河床透-阻型巖溶塌陷形成機理
發(fā)布時間：2021-07-22 22:18
巖溶塌陷具有突發(fā)性,隱蔽性等特點,往往會造成重大災害。為了預測巖溶塌陷的模式及可能性,以某地區(qū)河床塌陷為研究對象,對區(qū)域內河床透-阻型蓋層巖溶塌陷的形成機理進行分析;并基于潛蝕—失托-重力致塌理論,建立土洞力學模型,對巖溶水位下降時土洞的抗塌系數(shù)進行初步評價;進一步采用FLAC3D數(shù)值模擬對計算結果進行驗證。研究結果表明該地區(qū)河床塌陷為地下水潛蝕作用下形成的土洞塌陷,土洞穩(wěn)定性與土洞高度、土體物理力學性質、水動力條件變化等因素相關。也表明河床巖溶塌陷往往在附近地下抽排水初期以及土洞形成初期就會發(fā)生,一般先于兩岸階地的地面塌陷,可作為大范圍巖溶塌陷發(fā)生的前兆。
【文章來源】：中國地質災害與防治學報. 2020,31(02)CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
塌陷坑及部分河床
研究區(qū)主要為溶蝕侵蝕河谷地貌,由于下游有一攔水壩,塌陷處河面高程常年穩(wěn)定在86.5 m。區(qū)內溝谷寬緩,河谷平坦開闊,地形坡度一般小于5°。河床基底為二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)灰?guī)r、泥質灰?guī)r。據(jù)勘察孔資料,河床內第四系厚度在4.80～12.6 m,主要為卵石—粉質黏土二元結構土體(圖2)。區(qū)內構造以斷層為主,褶曲次之。主要斷層逆斷層F5位于研究區(qū)南部,長20 km,走向近東西;隱伏斷層F8為F5斷層北盤分布的北西向次級斷層,位于區(qū)內的中部,走向北西,走向延展長1 260 m,該斷層控制了區(qū)內沖溝的發(fā)育方向和地下巖溶的發(fā)育走向,導致灰?guī)r溶洞水潰入附近的露采礦坑,是區(qū)內主要含水層向采坑直接充水的通道。隱伏斷層F9為F5斷層北盤分布的東西向次級斷層,位于河流的南側部,走向近東西,走向延展長約1 500 m,河床內兩處塌陷均位于該斷層附近。該斷層基本控制了河流南岸附近地下水的流向,使地下水向隱伏斷層F8匯集流動,最終河水與露采礦坑貫通。1.3 人類工程活動概況
綜合上述分析,該地區(qū)河床巖溶塌陷發(fā)生的主要因素有:(1)區(qū)內碳酸鹽質純層厚,巖溶發(fā)育強烈。F8、F9斷裂為導水性斷層,斷層附近巖溶更為發(fā)育,致使河水與巖溶地下水有了直接的水力聯(lián)系塌陷,并且塌陷處有開口型溶洞,存在巖溶塌陷發(fā)育的條件;(2)礦山長期疏排巖溶水導致區(qū)域水文地質條件發(fā)生變化,塌陷區(qū)由天然狀態(tài)下的巖溶水排泄區(qū)變成了河水補給巖溶水的補給區(qū)(圖5)。在采坑大量抽排水的情況下,河水與采坑之間形成較大水力梯度,造成河水大量滲流補給巖溶水,滲透力增大,加速塌陷產(chǎn)生;(3)由于河水對土體的侵蝕、潛蝕作用,河床內覆蓋層較薄,且土體在河水的浸潤下力學性質變差,易于塌陷發(fā)生。在綜合因素的作用下,可溶巖上覆土體的力學平衡遭到破壞,最終導致溶洞上覆土體的抗塌力小于下塌力,土體失穩(wěn)陷落而形成巖溶塌陷。圖4 2014年巖溶水位動態(tài)監(jiān)測曲線
【參考文獻】：
期刊論文
[1]覆蓋型巖溶土洞致災過程的數(shù)值模擬與預測[J]. 蘇添金,洪儒寶,簡文彬. 自然災害學報. 2018(05)
[2]基于物理模型試驗的巖溶塌陷定量研究[J]. 吳慶華,張偉,劉煜,崔皓東. 長江科學院院報. 2018(03)
[3]地下水位變化對透-阻型巖溶塌陷影響的分析[J]. 陶小虎,趙堅,Xiaoming Wang,Ming Ye,Roger Benito Pacheco Castro. 中國巖溶. 2017(06)
[4]水位變動及降雨入滲聯(lián)合作用對巖溶地面塌陷的影響分析[J]. 周建,張映錢,方億剛,劉宇. 水利與建筑工程學報. 2016(01)
[5]巖溶土洞演化及其數(shù)值模擬分析[J]. 賈龍,蒙彥,管振德. 中國巖溶. 2014(03)
[6]數(shù)值模擬在巖溶塌陷預警系統(tǒng)建設中的應用——以臨沂市城區(qū)巖溶塌陷為例[J]. 姚春梅,馮克印,王元波,王小燕,任翠愛,劉善軍. 水文地質工程地質. 2007(04)
[7]巖溶塌陷的地質概化模型[J]. 程星,黃潤秋. 水文地質工程地質. 2002(06)
[8]試論巖溶地面塌陷的類型劃分[J]. 康彥仁. 中國巖溶. 1984(02)
碩士論文
[1]巖溶區(qū)地下水位動態(tài)變化誘發(fā)地表塌陷的機理研究[D]. 邢宇健.北京交通大學 2018
[2]覆蓋型巖溶塌陷模型試驗與數(shù)值模擬研究[D]. 張鑫.合肥工業(yè)大學 2017
[3]安徽省沿江地區(qū)巖溶塌陷機理研究[D]. 李國峰.合肥工業(yè)大學 2015
[4]覆蓋型巖溶塌陷臨界參數(shù)模型試驗與數(shù)值模擬研究[D]. 孫金輝.西南交通大學 2011
本文編號：3298016
【文章來源】：中國地質災害與防治學報. 2020,31(02)CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
塌陷坑及部分河床
研究區(qū)主要為溶蝕侵蝕河谷地貌,由于下游有一攔水壩,塌陷處河面高程常年穩(wěn)定在86.5 m。區(qū)內溝谷寬緩,河谷平坦開闊,地形坡度一般小于5°。河床基底為二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)灰?guī)r、泥質灰?guī)r。據(jù)勘察孔資料,河床內第四系厚度在4.80～12.6 m,主要為卵石—粉質黏土二元結構土體(圖2)。區(qū)內構造以斷層為主,褶曲次之。主要斷層逆斷層F5位于研究區(qū)南部,長20 km,走向近東西;隱伏斷層F8為F5斷層北盤分布的北西向次級斷層,位于區(qū)內的中部,走向北西,走向延展長1 260 m,該斷層控制了區(qū)內沖溝的發(fā)育方向和地下巖溶的發(fā)育走向,導致灰?guī)r溶洞水潰入附近的露采礦坑,是區(qū)內主要含水層向采坑直接充水的通道。隱伏斷層F9為F5斷層北盤分布的東西向次級斷層,位于河流的南側部,走向近東西,走向延展長約1 500 m,河床內兩處塌陷均位于該斷層附近。該斷層基本控制了河流南岸附近地下水的流向,使地下水向隱伏斷層F8匯集流動,最終河水與露采礦坑貫通。1.3 人類工程活動概況
綜合上述分析,該地區(qū)河床巖溶塌陷發(fā)生的主要因素有:(1)區(qū)內碳酸鹽質純層厚,巖溶發(fā)育強烈。F8、F9斷裂為導水性斷層,斷層附近巖溶更為發(fā)育,致使河水與巖溶地下水有了直接的水力聯(lián)系塌陷,并且塌陷處有開口型溶洞,存在巖溶塌陷發(fā)育的條件;(2)礦山長期疏排巖溶水導致區(qū)域水文地質條件發(fā)生變化,塌陷區(qū)由天然狀態(tài)下的巖溶水排泄區(qū)變成了河水補給巖溶水的補給區(qū)(圖5)。在采坑大量抽排水的情況下,河水與采坑之間形成較大水力梯度,造成河水大量滲流補給巖溶水,滲透力增大,加速塌陷產(chǎn)生;(3)由于河水對土體的侵蝕、潛蝕作用,河床內覆蓋層較薄,且土體在河水的浸潤下力學性質變差,易于塌陷發(fā)生。在綜合因素的作用下,可溶巖上覆土體的力學平衡遭到破壞,最終導致溶洞上覆土體的抗塌力小于下塌力,土體失穩(wěn)陷落而形成巖溶塌陷。圖4 2014年巖溶水位動態(tài)監(jiān)測曲線
【參考文獻】：
期刊論文
[1]覆蓋型巖溶土洞致災過程的數(shù)值模擬與預測[J]. 蘇添金,洪儒寶,簡文彬. 自然災害學報. 2018(05)
[2]基于物理模型試驗的巖溶塌陷定量研究[J]. 吳慶華,張偉,劉煜,崔皓東. 長江科學院院報. 2018(03)
[3]地下水位變化對透-阻型巖溶塌陷影響的分析[J]. 陶小虎,趙堅,Xiaoming Wang,Ming Ye,Roger Benito Pacheco Castro. 中國巖溶. 2017(06)
[4]水位變動及降雨入滲聯(lián)合作用對巖溶地面塌陷的影響分析[J]. 周建,張映錢,方億剛,劉宇. 水利與建筑工程學報. 2016(01)
[5]巖溶土洞演化及其數(shù)值模擬分析[J]. 賈龍,蒙彥,管振德. 中國巖溶. 2014(03)
[6]數(shù)值模擬在巖溶塌陷預警系統(tǒng)建設中的應用——以臨沂市城區(qū)巖溶塌陷為例[J]. 姚春梅,馮克印,王元波,王小燕,任翠愛,劉善軍. 水文地質工程地質. 2007(04)
[7]巖溶塌陷的地質概化模型[J]. 程星,黃潤秋. 水文地質工程地質. 2002(06)
[8]試論巖溶地面塌陷的類型劃分[J]. 康彥仁. 中國巖溶. 1984(02)
碩士論文
[1]巖溶區(qū)地下水位動態(tài)變化誘發(fā)地表塌陷的機理研究[D]. 邢宇健.北京交通大學 2018
[2]覆蓋型巖溶塌陷模型試驗與數(shù)值模擬研究[D]. 張鑫.合肥工業(yè)大學 2017
[3]安徽省沿江地區(qū)巖溶塌陷機理研究[D]. 李國峰.合肥工業(yè)大學 2015
[4]覆蓋型巖溶塌陷臨界參數(shù)模型試驗與數(shù)值模擬研究[D]. 孫金輝.西南交通大學 2011
本文編號：3298016
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