環(huán)境地質(zhì)學第_九講_地面塌陷-在線瀏覽
2025-05-09 03:54本頁面
【正文】 域排泄基準面也多次變遷，致使碳酸鹽巖地層形成大量的洞穴。 中 國 地 質(zhì) 大 學 環(huán) 境 學 院 School of Environmental StudiesCUG 二、我國地面塌陷分布的特點 南方巖溶塌陷區(qū) 位于長江以南的廣大地區(qū)，是我國碳酸鹽巖分布最集中、面積最大的區(qū)域，總面積約 104km2。 裸露巖溶區(qū)和半裸露巖溶區(qū)的面積占碳酸鹽巖總面積的 %，主要分布于云南、貴州、四川、廣西、湖南、江西、湖北等省。 礦山排水、開采地下水、水庫蓄水等 人為干擾巖溶水流場的活動，是誘發(fā)巖溶地面塌陷的主導力量 。其中煤礦開采造成的地面塌陷比例最大。 中 國 地 質(zhì) 大 學 環(huán) 境 學 院 School of Environmental StudiesCUG 三、地面塌陷的形成條件及發(fā)生機理 ? 地面塌陷的形成條件 （一）巖土體的內(nèi)部條件 地下存在空洞 具備一定規(guī)模的地下無巖土的空間，即空洞。 其二，地下空洞為具有多個臨空面的空腔，空洞的頂、底板和側壁在周圍巖壓的作用下極易發(fā)生應力集中，而處于穩(wěn)定性很差的狀態(tài)，一旦受到外力干擾，容易失穩(wěn)而發(fā)生覆巖的冒落，甚至發(fā)生波及地表的塌陷。 ? 在可溶鹽巖分布區(qū)的巖溶洞穴包括各種形態(tài)的溶洞、溶隙、管道等。 巖溶洞隙的發(fā)育一般受 巖溶地下水排泄基準面的控制 ，多發(fā)育于淺部，向深部逐漸減弱。塌陷坑與開口洞隙存在著密切的垂向?qū)P系。 ? 地下井巷系統(tǒng)是最易引發(fā)地面塌陷的一種人工洞室。 是否發(fā)生塌陷取決于頂板能夠形成穩(wěn)定的支撐拱 。 中 國 地 質(zhì) 大 學 環(huán) 境 學 院 School of Environmental StudiesCUG （二）巖土體的外部條件 自然影響因素 （ 1）大氣降水 ? 降雨入滲水可以使洞頂覆巖的含水層增大，自重加大； ? 下滲水流會濕潤裂隙面，降低巖石塊體間的抗滑阻力，從而引起洞頂和洞壁的進一步變形而失穩(wěn)。 ? 在巖溶地區(qū)，降水入滲對補給封閉巖溶洞穴，快速上升的巖溶水會壓縮洞內(nèi)，形成上擠的壓力，導致氣爆發(fā)生，引發(fā)洞頂塌陷。 汛期洪水位急劇上升的情況下，河、湖水將向地下水產(chǎn)生側向倒灌，地下水位隨之上升。 在洪水位迅速回落時，巖溶地下水位回落快于潛水位，對洞隙上覆蓋層的浮托力很快消減，通過洞隙開口處從潛水含水層向巖溶洞隙產(chǎn)生垂向的滲透潛蝕作用，在蓋層中形成土洞進而擴展形成塌陷。 三、地面塌陷的形成條件及發(fā)生機理 中 國 地 質(zhì) 大 學 環(huán) 境 學 院 School of Environmental StudiesCUG （ 3）地震 ? 一是地震力可使洞頂覆巖以及洞壁的裂隙進一步擴大，引起巖層破裂、位移加??； ? 二是洞隙上覆松散飽水細粒物質(zhì)發(fā)生“液化”，而形成地面塌陷。對于巖溶地面塌陷，除上述人為活動外，地下水的抽排、回灌，尤其是快速、大降深的抽水活動往往是引發(fā)地面塌陷最普遍的原因。 中 國 地 質(zhì) 大 學 環(huán) 境 學 院 School of Environmental StudiesCUG 形成塌陷的原因很多。因當?shù)貤l件不同，產(chǎn)生塌陷的原因而不同，也可能是以一種原因為主導，多種因素綜合作用的結果。 在覆蓋型巖溶區(qū)，下伏存在溶蝕空洞，地下水經(jīng)覆蓋層向空洞滲流 (或地下水位下降時，水力梯度增大 )。從而在洞體頂板處的土體開始形成土洞 ,隨著土洞的不斷擴大，最終引發(fā)動洞頂塌落。當土堆較薄時，土洞不能形成平衡。 巖溶網(wǎng)絡的封閉空腔（溶洞或土洞）中，當 地下水位大幅度下降 到空腔蓋層底面下時， 地下水由承壓轉(zhuǎn)為無壓 ,空腔上部便形成 低氣壓狀態(tài)的真空 ， 產(chǎn)生抽吸力 ,吸蝕頂板的土顆粒 .同時內(nèi)外壓作用，覆蓋層表面出現(xiàn)一種“沖壓”作用，從而加速土體破壞。使土拱承受更大的重量， 導 致塌陷。 6 、土體強度效 應 土體吸水 飽 和后，土體抗剪強度降低，土拱抗塌力 減 小， 產(chǎn) 生塌陷。 （一）塌陷體的穩(wěn)定性評價 塌陷體的穩(wěn)定性主要根據(jù)塌陷的微地貌特征、堆積物的性狀及地下水埋藏與活動情況等因素進行定性評價見表。 1．成拱分析法（普羅特尼可夫塌落拱理論） 當洞隙頂板巖體被密集裂隙切割呈塊狀或碎塊狀時，或處于松散層中的土洞，可認為頂板將成拱形塌落，而其上荷載及巖、土體則由拱自身承擔。 四、巖溶塌陷穩(wěn)定性評價 中 國 地 質(zhì) 大 學 環(huán) 境 學 院 School of Environmental StudiesCUG 2．坍塌平衡法 土洞頂板土體的平衡條件（見圖）是： 式中， G ——— A B D C 土體自重； F ——— 側壁摩擦阻力； H 0 ——— 極限平衡時的頂板厚度（安全臨界厚度）； D ——— 土洞跨度； γ——— 土體密度； λ——— 側壓力系數(shù)； φ——— 內(nèi)摩擦角。其所需的坍塌高度（即安
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