弱透水盖层岩溶塌陷的水—气压力致塌机理物理模型研究
本文关键词：弱透水盖层岩溶塌陷的水—气压力致塌机理物理模型研究 出处：《成都理工大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：弱透水盖层具有较好的阻水、阻气效果,与其下伏的岩溶空间形成相对封闭的空间。在相对封闭的岩溶空隙环境中,地下水水位在盖层之下时,真空吸蚀和正压气爆成为岩溶塌陷的主要致塌机理。而国内外研究学者对于岩溶塌陷的研究主要以潜蚀机理为主,而往往忽视水-气压力(真空吸蚀、正压气爆)的影响,尚未有学者专门对真空吸蚀和正压气爆机理进行物理试验模拟分析。在总结国内外岩溶塌陷研究的基础上,通过对岩溶塌陷的形成条件、塌陷的影响因素、典型塌陷的地质概化模型的研究分析,选取粘土层作为岩溶覆盖层,基于室内沙箱试验,对真空吸蚀致塌过程和正压气爆致塌过程进行物理模拟试验,分别模拟覆盖层厚度、密度及供(排)水条件不同时盖层的变形致塌规律,取得如下结论：(1)当地下水水位下降时,盖层塌陷体的自重与真空吸蚀力之和大于盖层自身的抗剪切力时,盖层发生真空吸蚀塌陷；当地下水水位上升时,溶腔内正压力与塌陷体自重之差大于盖层的抗剪切力时,盖层发生气爆塌陷。(2)在盖层密度和溶腔内气压变化相同的条件下,模拟盖层不同厚度时的变形规律,在较小的正负压条件下,盖层厚度越大,其变形量越小,盖层越稳定。(3)在盖层厚度和溶腔内气压变化相同的条件下,模拟盖层不同密度时的变形规律,在溶腔内正负压较低时,稍松散的盖层较稍密实的盖层稳定性更好。(4)在盖层厚度、密度均相同的条件下,模拟溶腔内正负压不同时盖层的变形规律,当溶腔内正负压越大时,盖层的变形越大,盖层越不稳定；当供水速率为6cm/min时,盖层发生岩溶气爆现象,盖层土体向四周喷出,并伴随有爆破声。(5)在本次试验条件下,盖层发生岩溶塌陷的临界变形量为0.724cm,采用Boltzmann方程对溶腔内正压与盖层变形量之间的关系曲线进行拟合,得到溶腔内的临界正压值为4342Pa,预测得到发生塌陷时溶腔内的临界负压值为5420Pa。(6)通过对盖层受力分析,得到盖层保持稳定状态时的最小安全厚度d。本次实验条件下,地下水位上升时,盖层保持稳定状态时的安全厚度d与溶腔内正压P'的关系可表示为：d≥1.15×10-3P'；地下水位下降时,盖层保持稳定状态时的安全厚度D与溶腔内真空负压的关系可表示为：D≥9.17×10-4P。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.26
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，本文编号：1329685
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