贵港覃塘区岩溶地面塌陷的成因与防治对策

近30年来,贵港覃塘区不断发生岩溶地面塌陷。通过野外调查和地下水动态监测等手段,综合分析地面塌陷的主要影响因素和发育规律。结果表明,塌陷是多种因素共同作用的结果,其中采用明渠灌溉且无防渗措施和短时间内大量抽排岩溶地下水是地面塌陷的直接诱因。还对塌陷的形成过程和作用机制进行了分析;在此基础上,针对研究区地面塌陷的实际情况,提出了相应的防治对策。

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。

广西来宾市良江镇吉利村岩溶塌陷成因机制分析

2010年6月,一场极端暴雨事件过后,广西来宾市良江镇吉利村发生大规模岩溶塌陷,一个月内陆续产生了17处塌陷坑,其中3个塌陷坑逐渐扩大发展,最终形成一长约170m,深约38m的大塌陷坑,被称为"广西第一塌"。此次塌陷事件影响面积约1 500m^2,导致70户298人搬离家园。为了弄清吉利村岩溶塌陷的成因机制,在塌陷发生地区开展了地面调查、三维激光扫描、地球物理勘探、水文地质工程地质钻探、岩溶塌陷动力条件监测、降雨量监测等多项工作。分析结果表明:吉利岩溶塌陷为自然塌陷,是多种不良因素共同作用的结果,这些因素包括特殊的"水-土-岩"组合和极端暴雨,其中极端暴雨引起的地下水气压力的急剧变化是其主要动力因素;特殊的地质条件,决定了该区岩溶塌陷发生的特殊性,分析其形成过程,认为主要受气爆效应、水击效应和渗流潜蚀效应的综合作用。

线性工程岩溶塌陷危险性评价研究

近年来,越来越多的高等级公路、铁路、石油管线等线性工程穿越岩溶发育区,岩溶塌陷已成为这些线性工程建设面临的主要隐患之一。目前,线性工程项目前期都会进行全线地质灾害危险性评价工作,但大部分是定性的,也没有专门针对岩溶塌陷的评价,因此本文从岩溶塌陷的影响因素出发,结合线性工程的各个阶段,从点、线、面三个层次提出线性工程岩溶塌陷危险性评价的方法和指标,并列举了实例,为今后穿越岩溶区的线性工程提供借鉴。面上和线上评价充分利用GIS技术和层次分析法进行。前者适合于地质资料不详细的可行性研究阶段,评价区为线路两侧1km的区域,评价因子有岩溶发育程度、地质构造发育程度、地貌类型、岩溶塌陷、地下河、垂直型岩溶形态、岩溶泉和开采井分布。后者适合于地质资料较详细的初步设计阶段,评价区为线路两侧15m的范围,以基岩岩性、线岩溶率、土层厚度、土层性质、地下水位和地下水位与基岩面的关系作为评价因子。点上评价适合于重点地段,采用岩溶塌陷动力条件与土层抗塌性能相结合的综合分析方法,以反映地下水动力特征的临界坡降、临界速度和临界水位这3个指标作为评价因子。

岩溶矿床疏干区地下水位恢复对岩溶塌陷作用机制的研究——以湖南宁乡大成桥为例

截止2016年底,大成桥疏干区在地下水位恢复过程中共发生了17起岩溶塌陷,文章结合地下水动态监测、水文地质钻探成果以及现场调查资料等,研究地下水恢复特征及其对岩溶塌陷的作用机制,为研究区塌陷的预警防治提供科学依据。结果表明:研究区岩溶塌陷集中在河流两岸阶地和麻枣冲沟中;岩溶塌陷发生顺序为先补给区后径流区,与地下水恢复动态过程密切相关;区内地下水恢复过程可分为4个阶段,不同阶段岩溶塌陷机理可分为渗流潜蚀-气爆效应,负压吸蚀效应,软化增荷-挤压-吸蚀效应和软化-崩解效应等4种力学效应组合,不同力学效应作用下的致塌模式有所不同。其中地下水位在基岩面附近4~5 m范围波动更容易引发岩溶塌陷。目前补给区地下水位标高63.95~71.8m,高于基岩面5~6m;径流区为42.8~57.7m,位于基岩面以下4~17m,因此须密切观测研究区地下水位变化。

广州市典型岩溶塌陷区岩溶发育及影响因素

通过对广州市内的夏茅、金沙洲和大坦沙3个典型重大岩溶塌陷区进行调查,结合现场情况和地质背景资料,采用统计分析和对比分析等方法,深入探讨3个地区的岩溶塌陷基本特征、岩溶发育情况以及影响岩溶发育的主控因素。结果表明:1)金沙洲塌陷区的直接经济损失最高,大坦沙塌陷区受影响人数最多,而夏茅塌陷区受影响程度则相对较小;2)覆盖型灰岩是引起3处塌陷的主要物质基础,各地岩溶在纵向上的规律及溶洞的发育各具特点,其中夏茅塌陷区岩溶发育程度为强发育,其余两地为中等―强发育;3)3个地区地质断裂普遍发育,断裂构造控制着岩溶发育的方向,断裂切割使岩石破碎,增加地下水与可溶岩的接触面积,同时地下水的作用是岩溶发育的主导因素,影响着岩溶发育的规模和大小,在水动力条件较好的地段,岩溶相对发育。

广佛肇地区岩溶塌陷易发性分析

广州、佛山和肇庆市(广佛肇地区)作为经济发达地区,岩溶塌陷时有发生,给当地人民群众和经济发展带来较大威胁。依托区域地质调查成果,根据岩溶地质条件情况,选择岩溶塌陷分布特征、岩溶发育条件、覆盖层特征、地质构造、水文地质条件和土地利用类型6个因素,系统研究各个因素对岩溶塌陷形成的作用和各个因素之间的权重关系。在此基础上,运用地理信息系统技术和多元统计方法(层次分析法),建立岩溶塌陷发育的多因素判别模型,进而对广佛肇地区划分出高、中等和低易发区域,并根据岩溶塌陷易发区划,编制广佛肇地区重大基础设施岩溶塌陷易发区划应用图集,统计出重大基础设施所在易发区范围。

山东省泰莱盆地岩溶塌陷发育特征及形成机理

泰莱盆地位于山东省中部,截止2013年底,盆地内共发生有记录岩溶塌陷97处,161点次,严重威胁人民生命财产安全。文章在总结前人研究基础上,结合最新调查、监测成果,研究了泰莱盆地岩溶塌陷的分布特征、地质结构模式及其形成机理。结果表明:盆地内岩溶塌陷点多集中分布于岩溶地下水降落漏斗及其影响范围内;塌陷点分布受构造控制明显:塌陷区第四系厚度一般小于30m,下伏基岩主要为奥陶纪灰岩;80%以上的塌陷集中发生于汛期。根据岩溶塌陷点土层结构、地下水动力条件的不同,建立了3种岩溶塌陷的基本地质模式:单层、双层和多层结构土层岩溶塌陷,其中单层结构土层岩溶塌陷的形成历经"真空吸蚀-崩解剥落-塌陷"3个阶段;双层土层结构岩溶塌陷形成演化过程可概括为"渗透变形-崩解垮塌-塌陷"或"真空吸蚀-渗透变形-塌陷"3个阶段;多层结构土层岩溶塌陷历经"真空吸蚀-渗透变形-崩解垮塌-塌陷"4个阶段。

武汉市工程施工引发岩溶塌陷机理分析

文章对武汉市岩溶塌陷进行了全面梳理,主要对由工程施工引发的岩溶塌陷进行了归纳总结,按施工类型将其分为4大类,对其在不同地质条件下引发岩溶塌陷的成因机理、致塌模型进行举例分析,得出结论:钻探施工诱发的岩溶塌陷以岩层顶板破坏—垂直渗压致塌模式及崩解—土洞顶部破坏—加载致塌模式为主;桩基础施工以岩层顶板破坏—渗流液化致塌模式为主;抽排地下水诱发的岩溶塌陷为潜蚀-吸蚀致塌模式,荷载振动诱发的岩溶塌陷为潜蚀—振动—加载致塌模式。武汉市岩溶塌陷以钻探、桩基施工诱发为主,因其容易破坏岩土体结构、水动力条件,具有猛烈而快速的特点;抽取地下水影响范围较广,隐蔽、不易察觉;振动荷载只能作用于土洞形成后。

武汉市江夏区大桥新区红旗村黏土盖层岩溶塌陷致塌模式分析

武汉市江夏区大桥新区红旗村文化大道附近发生岩溶塌陷,其上覆盖层为黏土。文章针对该类型岩溶塌陷,结合岩溶发育特征、土体物理力学性质、水文地质条件和人类工程活动等影响因素,对致塌模式进行了综合分析,得出在溶沟底部分布有软塑至流塑状的力学性质较差的红黏土,溶沟底部发育的溶蚀裂隙与下部的溶洞或通道相联通;流塑状红黏土流失至下部岩溶通道中,形成土洞;钻探施工、楼房载荷、振动作用加速黏土体的软化、崩解和溶蚀作用,进而加速土洞向上发展。此外,地基开挖减少上覆黏土厚度,降低了土体抗剪强度,最终在上覆土体自身重力和附加荷载作用下发生塌陷。根据土体受力情况,得出塌陷力学模型,并利用数据进行验证,其验证结果与实际相符合,并结合致塌模式和力学分析提出应增强土体抗塌性能、增加建筑物地基稳定性和减缓岩溶系统水动力因素变化的防治措施。

基于CSAMT法穿越向斜台地构造深埋岩溶隧道地质研究

某穿越上覆大型水库向斜台地构造的特长深埋岩溶隧道,施工期间极易发生突水、突泥等工程地质灾害甚至灾难,破坏区域内的地质环境,工程的安全风险(施工安全风险、隧道结构安全风险以及破坏地质环境的风险)极高。为查清隧址区地下地质构造,探明区内广泛分布的岩溶裂隙、溶洞、地下暗河,解决水文、工程地质问题,基于空气、泥或水等介质电性特征与围岩存在明显差异的特点,采用可控源音频大地电磁法(CSAMT),通过观测、研究人工激发电磁场的空间或时间分布,换算成了具有深度信息的视电阻率值,然后根据电性分布特征来推断地下地质结构和构造。依据反演结果解译了地层分界线、岩溶发育深度以及强岩溶发育带等成果。研究表明,CSAMT法在岩溶区的探测成果与钻探结果具有良好的一致性,对于查明线路方案通过地区的岩溶工程地质及水文地质特征、隧址区内岩溶水系统的水动力条件、岩溶(水)对隧道工程的影响,乃至公路选线都有着重要的指导意义。

地下水疏干区岩溶塌陷微地貌效应浅谈

岩溶塌陷是湘中地区常见的地质灾害类型之一。结合"湘中地区岩溶塌陷调查"工作项目调查成果,通过对湘中斗笠山、恩口、煤炭坝矿区地下水疏干漏斗影响范围内岩溶塌陷空间展布位置进行分析研究,归纳出该地区有别于断裂、岩性等控制因子的三种典型岩溶塌陷微地貌效应,分别为水源效应、老塌陷坑效应(简称老坑效应)和陡坎效应;同时利用工程地质分析法,对该三种微地貌效应原因进行了简要分析探讨。最后指出水源、老塌陷坑和陡坎微地貌可以作为岩溶塌陷地貌指示标志,建议具有类似工程地质条件的地下水疏干区在岩溶塌陷防灾减灾方面或土地开发利用方面可提前对此三种微地貌区加以规避或采取针对性预防措施。

矿山闭坑后煤炭坝矿区岩溶塌陷特征分析

岩溶塌陷是湘中地区常见的地质灾害类型之一。根据湘中煤炭坝矿区大成桥、回龙铺、贺石桥、煤炭坝及岳家桥等岩溶塌陷地区的多年监测数据,对矿山闭坑后煤炭坝矿区岩溶塌陷特征进行了初步分析。结果表明:矿区闭坑后至地下水基本恢复阶段,岩溶塌陷事件时有发生且局部甚至会出现塌陷小高峰;塌陷数量、塌陷频率与场地岩土体性质、地下水恢复阶段及闭坑前原塌陷集中区分布位置等有关;矿山闭坑后地下水恢复过程中不同阶段岩溶塌陷表现出3种塌陷时空效应,分别为集聚效应(地下水位于可溶岩内)、界面效应(地下水恢复至可溶岩与非可溶岩或第四系界面附近)与顶板效应(地下水位高于隔水顶板)。研究结果对具有类似工程地质条件地区的岩溶塌陷防灾减灾工作将有着一定的指导意义。

湖南宁乡大成桥充水矿山疏干区岩溶系统水气压力监测及突变特征

湖南煤炭坝煤矿是我国著名的大水矿山,开采标高已降至-400m,每小时排水量11 000m^3。长期的疏干排水,已形成面积达219.19km^2的地下水降落漏斗。以往的调查资料表明,矿山疏干诱发的岩溶塌陷主要发生在疏干开始、地下水位下降到基岩面附近、矿坑发生突水突泥灾害等3个阶段,在疏干区应该无诱发因素导致岩溶塌陷的发生。但近年来煤炭坝煤矿疏干区大成桥的岩溶塌陷特征表明,尽管相关部门采取了一系列处置措施,但岩溶塌陷仍然频繁发生。为了进一步揭示该地区岩溶塌陷发育规律,使处置决策更加科学化,作者所在团队选择大成桥为典型区,通过岩溶系统地下水气压力监测,分析诱发岩溶塌陷的动力来源及其变化规律。结果表明,疏干区岩溶管道裂隙系统中水气压力突变现象极为明显,年最大变幅达54.72m,瞬时水气压力变化速率最大为70.6cm/min,造成这一现象的主要原因是气爆、地下洞穴(溶洞、土洞)垮塌。

单层土体结构岩溶土洞的形成机理

岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。

岩溶土洞演化及其数值模拟分析

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。土洞在水的作用下发育演化最终形成塌陷,可通过地下水位的变化来研究土洞发育和塌陷的形成。同时土洞的演化会造成覆盖土体不均匀位移和应力重分布,可通过覆盖土体位移和应力变化来进行研究土洞演化过程。采用FLAC3D三维有限差分程序,分析覆盖层垂向位移场表明:最大垂向位移出现在土洞顶部,使拱顶出现拉张破坏,并可根据洞顶土层位移的数值模拟结果,划分"等沉面"确定土洞扰动的土层深度。分析覆盖层剪切应力场表明:在土洞拱趾部位出现剪应力集中,会造成拱趾的剪切破坏,并可根据洞顶"剪应力低值区",判断覆盖层中土拱效应的存在。分析覆盖层塑性区表明:较为坚硬的黏土层中,土洞以拱顶塌落和拉张破坏为主,最终可以形成坑壁较为陡直的桶状或坛状塌坑。土层较为松散时,以拱趾的剪切破坏为主,最终可以形成锥碟形塌陷坑。利用"剪应力低值区","等沉面"和"塑性区"可综合判断土洞的稳定性以及覆盖层所能形成的极限土洞大小。岩溶土洞演化规律及数值模拟研究对岩溶塌陷(土洞)早期监测和评价有着重要的理论及工程意义。

岩溶区线性工程影响下的地下水监测及数值模拟研究——以广州市金沙洲为例

以广州市金沙洲地区的水文地质条件及地下水位监测结果为基础,应用地下水数值模拟FEFLOW软件建立了金沙洲地区的地下水系统的数值计算模拟模型。模拟结果表明:(1)高铁金沙洲隧道施工降水是引起金沙洲地下水流场变化的主要原因,高铁隧道施工大量抽排地下水时,地下水位变化形成以抽水点为中心的降落漏斗;(2)随着抽水量的加大,形成水位下降漏斗及地下水强径流排泄带,加速地下水对泥沙的搬运动力,增大对岩土体结构的冲刷作用,使与岩溶管道连通的土洞及覆盖层稳定性受到破坏,从而导致地面塌陷的发生;(3)随着地下水水位的下降,金沙洲一带的软弱淤泥土容易出现排水固结沉降和失托沉降,从而产生地面沉降灾害。

公路工程岩溶环境一、二级区划

本文从岩溶地区公路工程建设的需要出发,开展公路工程岩溶环境区划工作,以便在岩溶地区的公路规划与设计过程中能够充分考虑岩溶地质环境、自然环境以及可能遭受的岩溶环境地质等问题的影响,弥补现行公路自然区划的不足,进而更好地为公路工程规划、选线、设计、施工和养护提供服务。一级区划以对公路工程所处岩溶环境具有控制作用的气候和大地构造因素为主要依据,将我国公路工程岩溶环境划分为华南热带亚热带季风气候湿润-半湿润岩溶环境区、华北温带季风气候亚干旱岩溶环境区、东北中-寒温带季风气候亚干旱-亚湿润岩溶环境区、西北中温带大陆气候干旱岩溶环境区和青藏高原高寒带山地气候干旱岩溶环境区5个区,二级区划在一级区划的基础上以地形地貌、可溶岩分布以及岩溶环境地质问题为依据划分为秦岭-大巴山中山山地区、广西盆地峰林平原区等26个区。

黏土抗渗强度试验研究——以桂林铁山工业园工程场地红黏土为例

土的渗透变形是很多地质灾害及岩土工程事故的主要原因之一,但目前黏土的渗透破坏临界条件研究较少。从微观角度分析了黏土在外界驱动水压作用下的渗透破坏过程,以抗渗强度作为黏土渗透破坏临界条件参数。为获取此参数,设计了模拟外界驱动水压作用下,黏土渗透破坏过程的抗渗强度试验装置及方法。选取广西桂林红黏土层底部原状样,测试了32组不同厚度试样,并得出各试样抗渗强度。依据试验结果,分析了抗渗强度受渗透方式和尺寸效应的影响,并采用Arc Gis软件统计分析试样抗渗强度的差异性。最终选择15组实际渗透厚度2.5 cm试样的试验结果平均值40.8 k Pa,为工程场地黏土抗渗强度值。通过比较抗渗强度值与钻孔实际监测渗透水压,评价工程场地内黏土渗透破坏形成土洞塌陷的可能性。评价结果表明,目前工程场地内黏土渗透驱动水压低于抗渗强度,不具备形成土洞的条件。经实地勘察,评价结果符合现场实际情况。