本文關(guān)鍵詞：武漢市青菱鄉(xiāng)巖溶塌陷機(jī)理及數(shù)值模擬研究　出處：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及大規(guī)模城市建設(shè)的推進(jìn),地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題日益頻發(fā),嚴(yán)重阻礙了城市化建設(shè)的進(jìn)程。武漢市城區(qū)巖溶塌陷開(kāi)始于20世紀(jì)30年代,這階段主要是由于降雨及局部抽水引起的巖溶塌陷；90年代以后,由于工程建設(shè)及地下水開(kāi)采加劇,巖溶塌陷頻繁發(fā)生；2013年以來(lái)因?yàn)榈叵滤_(kāi)采減少,加之地面變形等得到有效監(jiān)測(cè),巖溶塌陷處于控制階段。盡管如此,由于工程建設(shè)施工排水,引發(fā)的巖溶塌陷還是時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全。為此,本文選擇武漢市巖溶塌陷典型區(qū)-青菱鄉(xiāng),在對(duì)其自然地理、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行研究分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合該區(qū)域的巖溶塌陷歷史,總結(jié)分析了可溶巖分布及巖溶發(fā)育規(guī)律,研究了巖溶塌陷分布特征及成因機(jī)制,研究建立了巖溶塌陷數(shù)學(xué)模擬方法,構(gòu)建了研究區(qū)水流-應(yīng)力應(yīng)變耦合模型,對(duì)不同影響因素作用下的巖溶塌陷可能性進(jìn)行了定量模擬預(yù)測(cè)研究。主要結(jié)論認(rèn)識(shí)如下：1、研究分析了可溶性巖的發(fā)育特征：平面上基巖面溶蝕程度最強(qiáng)的是阮家巷、司法學(xué)校、烽火村及毛坦港四個(gè)區(qū)域;受地質(zhì)構(gòu)造的控制,青菱寺壓扭性斷裂帶區(qū)域鉆孔遇洞率高達(dá)73%,線巖溶率22.6%；垂向上強(qiáng)發(fā)育帶在高程-5--10m處,鉆孔遇洞率15.7%。2、統(tǒng)計(jì)分析了溶洞的充填特征：平面上阮家巷—陸家街—涂家溝司法學(xué)校、烽火村喬木灣—余家灣以及毛坦港一帶,洞內(nèi)部分充填砂、粘土和碎石巖；垂向上埋深約20-40m段,充填率最高達(dá)67.39%。3、研究分析了巖溶發(fā)育與可溶性巖的礦物化學(xué)成分及形成的地質(zhì)年代的關(guān)系：石灰?guī)r的二疊系地層中Ca(O含量最高,比溶蝕度最大0.93-1.17。研究區(qū)內(nèi)二疊系地層分布不廣,但下伏基巖出現(xiàn)的溶蝕現(xiàn)象較普遍,巖溶塌陷密度最高3個(gè)/km2。4、總結(jié)分析了巖溶塌陷的空間及時(shí)間分布特征：①塌陷區(qū)全部分布在南部石灰?guī)r條帶上,石灰?guī)r中溶洞或裂隙發(fā)育強(qiáng)；②在地形地貌上,所有的塌陷點(diǎn)均局限在兩岸濱江的長(zhǎng)江一級(jí)階地上,因?yàn)樵撎幍叵滤c長(zhǎng)江水隨著季節(jié)變化有密切的水利交替聯(lián)系；③有些塌陷分布在鐵路沿線以及有重大工程建設(shè)的地點(diǎn)。④在地質(zhì)構(gòu)造上,許多塌陷點(diǎn)發(fā)生在青菱寺壓扭性斷裂帶及五通-湯遜湖性斷裂帶500m范圍以?xún)?nèi)。塌陷的發(fā)生時(shí)間主要在6-8月份和12-2月份期間。5、研究了巖溶塌陷的影響因素及作用機(jī)理：①地貌影響及作用機(jī)理,階地堆積物中有二元結(jié)構(gòu)存在,上部為粘土,下部為粉細(xì)砂及卵礫石層直接覆蓋在石灰?guī)r之上,在地下水的內(nèi)動(dòng)力作用下極易被潛蝕。②蓋層巖性結(jié)構(gòu)對(duì)地面塌陷的影響及作用機(jī)理,粘聚力愈高,土的抗剪強(qiáng)度愈強(qiáng),抗塌能力愈高。青菱鄉(xiāng)烽火村砂層厚度最大,平均厚度36m,塌陷密度最大。砂性土在水的滲透壓作用下較易發(fā)生塌陷,所以主要作用機(jī)理是潛蝕及滲壓致塌。③地質(zhì)構(gòu)造的影響及作用機(jī)理,沿著青菱寺壓扭性斷裂帶分布的塌陷點(diǎn)全部在500m范圍,作用機(jī)理是斷裂帶處是地下水的通道,潛蝕作用增強(qiáng)。④地下巖溶及土洞發(fā)育程度、土層擾動(dòng)對(duì)地面塌陷的影響及作用機(jī)理,青菱鄉(xiāng)烽火村擾動(dòng)帶以多剖面的方式相互貫通,砂層的多個(gè)擾動(dòng)帶相互影響,在一處塌陷點(diǎn)處形成密集的多個(gè)地面塌陷坑；擾動(dòng)帶以多剖面的方式相互貫通使土層中的土顆粒隨著水流加速遷移,松散的擾動(dòng)帶提供了遷移的物質(zhì),所以主因是潛蝕致塌。另外降雨及抽水都增加垂直滲透壓力,還使土層的自重應(yīng)力增大,抽水還會(huì)產(chǎn)生真空吸蝕作用,所以塌陷成因還有滲透致塌、重力致塌、真空吸蝕致塌。6、在對(duì)研究區(qū)可溶巖分布規(guī)律、巖溶發(fā)育規(guī)律、巖溶塌陷分布特征、影響因素及作用機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,建立了重點(diǎn)塌陷區(qū)的水流-應(yīng)力應(yīng)變?nèi)S耦合模型,并引入格里菲斯判據(jù)及摩爾-庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則。7、基于GMSMODFLOW程序及編制的程序?qū)σ郧嗔忄l(xiāng)烽火村為地質(zhì)背景建立的理想模型進(jìn)行了模擬計(jì)算與預(yù)測(cè),計(jì)算結(jié)果與定性分析及實(shí)際的塌陷情況相符,驗(yàn)證了程序的正確性。8、利用以上驗(yàn)證的程序計(jì)算了青菱鄉(xiāng)2009年1月至2013年7月的地下水流場(chǎng)及土體應(yīng)力應(yīng)變值,并進(jìn)行了模型識(shí)別,擬合效果較好。利用以上擬合的模型對(duì)青菱鄉(xiāng)烽火村塌陷區(qū)的長(zhǎng)江水位動(dòng)態(tài)、工程建設(shè)排水、大氣降水等幾種工況進(jìn)行了預(yù)測(cè),為預(yù)防巖溶塌陷提供了科學(xué)依據(jù)。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：(1)結(jié)合青菱鄉(xiāng)巖溶塌陷背景條件和機(jī)理,提出了地下水流-應(yīng)力應(yīng)變耦合模型。(2)編制程序?qū)崿F(xiàn)了地下水流-應(yīng)力應(yīng)變耦合過(guò)程數(shù)值模擬,并設(shè)計(jì)了長(zhǎng)江水位變化、周邊工程建設(shè)排水施工、大氣降雨三種工況對(duì)武漢市青菱鄉(xiāng)烽火村巖溶塌陷區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
[Abstract]:With the development of economy and the promotion of large - scale urban construction , the problem of geological disasters is becoming more and more frequent , which seriously impedes the process of urbanization . This paper studies the influence factors and mechanism of karst collapse . Based on the GMSMODFLOW program and the program compiled by the GMSMODFLOW program , the simulation calculation and prediction are carried out for the ideal model established for the geological setting of the Yangling Township , Qingling Township . The results are as follows : ( 1 ) The groundwater flow field and the stress and strain value of the soil body are predicted by using the above - fitted model . The numerical simulation of the groundwater flow - stress strain coupling is carried out by using the above - fitted model .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P642.2

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10 左文U，

本文編號(hào)：1393031