岩溶区土洞塌陷演化过程研究——以龙岩市樟坑自然村土洞塌陷为例

发布时间：2022-01-19 14:03

　　以福建省龙岩市樟坑自然村发生的岩溶区土洞塌陷为研究对象,通过室内物理模型试验及数值模拟分析,对岩溶区土洞塌陷过程中覆盖层土体的应力、应变（位移）、塑性区分布规律等进行研究,从而再现土洞塌陷演化过程,总结土洞塌陷演化规律。结果表明,在土洞孕育、形成及扩展过程中,土体中始终存在土拱效应,其发挥程度受初始洞径及覆盖层厚度影响,土洞塌陷过程其实是土拱效应产生及失效过程。土体中最大剪应力主要集中于拱脚位置,而塑性区分布则以拱顶为主,土体竖向变形也以拱顶为中心向四周递减。塌陷后土洞呈中心大、两头小的纺锤状,其最大洞径与初始洞径及覆盖层厚度呈线性正比例关系。同时,根据塌落土体累计质量的增量大小可将土洞塌陷演化过程简化为三个阶段:土洞发育形成、内部塌陷扩展以及地表塌陷阶段。 

【文章来源】：水利与建筑工程学报. 2020,18(03)

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

传感器埋设示意图(单位:mm)

在设计好5种不同洞径的前提下，分别做覆盖层厚度为1倍～4倍洞径的相关性试验。沿模型箱底部中心水平方向铺设光栅串一根，其上分布5个光纤监测点，对各点最大应变值进行监测，分辨率可达0.1με，试验结果如图2和图3所示(本文大部分只绘出最大、最小洞径对应的最大、最小覆盖层厚度的两组图，对应试验1-A、1-D、5-A和5-D)。在图2和图3中，土体应变变化趋势基本相同，离中心越远，最大应变值越小，覆盖层越厚，最大应变值越大。从试验中观察到的现象来看，底部空洞中心处首先发生塌落，该处土体最早有应变响应且较为迅速，而随着土体不断塌落，塌陷发展至空洞边缘及远处，但其变化相对于中心处要小得多。太沙基[16]认为，若土体中有支撑拱脚的存在，且土体在外力或自重作用下出现不均匀压缩变形和应力传递现象，则极有可能产生土拱效应，从试验现象和结果来看，土洞塌陷过程中极有可能出现该种情况。

在图2和图3中，土体应变变化趋势基本相同，离中心越远，最大应变值越小，覆盖层越厚，最大应变值越大。从试验中观察到的现象来看，底部空洞中心处首先发生塌落，该处土体最早有应变响应且较为迅速，而随着土体不断塌落，塌陷发展至空洞边缘及远处，但其变化相对于中心处要小得多。太沙基[16]认为，若土体中有支撑拱脚的存在，且土体在外力或自重作用下出现不均匀压缩变形和应力传递现象，则极有可能产生土拱效应，从试验现象和结果来看，土洞塌陷过程中极有可能出现该种情况。2.1.2 土压力分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]水位波动条件下覆盖型岩溶塌陷试验研究[J]. 张少波,简文彬,洪儒宝,黄鹏,陈鸿志,刘奔.  工程地质学报. 2019(03)
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[3]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)
[4]也论覆盖型岩溶地面塌陷机理[J]. 罗小杰.  工程地质学报. 2015(05)
[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]再论岩溶塌陷的形成机制[J]. 李前银.  中国地质灾害与防治学报. 2009(03)
[7]我国岩溶塌陷研究综述[J]. 张丽芬,曾夏生,姚运生,廖武林.  中国地质灾害与防治学报. 2007(03)
[8]岩溶区土洞发育机制的分析[J]. 刘之葵,梁金城,周健红.  工程地质学报. 2004(01)
[9]论岩溶塌陷形成的致塌模式[J]. 康彦仁.  水文地质工程地质. 1992(04)

硕士论文
[1]矿井疏干区岩溶塌陷的水击气爆作用研究[D]. 曹细冲.中国地质大学(北京) 2017
[2]弱透水盖层岩溶塌陷的水—气压力致塌机理物理模型研究[D]. 丁庆忠.成都理工大学 2016



本文编号：3596984