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。

桂西北喀斯特区石灰土矿物质的空间变异特征

基于整个桂西北喀斯特地区石灰土的网格取样分析,采用经典统计分析和地统计学方法,研究桂西北喀斯特大尺度区域下表层(0~15 cm)石灰土矿物质(SiO_(2)、Fe_(2)O_(3)、CaO、MgO、Al_(2)O_(3)、MnO)的空间变异特征及影响因素。结果表明:SiO_(2)含量高达55.72%,其次为Al_(2)O_(3),二者占了土壤矿物质含量的85.22%;变异系数在37.50%~71.67%之间。SiO_(2)空间自相关中等,Al_(2)O_(3)和MnO空间自相关弱,三者变程长,空间连续性好;CaO、Fe_(2)O_(3)、MgO空间自相关显著,变程短。Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)的空间变异特征主要受海拔影响,裸岩率是影响SiO_(2)、MnO和MgO空间变异性的主要地质因子,坡度则是影响CaO空间分布的主要因素。主成分分析表明土壤矿物质是影响桂西北喀斯特区石灰土空间变异的重要因子,特别是SiO_(2)。区域大尺度下,各地质地形因子通过影响石灰土矿物质空间变异特征,从而影响石灰土的空间分布。

集中流作用下黄土坡面剥蚀率对侵蚀动力学参数的响应

集中流引起的细沟侵蚀是黄土高原坡耕地主要侵蚀方式之一,对坡面集中水流动力学特性研究有利于掌握坡面集中流剥蚀产沙的根本原因,但目前哪种集中流水动力学参数最能准确揭示侵蚀动力过程机理尚不明确。该文采用室内集中流放水冲刷试验,以黄土高原典型黄绵土为研究对象,研究坡面平均和瞬时剥蚀率与相应水流剪切力、水流功率、单位水流功率以及过水断面单位能量之间的关系。结果表明,除了瞬时过水断面单位能量拟合效果较差外,其他平均和瞬时水力学参数均能够较好地与坡面剥蚀率建立不同的拟合关系。所有参数中平均水流功率是描述本试验条件下的最优水力学参数。由于细沟发育过程中大量坍塌的出现,导致整个径流剪切力和水流功率与剥蚀率之间的关系曲线整体上升,出现了临界剪切力和临界水流功率为负值的情况。通过与仅考虑水流对坡面直接作用参数所得结果对比,表明坍塌等作用在细沟发育过程中具有重要影响,对剥蚀率的贡献可达90.93%。研究可为控制和预防集中流侵蚀发生提供科学依据。

岩溶地面塌陷机制、预测及整治研究

本研究采用模型试验、现场试验及野外调查等多种方法,得出了当地下水位变动时产生的压强差效应是导致塌陷的主要成因机理的新概念.对岩溶地面塌陷提出了定性预测。半定量预测指标及定量预测的数学表达式和整治措施.

岩溶地面塌陷机理分析

本文分析了地下水位下降对岩溶地面塌陷的影响,认为有效应力的变化及动水压力的增加是地下水水位下降导致地面塌陷的根本原因.在该机理分析的基础上,给出了一定条件下;地下水位下降值与岩溶塌陷总数的定量关系式,并进行了一定程度的验证.

岩溶塌陷渗压效应致塌机理研究——以山东省枣庄市岩溶塌陷为例

山东省枣庄市是北方岩溶塌陷的主要发育区之一,该区岩溶塌陷主要分布在十里泉水源地及丁庄-东王庄水源地地下水降落漏斗中心范围内,在发生时间上具有明显的阶段性。第1阶段岩溶塌陷主要原因为抽排地下水引起的"真空吸蚀作用"及"失托加荷作用";第2阶段塌陷主要原因是降雨入渗诱发产生的渗压效应。渗压效应是由于降水(或地表积水)入渗补给岩溶地下水时,对覆盖层岩土体产生的综合效应,包括静水增荷效应、垂直渗透效应,吸水软化效应以及负压封闭效应。从形成的力学机制上分析,该区第2阶段岩溶塌陷属于降雨入渗-静水增荷-吸水软化型,致塌的力学机制为渗压效应致塌力学机制。

基于双重有效应力理论的坍塌压力计算模型

目前钻井界广泛使用的地层坍塌压力计算模型是以Biot有效应力理论为基础,应用过程具有较大的不确定性。现用模型在井壁表面采用了错误的孔隙压力边界条件,且未考虑钻井液渗流效应对井周应力的影响。对现用模型存在的问题进行了分析,全面考虑坍塌压力的影响因素,应用双重有效应力理论建立了新的计算模型。新模型考虑了岩石孔隙度、泊松比和钻井液渗流效应的影响,更全面的反映了坍塌压力的本质。新模型既可用于非渗透地层,也可用于高渗透性地层。新模型计算的坍塌压力更准确。

常州横林岩溶塌陷区地下水水动力模式及致塌作用研究

常州横林岩溶塌陷始发于20世纪80年代末,是我国长三角地区最典型的平原深覆盖型塌陷之一,地下水活动是塌陷形成的主导性动力因素。从含水层结构及分布、水位动态变化等方面,分析了横林地区地下水系统特征及历史演变过程,结果表明:基岩潜山式基底构造、“天窗式”砂层—灰岩含水层结构以及主采层水位的持续下降,造成地下水水动力模式的不断演变,依据水位与基岩面的关系,将塌陷期内的地下水水动力条件概化为承压、承压—负压、负压3种模式,岩溶塌陷的发生、发展与承压—负压、负压两种模式的形成基本具有同步性,地下水的渗流潜蚀、失托加荷和真空吸蚀是岩溶塌陷产生的主要致塌作用。

某楼房倒塌事故的原因分析

针对某楼房倒塌事故,从理论和实际两方面进行了较深入的研究和分析。通过计算土堆及下卧土层产生的土侧压力、对大楼产生的推力弯矩和对基桩产生的剪力与弯矩等,分析得出土堆及下卧土层对大楼发生倒塌事故的影响是有限的;暴雨后土堆内地下水渗流应力耦合作用导致大楼出现了危险性的倾斜;当防汛墙和基坑围护墙破损后,河水补给渗流,土层中的渗流应力耦合作用加剧,使大楼进一步倾斜;大楼倾斜后,南侧的管桩出现超载受压,桩顶爆裂破坏,整栋大楼在大倾斜的基础上倾斜失稳,并最终快速倒塌。

广西某车站路基岩溶塌陷机制分析

广西某铁路站位于岩溶强发育区,近年来,该铁路沿线中间及两侧频频产生岩溶塌陷,对铁路的安全运行造成巨大的影响。文章基于广西某铁路站岩溶塌陷整治工程调查综合分析,对该铁路沿线岩溶塌陷的影响因素进行归纳总结,初步阐明了岩溶塌陷孕育机理,为铁路岩溶补强提供地质依据。

陷落柱填隙物全应力-应变过程的渗流特性研究

岩溶陷落柱易导通含水层与煤层从而引发底板突水事故,已经成为我国华北地区下组煤开采的重要安全隐患。对于固结良好的陷落柱,其填隙物的渗透性直接影响着陷落柱的整体渗透性,且在采动压力的影响下,陷落柱填隙物的渗透性也在不断发生变化。为研究不同应力状态下填隙物渗透率的变化规律,对填隙物进行固结重塑,并利用MTS815.02渗流试验系统对重塑后不同初始含水率的填隙物试样进行了不同围压条件下的全应力-应变过程的渗流特性试验。试验结果表明:1)陷落柱填隙物全应力-应变过程渗透率的变化曲线可划分为压密段、破坏段和蠕变段,渗透率对应的呈现出减小-增大-减小的变化规律;2)填隙物的全应力-应变过程的渗透率峰值随围压的增大而减小,其峰值比与围压差存在指数函数关系;3)填隙物的初始渗透率和孔隙度随初始含水率的增大而增大,渗透率比和孔隙度比存在幂函数关系,在全应力-应变过程中渗透率峰值与初始值的差随初始含水率的增大而减小。