岩溶地面塌陷机理及防治.pptx

1、第五节 地面塌陷灾害防治,地面塌陷的概念及分类 是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。 分类：根据成因：自然塌陷和人为塌陷 根据发育的地质条件：岩溶地面塌陷和非岩溶地面塌陷（采空塌陷和黄土湿陷）,地面塌陷的危害,对居民地的危害 对交通设施的危害 对水力、电力设施的危害 对林木及耕地的危害,一、岩溶塌陷,一）岩溶及其形态特征 岩溶指可溶性岩石受地表水和地下水以化学溶蚀为主，机械侵蚀和崩塌为辅的地质营力的综合作用和由此产生的各种现象的统称，又称喀斯特(karst)。 形态特征：溶沟、石芽、石芽、漏斗、落水洞、溶蚀洼地、溶蚀盆地、峰丛、孤峰等等,漓

2、江两岸如诗如画的风景,漓江两岸如诗如画的风景,岩溶的形态特溶沟,岩溶的形态特征溶沟和石芽,岩溶的形态特征-石芽,岩溶的形态特征石林,岩溶的形态特征漏斗,岩溶的形态特征落水洞,岩溶的形态特征溶蚀洼地,岩溶的形态特征溶蚀盆地,岩溶的形态特峰丛,岩溶的形态特征峰林,岩溶的形态特征孤峰,岩溶的形态特征溶洞,石 柱,石钟乳,石笋,地 下 溶 洞 的 形 成 过 程,该溶洞有上、中、下三层，每层相互连通。上洞、中洞属同一水平溶洞系统，都很开阔，可容数百人；下洞中发育有近100m的地下河，沿地下河行舟可以直通地面。,岩溶的形态特征暗河,岩溶形态：,各种岩溶形态示意剖面图,二、岩溶塌陷的形态特征与规模,岩溶塌

3、陷的规模,按塌陷坑直径大小分,岩溶塌陷面积分,百色乐业，大石围天坑最大深度613m，坑口东西长600m，南北宽420m，,三、岩溶塌陷形成条件与成因分类,一）发育的基本条件是： 岩溶洞隙的存在 一定厚度的松散盖层 易于改变的岩溶地下水动力条件 二）岩溶塌陷形成的成因分类 自然塌陷:暴雨引起的塌陷 洪水引起的塌陷 重力引起的塌陷 地震引起的塌陷,地震引起砂土液化(台中港1-4码头),人为塌陷：,矿山地下采空 地下工程中的排水疏干与突水（突泥）作用 过量抽采地下水 人工蓄水 人工加载或振动 表水或污水下渗引起的塌陷,.灾害视频500亩湖泊突然消失.flv,07.6河南金堆城钼矿地面塌陷 五矿工失踪

4、,.灾害视频江西南昌路面塌陷.flv,07年4月25日 在南昌市的路面塌陷现场,某市大地洞于2月23日形成，目击者称，地洞出现前，附近地面出现了震动,07.8事发九龙坡石坪桥农贸市场，40km2地面塌陷，地下有暗河,07.7重庆暴雨导致白公馆停车场大面积塌陷,白公馆景区停车场发生大面积塌陷,南京地铁工地渗水塌陷引发天然气爆炸 .灾害视频南京汉中路段发生煤气爆燃事故.flv,村民家中地面塌陷疑与隧道施工有关,广西阳朔岩溶塌陷易发区,石膏矿长期进行地下采掘作业引起的，受此次开裂和地陷影响的田地约有60多亩，其中稻田30余亩。,06年12月广西岑溪村庄地面塌陷 257人紧急撤离，至2007年1月3日

5、止，地陷仍在继续,.灾害视频广西叉富村发生大面积地面塌陷.flv,四、岩溶塌陷的受力分析,岩溶塌陷的发生，实质上是土洞的抗塌力小于致塌力的结果。如图,致塌力,1 、自重力(G) 2、荷载力(P) 3、地下水的渗透压力：分为垂向渗透力（Fp）和侧向渗透力 （FH） 4、气体负压力(P0)：地下水位下降至岩溶空腔内时，产生向下的吸蚀力，低于大气压。 5、气体正压力(PI)：当地下水位迅速升高时，将被压缩形成正压力，导致冲爆致塌。正压力大于大气压力 6、大气压力(Pa) 7、振动力(S),抗塌力,1、 岩土体的内聚力(C)：颗粒间的引力(凝聚力)，粘性土比砂性土大 2、 地下水浮力(W)：岩土体位于

6、地下水位之中时，因含水量增加而自重加大，但浮力抵消了部份自重力。 3、摩擦力(F)：土体坍塌时与周边产生的准阻力,五、岩溶地面塌陷的成因机制,一）潜蚀效应 理论认为，地下水位下降时，水力梯度也随之大。当水力梯度达到一定值时，动水压力则大于土体粘聚力与颗粒间摩擦力，土颗粒开始被渗流带动迁移。这一现象称为溶蚀。使土颗粒开始渗流的水力梯度称为临界水力梯度,临界水力梯度是土颗粒在地下水的作用下，从静止状态转变为运动状态时的水力梯度。理论上水力梯度值最大等于1但常有附加水头，实测的I，较理论计算的偏大.因此，式(4一1)一般不用来评价粘性土的潜蚀与否，多采用实测的办法。 据达尔西公式和动能公式，地下水侧

7、向流时的动能：,二）压强差效应,压强差是指岩溶空腔与松散介质(或土洞)接触面上下侧水、气流体，因岩溶管道水位变化而产生相应的压强差值。此值水位上升为正，下降为负。当岩溶管道中B点水无流动(未抽水或坑道无排、放水)时，A点的压强为,压强差作用十土骨架，使土体受力变形、散离，以致塌陷。 同时使土层中水力梯度增大，水气流体运动增强，潜蚀与吸蚀能力增大。,三）垂直渗压效应,当地表雨水入渗时，水在孔隙中运动，对土颗粒施加一种垂向渗透压力，从而改变了土体的力学性质。当渗透压力达到一定值时，使土体结构破坏，土颗粒随水流产生运移，即流土或管涌，进而形成土洞，直至发生地面变形或塌陷。由这种渗透力作用而产生的力学

8、现象及过程，称为渗压效应。,四）浮力效应,岩土体位于地下水位之中，便产生静水浮力。当地下水位下降时，除产生压强差效应外，土体的浮托力也随之减少。浮力减少对不同的盖层厚度，同一水位降深所减少的绝对浮力值相同，但影响随土层厚度大小有别。,五）自重效应 雨水入渗后，盖层厚度大，溶陷面积宽，自重也大，使土拱承受更大的重量，导致塌陷。 六）土体强度效应 土体吸水饱和后，内聚力与内摩擦角较天然状况时减少 七）其它效应 除上述几种机制外，尚有地震、超声波等特殊致塌效应。,岩溶地面塌陷的成因、机制关系,六、岩溶塌陷的发育规律,一）分布规律 岩溶强烈发育的可溶岩分布地带或沿其与非可溶岩的接触地带。 沿可溶岩中的

9、断裂带或主要裂隙交汇破碎带，岩层剧烈转折、破碎的地带； 松散盖层较薄且以砂土为主，其底部粘性土层缺失或甚薄的“天窗”地段； 地下水的主通流带或岩溶管道上及排泄区 地下水位在基岩面上下频繁波动的地带，或受排水影响强烈的降落漏斗中心及近侧地段； 地下水位埋藏较浅的低洼地带。,二）岩溶塌陷发育的时空动态规律,1单个岩溶塌陷的发育过程及其动态特征 具有由岩溶洞隙土洞塌陷的发育过程 2岩溶塌陷群发育的时空动态： 塌陷的持续性 塌陷的阶段性 塌陷的周期性 塌陷的重复性,三）岩溶塌陷的伴生与共生现象,地面下沉或地面沉降 地面开裂 塌陷地震,四）地面塌陷的前兆,地面形变：地面出现环型开裂，地面出现沉降等。 建

10、筑物：倾斜、开裂等 水：地下水位水量等突变；地面积水引起地面冒气泡、水泡、旋流等。 植物变态、动物惊恐等,七、岩溶塌陷稳定性的宏观判断标志,1稳定性较好的塌陷一般具有下列特征 坑底经后期充填后地面较平滑，参差凹凸的现象已不复见；坑周围的环形裂缝已多自行填塞不显。 坑底堆积物中未见新的下沉、错移等复活迹象，坑底未见新的裂缝或坑穴。 植物生长茂密，已遮盖大部分剖面。 无地表水汇集注入现象，雨后坑中积水消散较慢。 附近不存在人为因素的强烈影响,2.稳定性差的塌陷坑，其特征,塌陷坑形态保存较好，特别是坑中堆积物有沉陷、错移迹象，并见有裂缝。 塌陷坑周边环形裂缝发育较齐全，其宽度、长度都有进一步发展的趋

11、势 植物不发育或发育不均衡 有地表水流汇集注入迹象，水流入渗迅速 附近有人为因素的影响,岩溶塌陷活动程度判定表,八、岩溶塌陷的监测,一)地面监测 1、抽水点附近监测：对地面开裂、沉降等变形监测。 2、水文监测 ：地表积水、干涸或放水灌溉及雨季前期降雨都是塌陷前兆。 3、异常监测：建筑物开裂、植物倾斜、井泉突然冒水，地下水有异常声,二）在泉点、矿坑及水库渗漏点监测,地下水位：监测降深是否超过设计允许值。 地下水位升降速度：防止骤然速度。 砂泥量：水中带泥砂量高，易导致塌陷 孔井内仪器监测:如伸缩性水准仪等。,三）报警装置,聚氯乙烯铜线报警：聚氯乙烯铜线装入混凝土管内，埋设于填土中，当发生塌陷混凝土管折断时，显示色灯信号。但其断线才能报警，故只有一次使用寿命。 重力传感音响报警 塌陷时地表变形，重力也将发生变化，将重力转换为音响报警装置，进行报警,九、岩溶地面塌陷的治理技术,一）地表封闭防渗 1、植被防渗 2、排水设施 3、水泥土封闭 4、氯丁橡胶板封闭 5、玻璃纤维涂料封闭 6、回填抹面封闭,二）地下加固措施,1、恢复地下水位：坑道堵水、停用油水井和人工回灌或补偿地