河床透-阻型岩溶塌陷形成机理
发布时间：2021-07-22 22:18
岩溶塌陷具有突发性,隐蔽性等特点,往往会造成重大灾害。为了预测岩溶塌陷的模式及可能性,以某地区河床塌陷为研究对象,对区域内河床透-阻型盖层岩溶塌陷的形成机理进行分析;并基于潜蚀—失托-重力致塌理论,建立土洞力学模型,对岩溶水位下降时土洞的抗塌系数进行初步评价;进一步采用FLAC3D数值模拟对计算结果进行验证。研究结果表明该地区河床塌陷为地下水潜蚀作用下形成的土洞塌陷,土洞稳定性与土洞高度、土体物理力学性质、水动力条件变化等因素相关。也表明河床岩溶塌陷往往在附近地下抽排水初期以及土洞形成初期就会发生,一般先于两岸阶地的地面塌陷,可作为大范围岩溶塌陷发生的前兆。
【文章来源】：中国地质灾害与防治学报. 2020,31(02)CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
塌陷坑及部分河床
研究区主要为溶蚀侵蚀河谷地貌,由于下游有一拦水坝,塌陷处河面高程常年稳定在86.5 m。区内沟谷宽缓,河谷平坦开阔,地形坡度一般小于5°。河床基底为二叠系下统栖霞组(P1q)灰岩、泥质灰岩。据勘察孔资料,河床内第四系厚度在4.80～12.6 m,主要为卵石—粉质黏土二元结构土体(图2)。区内构造以断层为主,褶曲次之。主要断层逆断层F5位于研究区南部,长20 km,走向近东西;隐伏断层F8为F5断层北盘分布的北西向次级断层,位于区内的中部,走向北西,走向延展长1 260 m,该断层控制了区内冲沟的发育方向和地下岩溶的发育走向,导致灰岩溶洞水溃入附近的露采矿坑,是区内主要含水层向采坑直接充水的通道。隐伏断层F9为F5断层北盘分布的东西向次级断层,位于河流的南侧部,走向近东西,走向延展长约1 500 m,河床内两处塌陷均位于该断层附近。该断层基本控制了河流南岸附近地下水的流向,使地下水向隐伏断层F8汇集流动,最终河水与露采矿坑贯通。1.3 人类工程活动概况
综合上述分析,该地区河床岩溶塌陷发生的主要因素有:(1)区内碳酸盐质纯层厚,岩溶发育强烈。F8、F9断裂为导水性断层,断层附近岩溶更为发育,致使河水与岩溶地下水有了直接的水力联系塌陷,并且塌陷处有开口型溶洞,存在岩溶塌陷发育的条件;(2)矿山长期疏排岩溶水导致区域水文地质条件发生变化,塌陷区由天然状态下的岩溶水排泄区变成了河水补给岩溶水的补给区(图5)。在采坑大量抽排水的情况下,河水与采坑之间形成较大水力梯度,造成河水大量渗流补给岩溶水,渗透力增大,加速塌陷产生;(3)由于河水对土体的侵蚀、潜蚀作用,河床内覆盖层较薄,且土体在河水的浸润下力学性质变差,易于塌陷发生。在综合因素的作用下,可溶岩上覆土体的力学平衡遭到破坏,最终导致溶洞上覆土体的抗塌力小于下塌力,土体失稳陷落而形成岩溶塌陷。图4 2014年岩溶水位动态监测曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]覆盖型岩溶土洞致灾过程的数值模拟与预测[J]. 苏添金,洪儒宝,简文彬. 自然灾害学报. 2018(05)
[2]基于物理模型试验的岩溶塌陷定量研究[J]. 吴庆华,张伟,刘煜,崔皓东. 长江科学院院报. 2018(03)
[3]地下水位变化对透-阻型岩溶塌陷影响的分析[J]. 陶小虎,赵坚,Xiaoming Wang,Ming Ye,Roger Benito Pacheco Castro. 中国岩溶. 2017(06)
[4]水位变动及降雨入渗联合作用对岩溶地面塌陷的影响分析[J]. 周建,张映钱,方亿刚,刘宇. 水利与建筑工程学报. 2016(01)
[5]岩溶土洞演化及其数值模拟分析[J]. 贾龙,蒙彦,管振德. 中国岩溶. 2014(03)
[6]数值模拟在岩溶塌陷预警系统建设中的应用——以临沂市城区岩溶塌陷为例[J]. 姚春梅,冯克印,王元波,王小燕,任翠爱,刘善军. 水文地质工程地质. 2007(04)
[7]岩溶塌陷的地质概化模型[J]. 程星,黄润秋. 水文地质工程地质. 2002(06)
[8]试论岩溶地面塌陷的类型划分[J]. 康彦仁. 中国岩溶. 1984(02)
硕士论文
[1]岩溶区地下水位动态变化诱发地表塌陷的机理研究[D]. 邢宇健.北京交通大学 2018
[2]覆盖型岩溶塌陷模型试验与数值模拟研究[D]. 张鑫.合肥工业大学 2017
[3]安徽省沿江地区岩溶塌陷机理研究[D]. 李国峰.合肥工业大学 2015
[4]覆盖型岩溶塌陷临界参数模型试验与数值模拟研究[D]. 孙金辉.西南交通大学 2011
本文编号：3298016
【文章来源】：中国地质灾害与防治学报. 2020,31(02)CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
塌陷坑及部分河床
研究区主要为溶蚀侵蚀河谷地貌,由于下游有一拦水坝,塌陷处河面高程常年稳定在86.5 m。区内沟谷宽缓,河谷平坦开阔,地形坡度一般小于5°。河床基底为二叠系下统栖霞组(P1q)灰岩、泥质灰岩。据勘察孔资料,河床内第四系厚度在4.80～12.6 m,主要为卵石—粉质黏土二元结构土体(图2)。区内构造以断层为主,褶曲次之。主要断层逆断层F5位于研究区南部,长20 km,走向近东西;隐伏断层F8为F5断层北盘分布的北西向次级断层,位于区内的中部,走向北西,走向延展长1 260 m,该断层控制了区内冲沟的发育方向和地下岩溶的发育走向,导致灰岩溶洞水溃入附近的露采矿坑,是区内主要含水层向采坑直接充水的通道。隐伏断层F9为F5断层北盘分布的东西向次级断层,位于河流的南侧部,走向近东西,走向延展长约1 500 m,河床内两处塌陷均位于该断层附近。该断层基本控制了河流南岸附近地下水的流向,使地下水向隐伏断层F8汇集流动,最终河水与露采矿坑贯通。1.3 人类工程活动概况
综合上述分析,该地区河床岩溶塌陷发生的主要因素有:(1)区内碳酸盐质纯层厚,岩溶发育强烈。F8、F9断裂为导水性断层,断层附近岩溶更为发育,致使河水与岩溶地下水有了直接的水力联系塌陷,并且塌陷处有开口型溶洞,存在岩溶塌陷发育的条件;(2)矿山长期疏排岩溶水导致区域水文地质条件发生变化,塌陷区由天然状态下的岩溶水排泄区变成了河水补给岩溶水的补给区(图5)。在采坑大量抽排水的情况下,河水与采坑之间形成较大水力梯度,造成河水大量渗流补给岩溶水,渗透力增大,加速塌陷产生;(3)由于河水对土体的侵蚀、潜蚀作用,河床内覆盖层较薄,且土体在河水的浸润下力学性质变差,易于塌陷发生。在综合因素的作用下,可溶岩上覆土体的力学平衡遭到破坏,最终导致溶洞上覆土体的抗塌力小于下塌力,土体失稳陷落而形成岩溶塌陷。图4 2014年岩溶水位动态监测曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]覆盖型岩溶土洞致灾过程的数值模拟与预测[J]. 苏添金,洪儒宝,简文彬. 自然灾害学报. 2018(05)
[2]基于物理模型试验的岩溶塌陷定量研究[J]. 吴庆华,张伟,刘煜,崔皓东. 长江科学院院报. 2018(03)
[3]地下水位变化对透-阻型岩溶塌陷影响的分析[J]. 陶小虎,赵坚,Xiaoming Wang,Ming Ye,Roger Benito Pacheco Castro. 中国岩溶. 2017(06)
[4]水位变动及降雨入渗联合作用对岩溶地面塌陷的影响分析[J]. 周建,张映钱,方亿刚,刘宇. 水利与建筑工程学报. 2016(01)
[5]岩溶土洞演化及其数值模拟分析[J]. 贾龙,蒙彦,管振德. 中国岩溶. 2014(03)
[6]数值模拟在岩溶塌陷预警系统建设中的应用——以临沂市城区岩溶塌陷为例[J]. 姚春梅,冯克印,王元波,王小燕,任翠爱,刘善军. 水文地质工程地质. 2007(04)
[7]岩溶塌陷的地质概化模型[J]. 程星,黄润秋. 水文地质工程地质. 2002(06)
[8]试论岩溶地面塌陷的类型划分[J]. 康彦仁. 中国岩溶. 1984(02)
硕士论文
[1]岩溶区地下水位动态变化诱发地表塌陷的机理研究[D]. 邢宇健.北京交通大学 2018
[2]覆盖型岩溶塌陷模型试验与数值模拟研究[D]. 张鑫.合肥工业大学 2017
[3]安徽省沿江地区岩溶塌陷机理研究[D]. 李国峰.合肥工业大学 2015
[4]覆盖型岩溶塌陷临界参数模型试验与数值模拟研究[D]. 孙金辉.西南交通大学 2011
本文编号：3298016
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