显较小。随溶洞空腔尺寸的增大,塌陷范围和地表最大位移增大。钻探等工程洞穿岩溶顶板后,靠近岩溶空腔的竖向范围土体先失稳破坏,其影响范围主要受砂土覆盖层厚度影响,且塌陷速率主要受失稳的土体范围影响。在塌陷中心土体失稳后,周围土体才受到剪切应力的影响破坏而向溶洞空腔中心产生位移,周围土体向溶洞空腔运移量主要受溶洞空腔尺寸影响,且此部分砂土呈现出近似塌陷休止角的塌陷形态。