地質(zhì)災(zāi)害防治工程電子教案5

1、第五章第五章 巖溶塌陷分析與防治巖溶塌陷分析與防治中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）v 概概 述述v 巖溶塌陷的形成條件和地質(zhì)模式巖溶塌陷的形成條件和地質(zhì)模式v 巖溶塌陷的成因巖溶塌陷的成因v 巖溶塌陷穩(wěn)定性評(píng)價(jià)巖溶塌陷穩(wěn)定性評(píng)價(jià)v 巖溶塌陷防治巖溶塌陷防治提提 要要第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一、定義一、定義 巖溶巖溶：水水（包括地表水和地下水）對(duì)（包括地表水和地下水）對(duì)可溶性巖石可溶性巖石進(jìn)行進(jìn)行的以的以化學(xué)溶蝕化學(xué)溶蝕作用為主的作用為主的改造和破壞改造和破壞地質(zhì)作用以及由此產(chǎn)地質(zhì)作用以及由此產(chǎn)生的地貌及水文地質(zhì)生的地貌及水文地質(zhì)現(xiàn)象現(xiàn)象的總稱(chēng)。的總稱(chēng)。 巖溶作用巖溶作用：以化學(xué)溶蝕為主，同時(shí)還包括機(jī)械破碎

2、、：以化學(xué)溶蝕為主，同時(shí)還包括機(jī)械破碎、沉積、坍塌、搬運(yùn)等作用，是一個(gè)化學(xué)物理相結(jié)合的綜沉積、坍塌、搬運(yùn)等作用，是一個(gè)化學(xué)物理相結(jié)合的綜合作用。合作用。 可溶性巖石可溶性巖石包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物等。 巖溶現(xiàn)象：巖溶現(xiàn)象：1 1、形成獨(dú)特的地貌、形成獨(dú)特的地貌大的地貌形態(tài)及蝕變：峰叢（溶蝕）；峰林（溶盆）；大的地貌形態(tài)及蝕變：峰叢（溶蝕）；峰林（溶盆）； 溶蝕平原溶蝕平原 地表形態(tài)地表形態(tài) 正形態(tài)：石林、石筍、峰林、孤峰。正形態(tài)：石林、石筍、峰林、孤峰。 負(fù)形態(tài)：溶溝、溶孔、溶槽、溶水洞、漏斗、負(fù)形態(tài)：溶溝、溶孔、溶槽、溶水洞、漏斗、洼地、溶盆、溶原。

3、洼地、溶盆、溶原。 地下形態(tài)：溶洞、溶隙、暗河。地下形態(tài)：溶洞、溶隙、暗河。2 2、形成獨(dú)特的水文地質(zhì)現(xiàn)象：、形成獨(dú)特的水文地質(zhì)現(xiàn)象： 水文地質(zhì)條件復(fù)雜化；透水性增大，流態(tài)、動(dòng)態(tài)及不均勻性增水文地質(zhì)條件復(fù)雜化；透水性增大，流態(tài)、動(dòng)態(tài)及不均勻性增大等。大等。 貴州省畢節(jié)縣的織金洞，原名打雞洞。位于縣城東北貴州省畢節(jié)縣的織金洞，原名打雞洞。位于縣城東北2323公里處織金洞是一個(gè)多格局、多層次、多類(lèi)型的高位旱洞，公里處織金洞是一個(gè)多格局、多層次、多類(lèi)型的高位旱洞，洞內(nèi)巖溶生長(zhǎng)獨(dú)特，景物規(guī)模宏大，雄偉壯觀(guān)，千姿百態(tài)，洞內(nèi)巖溶生長(zhǎng)獨(dú)特，景物規(guī)模宏大，雄偉壯觀(guān)，千姿百態(tài)，精妙絕倫。全洞初勘長(zhǎng)精妙絕倫。全洞

4、初勘長(zhǎng)12.112.1公里，面積達(dá)公里，面積達(dá)7070平方米，兩壁最平方米，兩壁最寬處寬處173173米，垂直高度多在米，垂直高度多在5050至至6060米，最高處達(dá)米，最高處達(dá)150150米。洞內(nèi)米。洞內(nèi)空間開(kāi)闊，地形起伏迭宕，巖溶堆積物達(dá)空間開(kāi)闊，地形起伏迭宕，巖溶堆積物達(dá)4040多種，囊括了世多種，囊括了世界溶洞所有的形態(tài)類(lèi)別。界溶洞所有的形態(tài)類(lèi)別。 陽(yáng)朔銀子巖溶洞陽(yáng)朔銀子巖溶洞 “天坑天坑”是巖溶是巖溶( (又稱(chēng)又稱(chēng)“喀斯特喀斯特”) )地區(qū)地區(qū)地下河地下河運(yùn)運(yùn)行形成行形成大面積大面積塌陷塌陷造成的，它與常說(shuō)的造成的，它與常說(shuō)的“巖溶漏斗巖溶漏斗”不同，巖溶漏不同，巖溶漏斗一般是斜坡，

5、上寬下窄，天坑則是四壁巖石峭立，深度百斗一般是斜坡，上寬下窄，天坑則是四壁巖石峭立，深度百米至數(shù)百米以上，猶如一個(gè)巨大無(wú)比的米至數(shù)百米以上，猶如一個(gè)巨大無(wú)比的“桶桶”。這個(gè)。這個(gè)“桶桶”，口徑從近百米至數(shù)百米不等，容積從口徑從近百米至數(shù)百米不等，容積從1010萬(wàn)立方米至萬(wàn)立方米至1 1億立方米億立方米以上。天坑形狀奇特，地處僻壤，坑上坑下林木蔥郁，如果以上。天坑形狀奇特，地處僻壤，坑上坑下林木蔥郁，如果能進(jìn)入能進(jìn)入“桶桶”底，更覺(jué)神奇。底，更覺(jué)神奇。 天坑在國(guó)內(nèi)外均有發(fā)現(xiàn)。我國(guó)天坑在國(guó)內(nèi)外均有發(fā)現(xiàn)。我國(guó)重慶開(kāi)隆縣、奉節(jié)縣，四重慶開(kāi)隆縣、奉節(jié)縣，四川興文縣，廣西樂(lè)業(yè)縣、巴馬縣等川興文縣，廣西樂(lè)業(yè)

6、縣、巴馬縣等地都先后發(fā)現(xiàn)了天坑，當(dāng)?shù)囟枷群蟀l(fā)現(xiàn)了天坑，當(dāng)?shù)厝朔謩e稱(chēng)其為地人分別稱(chēng)其為“石圍石圍”、“石院石院”、”巖灣巖灣”、“漩坑漩坑”、“龍缸龍缸”等，國(guó)外說(shuō)法也不一樣，一般稱(chēng)為等，國(guó)外說(shuō)法也不一樣，一般稱(chēng)為Great dolineGreat doline( (大大漏斗漏斗) )。我國(guó)有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為稱(chēng)其為。我國(guó)有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為稱(chēng)其為“天坑天坑”最確切，故取名為最確切，故取名為“巖溶天坑巖溶天坑”(Karst tiankeng(Karst tiankeng) )，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)“天坑天坑”。 二、我國(guó)巖溶分布特征二、我國(guó)巖溶分布特征 世界大陸世界大陸75%75%為沉積巖，為沉積巖，15%15%為碳酸鹽

7、巖，為碳酸鹽巖，約約40004000萬(wàn)萬(wàn)KmKm2 2為可溶巖。我我國(guó)碳酸鹽分布面積為可溶巖。我我國(guó)碳酸鹽分布面積334334萬(wàn)萬(wàn)KmKm2 2 ，約占國(guó)土面積的，約占國(guó)土面積的36%36%。川、黥、桂、。川、黥、桂、湘、鄂等是我國(guó)主要的巖溶區(qū)。湘、鄂等是我國(guó)主要的巖溶區(qū)。 我國(guó)地跨熱帶、亞熱帶和溫帶不同氣候區(qū)，我國(guó)地跨熱帶、亞熱帶和溫帶不同氣候區(qū)，形成不同氣候區(qū)獨(dú)特的巖溶類(lèi)型及特征。形成不同氣候區(qū)獨(dú)特的巖溶類(lèi)型及特征。我國(guó)南方地我國(guó)南方地區(qū)化學(xué)作用區(qū)化學(xué)作用為主為主, ,地貌地貌景觀(guān)以石芽、景觀(guān)以石芽、石柱峰叢、石柱峰叢、峰林峰林, ,大峽大峽谷谷, ,溶洞等溶洞等為特色。為特色。云臺(tái)山地處

8、位于河南省修武縣云臺(tái)山地處位于河南省修武縣 我國(guó)北方地我國(guó)北方地區(qū)氣溫低，區(qū)氣溫低，溶蝕速度要溶蝕速度要慢很多慢很多, ,水不水不是參與作用是參與作用的主要原因，的主要原因，而是以斷裂、而是以斷裂、崩塌等物理崩塌等物理因素為主的因素為主的破壞。破壞。 一方面一方面, ,巖溶地區(qū)形成優(yōu)美的自然風(fēng)景巖溶地區(qū)形成優(yōu)美的自然風(fēng)景. .充分充分利用巖溶洞穴作為地下工程等。利用巖溶洞穴作為地下工程等。 另一方面另一方面, ,生態(tài)環(huán)境脆弱，水旱及地質(zhì)災(zāi)害頻生態(tài)環(huán)境脆弱，水旱及地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。在該地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)常常會(huì)遇到一些繁發(fā)生。在該地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)常常會(huì)遇到一些特殊的工程地質(zhì)問(wèn)題。主要有：巖溶滲漏，引

9、發(fā)特殊的工程地質(zhì)問(wèn)題。主要有：巖溶滲漏，引發(fā)地區(qū)塌陷，造成坑道涌水、突水、滑落。地區(qū)塌陷，造成坑道涌水、突水、滑落。 據(jù)廣西39個(gè)巖溶山地縣統(tǒng)計(jì)，在已建的260座大水庫(kù)中，有明顯滲漏的（設(shè)計(jì)效益與實(shí)際效益相比低于80者）有92座。1.1.水利水電工程水利水電工程 廣西龍州縣金龍水庫(kù)巖溶滲漏廣西蘋(píng)果縣敢懷水庫(kù)巖溶滲漏3.3.地下工程地下工程 20002000年年4 4月月6 6日下午日下午4 4時(shí)時(shí)8 8時(shí)，洪山區(qū)青菱鄉(xiāng)烽火村地面塌陷。時(shí)，洪山區(qū)青菱鄉(xiāng)烽火村地面塌陷。陷坑陷坑1818個(gè)，最大陷坑長(zhǎng)個(gè)，最大陷坑長(zhǎng)6363米、深米、深6 67 7米；最小陷坑米；最小陷坑1 12 2長(zhǎng)，深小于長(zhǎng)，深小

10、于2 2米。米。 陷坑帶呈近東西向分布，散分在東西陷坑帶呈近東西向分布，散分在東西300300米、南北米、南北250250米的范圍內(nèi)。米的范圍內(nèi)。有有2 2棟民房完全倒塌，有棟民房完全倒塌，有1616棟民房出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂、破損。棟民房出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂、破損。該村該村196196戶(hù)、戶(hù)、990990余名村民無(wú)一人傷亡。余名村民無(wú)一人傷亡。 桂林至梧州市高速公路與桂林市外環(huán)高速路桂林至梧州市高速公路與桂林市外環(huán)高速路段相接處，發(fā)現(xiàn)大量巖溶塌陷。段相接處，發(fā)現(xiàn)大量巖溶塌陷。 這一罕見(jiàn)的巖溶地面塌陷群發(fā)生在位于臨桂這一罕見(jiàn)的巖溶地面塌陷群發(fā)生在位于臨桂縣會(huì)仙鎮(zhèn)馬面村以南約縣會(huì)仙鎮(zhèn)馬面村以南約2

11、2公里處正在施工的路基。公里處正在施工的路基。已發(fā)現(xiàn)有已發(fā)現(xiàn)有8585個(gè)塌陷溶洞，分布在個(gè)塌陷溶洞，分布在2 2公里長(zhǎng)新辟的路公里長(zhǎng)新辟的路基上，直徑最小為基上，直徑最小為1 1米，大至米，大至1010多米，最淺的為多米，最淺的為1 1米，最深的米，最深的3 3米多。米多。 （a a）開(kāi)）開(kāi)始沉下去始沉下去不久，注不久，注意昂貴的意昂貴的賽車(chē)掉入賽車(chē)掉入坑內(nèi)。坑內(nèi)。（b b）從）從空中看，空中看，這個(gè)坑幾這個(gè)坑幾乎完全對(duì)乎完全對(duì)稱(chēng)。稱(chēng)。（c c）堵）堵塞后的景塞后的景觀(guān)，落水觀(guān)，落水洞地區(qū)現(xiàn)洞地區(qū)現(xiàn)在成了一在成了一個(gè)城市公個(gè)城市公園園。一、巖溶塌陷的條件一、巖溶塌陷的條件 主要有： 發(fā)育有淺層

12、開(kāi)口巖溶洞、隙可溶巖。 一定厚度的松散覆蓋層，如松軟土層或破碎似松散體的基巖。 易于改變的地下水動(dòng)力條件。二、巖溶區(qū)特征二、巖溶區(qū)特征1巖溶發(fā)育程度分區(qū)巖溶發(fā)育程度分區(qū) 在了解區(qū)域巖溶發(fā)育與分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，綜合分析物探、鉆探及各項(xiàng)測(cè)試資料，研究確定巖溶的發(fā)育程度和分布特征，進(jìn)行巖溶發(fā)育程度分區(qū)。對(duì)于覆蓋巖溶區(qū)，劃分標(biāo)志主要考慮鉆孔巖溶率、鉆孔遇洞率、富水性及覆蓋層下隱伏巖溶形態(tài)的發(fā)育情況。2松散覆蓋層的巖性結(jié)構(gòu)類(lèi)型與厚度及其分布松散覆蓋層的巖性結(jié)構(gòu)類(lèi)型與厚度及其分布 研究確定覆蓋層巖性結(jié)構(gòu)類(lèi)型與分布特征及其厚度變化，進(jìn)行巖性結(jié)構(gòu)類(lèi)型與厚度分區(qū)。松散沉積物的厚度一般可分為以下四級(jí)： ?。汉穸?

13、0 m ； 中厚：厚度10 30 m ； 厚：厚度30 50 m ； 巨厚：厚度50 m 。3巖溶地下水的賦存狀態(tài)與動(dòng)力特征巖溶地下水的賦存狀態(tài)與動(dòng)力特征 確定巖溶水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，補(bǔ)、徑、排條件與分布特征，富水層（帶） 或主徑流帶的位置，巖溶水的水力狀態(tài)與動(dòng)力特征。通過(guò)不同時(shí)期等水位線(xiàn)圖，確定巖溶地下水的流向、坡降及其與其它類(lèi)型地下水和地表水的補(bǔ)排轉(zhuǎn)換關(guān)系。對(duì)覆蓋巖溶區(qū)，著重調(diào)查研究第四系潛水與巖溶水組成雙層含水層的分布及其特征。確定巖溶水動(dòng)力條件易變及其作用較活躍的地段，這些地段主要有：巖溶水主徑流帶、巖溶水排泄區(qū)或與地表水轉(zhuǎn)換密切的地段、第四系潛水和巖溶水雙層含水結(jié)構(gòu)分布的地段、水位較淺而變

14、幅較大或水位在基巖面附近波動(dòng)頻繁的地段、以及抽排水降落漏斗影響范圍內(nèi)等。三、巖溶塌陷的地質(zhì)模式三、巖溶塌陷的地質(zhì)模式 巖溶塌陷的地質(zhì)模式是其形成條件組合特征的概括，反映其形成條件的差異。其劃分主要考慮塌陷蓋層的巖性結(jié)構(gòu)、含水結(jié)構(gòu)、巖溶水位與基巖面及上覆土層水的關(guān)系。當(dāng)覆蓋層厚度變化較大時(shí)，還可按其厚度作進(jìn)一步劃分。巖溶塌陷地質(zhì)模式中各形成條件的組合因子列于下表，可根據(jù)實(shí)際的組合情況具體劃分， 并根據(jù)其分布確定主要的幾種地質(zhì)模式。巖溶塌陷地質(zhì)模式的組合因子巖溶塌陷地質(zhì)模式的組合因子第三節(jié)第三節(jié) 巖溶塌陷的成因巖溶塌陷的成因 形成塌陷的原因很多。如潛蝕、真空吸蝕、形成塌陷的原因很多。如潛蝕、真空吸

15、蝕、振動(dòng)、土體軟化、建筑荷載。目前認(rèn)識(shí)尚不一致。振動(dòng)、土體軟化、建筑荷載。目前認(rèn)識(shí)尚不一致。因當(dāng)?shù)貤l件不同，產(chǎn)生塌陷的原因而不同，也可能因當(dāng)?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?yàn)橹鲗?dǎo)，多種因素綜合作用的結(jié)果。是以一種原因?yàn)橹鲗?dǎo)，多種因素綜合作用的結(jié)果。 1 1、潛蝕作用、潛蝕作用潛蝕論是潛蝕論是18981898年俄國(guó)學(xué)者巴浦洛夫提出的，在年俄國(guó)學(xué)者巴浦洛夫提出的，在國(guó)內(nèi)外地質(zhì)界長(zhǎng)期被接受并加以應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外地質(zhì)界長(zhǎng)期被接受并加以應(yīng)用。在覆蓋型巖溶區(qū)，下伏存在溶蝕空洞，地下水在覆蓋型巖溶區(qū)，下伏存在溶蝕空洞，地下水經(jīng)覆蓋層向空洞滲流經(jīng)覆蓋層向空洞滲流( (或地下水位下降時(shí)，水力梯度

16、或地下水位下降時(shí)，水力梯度增大增大) )。在一定的水壓力作用下，。在一定的水壓力作用下，地下水對(duì)土體或空地下水對(duì)土體或空隙中的充填物進(jìn)行沖蝕、掏空隙中的充填物進(jìn)行沖蝕、掏空。從而在洞體頂板處。從而在洞體頂板處的土體開(kāi)始形成土洞的土體開(kāi)始形成土洞, ,隨著土洞的不斷擴(kuò)大，最終引隨著土洞的不斷擴(kuò)大，最終引發(fā)動(dòng)洞頂塌落發(fā)動(dòng)洞頂塌落。當(dāng)。當(dāng)土層較厚土層較厚或有一定深度時(shí)，可以或有一定深度時(shí)，可以形成形成塌落拱而維持上伏土層的整體穩(wěn)定塌落拱而維持上伏土層的整體穩(wěn)定。當(dāng)土堆較。當(dāng)土堆較薄時(shí)，土洞不能形成平衡。薄時(shí)，土洞不能形成平衡。2 2 真空吸蝕效應(yīng)真空吸蝕效應(yīng) 真空吸蝕論是我國(guó)徐衛(wèi)國(guó)等于真空吸蝕論是我

17、國(guó)徐衛(wèi)國(guó)等于19791979年提出的，年提出的，國(guó)內(nèi)也普遍接受這一論點(diǎn)。國(guó)內(nèi)也普遍接受這一論點(diǎn)。 巖溶網(wǎng)絡(luò)的封閉空腔（溶洞或土洞）中，當(dāng)巖溶網(wǎng)絡(luò)的封閉空腔（溶洞或土洞）中，當(dāng)?shù)氐叵滤淮蠓认陆迪滤淮蠓认陆档娇涨簧w層底面下時(shí)，到空腔蓋層底面下時(shí)，地下水由地下水由承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓, ,空腔上部便形成空腔上部便形成低氣壓狀態(tài)的真空，低氣壓狀態(tài)的真空，產(chǎn)生抽吸力產(chǎn)生抽吸力, ,吸蝕頂板的土顆粒吸蝕頂板的土顆粒. .同時(shí)內(nèi)外壓作用，同時(shí)內(nèi)外壓作用，覆蓋層表面出現(xiàn)一種覆蓋層表面出現(xiàn)一種“沖壓沖壓”作用，從而加速土體作用，從而加速土體破壞。破壞。3 3 壓強(qiáng)差效應(yīng)壓強(qiáng)差效應(yīng) 壓強(qiáng)差是指巖溶空腔

18、與松散介質(zhì)（或土洞）壓強(qiáng)差是指巖溶空腔與松散介質(zhì)（或土洞）接觸面上下側(cè)水、氣流體，因巖溶管道水位變化接觸面上下側(cè)水、氣流體，因巖溶管道水位變化而產(chǎn)生相應(yīng)的壓強(qiáng)差值而產(chǎn)生相應(yīng)的壓強(qiáng)差值. .4 4 自重效應(yīng)自重效應(yīng) 雨水入滲后，蓋層飽和容重比干容重一般增雨水入滲后，蓋層飽和容重比干容重一般增加加30%-40%30%-40%。使土拱承受更大的重量，導(dǎo)致塌陷。使土拱承受更大的重量，導(dǎo)致塌陷。5 5 浮力效應(yīng)浮力效應(yīng) 巖土體位于地下水位之中，當(dāng)?shù)叵滤幌陆祹r土體位于地下水位之中，當(dāng)?shù)叵滤幌陆禃r(shí)，除產(chǎn)生壓強(qiáng)差效應(yīng)外，土體的浮托力也隨之時(shí)，除產(chǎn)生壓強(qiáng)差效應(yīng)外，土體的浮托力也隨之減小，產(chǎn)生塌陷。減小，產(chǎn)生

19、塌陷。由于抽水引起灰?guī)r由于抽水引起灰?guī)r充填物的地下侵蝕充填物的地下侵蝕: :A.A.水位下降前的平水位下降前的平衡狀態(tài)；衡狀態(tài)；B.B.水位下降水位下降，隨著，隨著向上侵蝕過(guò)程使通向上侵蝕過(guò)程使通道被排空，出現(xiàn)活道被排空，出現(xiàn)活躍的地下侵蝕（潛躍的地下侵蝕（潛蝕進(jìn)入開(kāi)闊的洞蝕進(jìn)入開(kāi)闊的洞穴）；穴）；C.C.洞穴的洞穴的頂部逐漸頂部逐漸坍陷坍陷，可能短期內(nèi)，可能短期內(nèi)受鈣化礫石層的抑受鈣化礫石層的抑制；制；D.D.最后的拱頂坍陷，最后的拱頂坍陷，形成了被同心球狀形成了被同心球狀張力裂縫包圍的落張力裂縫包圍的落水洞水洞第四節(jié)第四節(jié) 巖溶塌陷穩(wěn)定性評(píng)價(jià)巖溶塌陷穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 巖溶塌陷穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)包括：塌

20、陷堆積體（簡(jiǎn)稱(chēng)塌陷體）、土洞及淺埋巖溶洞隙等三個(gè)方面的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。一、塌陷體的穩(wěn)一、塌陷體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)定性評(píng)價(jià) 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(dòng)情況等因素進(jìn)行定性評(píng)價(jià)見(jiàn)表。二、土洞穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)二、土洞穩(wěn)定性的評(píng)價(jià) （一） 土洞穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià) 土洞的穩(wěn)定性主要取決于土洞的發(fā)育狀況，還和它的埋藏深度有關(guān)。土洞的發(fā)育狀況可分為正在持續(xù)擴(kuò)展的土洞；正在間歇性地緩慢擴(kuò)展的土洞；處于休止?fàn)顟B(tài)的土洞和處于消亡狀態(tài)的土洞。其穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià)如下表。從表可見(jiàn)，處于休止?fàn)顟B(tài)的土洞其穩(wěn)定性主要取決于土洞頂板埋深或其與安全臨界厚度之比。前者作為定性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，是一個(gè)概略的經(jīng)驗(yàn)值

21、。由于缺乏系統(tǒng)深入的研究和資料積累，還難以充分考慮土體巖性結(jié)構(gòu)和性狀等因素的影響，尚待在今后的實(shí)踐中補(bǔ)充完善。（二）（二） 土洞穩(wěn)定性的半定量評(píng)價(jià)土洞穩(wěn)定性的半定量評(píng)價(jià) 主要是計(jì)算土洞頂板的安全臨界厚度。由于受勘探測(cè)試手段的限制，很難查清土洞的實(shí)際形態(tài)和取得完全符合實(shí)際的土體物理力學(xué)參數(shù)，因此其計(jì)算是半定量的。1成拱分析法（普羅特尼可夫塌落拱理論）成拱分析法（普羅特尼可夫塌落拱理論）當(dāng)洞隙頂板巖體被密集裂隙切割呈塊狀或碎塊狀時(shí)，或處于松散層中的土洞，可認(rèn)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(dān)（圖）。此時(shí)破裂拱高h(yuǎn) 為：式中，h 破裂拱高（安全臨界高度，m）； h0 洞隙高度（m

22、 ）； b 洞隙寬度之半（m）； 內(nèi)摩擦角（度）； f 堅(jiān)固系數(shù)（普氏系數(shù)）； R 巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度（M Pa）； n粘性土剪切面上的正壓力； c 土的粘聚力。A 天然拱；B 壓力拱；C 破壞拱2坍塌平衡法坍塌平衡法 土洞頂板土體的平衡條件（見(jiàn)圖）是：式中，G A B D C 土體自重； F 側(cè)壁摩擦阻力； H 0 極限平衡時(shí)的頂板厚度（安全臨界厚度）； D 土洞跨度； 土體密度； 側(cè)壓力系數(shù)； 內(nèi)摩擦角。如為圓形土洞，洞徑為D ，則：10101001101100113011.0511.15 1.20,1,31V KVVKKVVKKVF h VF hhhKVF h VF hhhK巖石的漲余

23、系數(shù)土層 巖石 假設(shè)為柱體， 假設(shè)溶洞為圓柱體，坍塌體為錐體3頂板坍塌堵塞法頂板坍塌堵塞法 對(duì)于頂板較破碎的洞隙或土洞頂板，在洞內(nèi)無(wú)水流搬運(yùn)遷移的情況下，坍落后其體積松脹，當(dāng)坍塌到一定高度時(shí)，洞體將被完全堵塞，此時(shí)可認(rèn)為洞體空間已被支撐，不再向上擴(kuò)展。其所需的坍塌高度（即安全臨界高度）h1 可估算如下：三、淺埋巖溶洞隙的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)三、淺埋巖溶洞隙的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)（一）（一） 淺埋巖溶洞隙穩(wěn)定評(píng)價(jià)的原則淺埋巖溶洞隙穩(wěn)定評(píng)價(jià)的原則 當(dāng)巖溶洞隙基巖頂板厚度過(guò)薄或軟弱破碎時(shí)，將會(huì)喪失穩(wěn)定而垮塌，如基巖埋藏較淺、覆土厚度不大，則可能造成地面塌陷，成為基巖塌陷。因此，對(duì)淺埋的巖溶洞隙，需要進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。確定

24、評(píng)價(jià)與否的洞隙埋深值，除主要受洞隙規(guī)模影響外，還受基巖埋深、覆土的巖性結(jié)構(gòu)與性狀及地下水位埋深等因素的影響， 一般可考慮為10 m 20 m 。當(dāng)上述因素的組合有利于洞隙的穩(wěn)定時(shí)，可考慮選用小值；當(dāng)各因素的組合不利時(shí)，可考慮選用大值。在一般情況下，也可考慮選用中間值15 m 。 洞隙穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)一般采用定性評(píng)價(jià)與半定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。定性評(píng)價(jià)是洞隙穩(wěn)定條件的地質(zhì)分析，是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)；半定量評(píng)價(jià)盡管計(jì)算方法比較嚴(yán)密，但限于條件的概化難以完全符合實(shí)際，其邊界和參數(shù)的確定也難以達(dá)到足夠的精度，因此只能起到補(bǔ)充和核對(duì)的作用。（二）（二） 洞隙穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià)洞隙穩(wěn)定性的定性評(píng)價(jià) 根據(jù)洞隙的穩(wěn)定條件和影

25、響穩(wěn)定的各種因素，綜合分析評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性見(jiàn)表。洞隙穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)洞隙穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)（三）（三） 洞隙穩(wěn)定性的半定量評(píng)價(jià)洞隙穩(wěn)定性的半定量評(píng)價(jià) 1洞隙頂板的安全厚度評(píng)價(jià)洞隙頂板的安全厚度評(píng)價(jià) 對(duì)于比較完整的微風(fēng)化堅(jiān)硬巖石組成的洞隙頂板，根據(jù)大量的洞隙地基工程實(shí)例調(diào)查統(tǒng)計(jì)，其安全厚度主要與洞跨有關(guān)，一般洞隙厚跨比 ， 即為穩(wěn)定安全，有的甚至可達(dá)到 。1hl0.5hl 2結(jié)構(gòu)力學(xué)近似分析法結(jié)構(gòu)力學(xué)近似分析法 （1） 按洞隙頂板抗彎厚度計(jì)算 按板梁受力情況，其受力彎矩按下列情況計(jì)算： A當(dāng)頂板跨中有裂縫，頂板兩端支座巖石堅(jiān)固完整時(shí)，按懸臂梁計(jì)逄： B當(dāng)裂隙位于支座處，而頂板較完整時(shí)，按簡(jiǎn)支梁計(jì)算： C若

26、支座和頂板巖石均較完整、裂隙膠結(jié)良好時(shí)，按兩端因定梁計(jì)算：214Mql218Mql2112Mql抗彎驗(yàn)算： （ 對(duì)于矩形梁： ）故 MW26bhW 6 Mhb式中，M 彎矩（kNm）； q 頂板所受總荷載，q q1 q2 q3 ； q1 頂板厚為h 的巖石自重（kNm）； q2 頂板覆土層自重（kNm）； q3 頂板上附加荷載（kNm）； l 洞隙跨度（m）； 彎曲應(yīng)力（kPa）； 抗彎強(qiáng)度（kPa），對(duì)灰?guī)r一般取抗壓強(qiáng)度的110 0125 ； b 梁板的寬度（m）； h 頂板巖層厚度（m）。（2） 按洞隙頂板抗剪的安全厚度驗(yàn)算： 由下列極限平衡條件計(jì)算頂板厚度h ：rvFGUh f式中，F(xiàn)上

27、部荷載傳至頂板的豎向力（kN）； G 頂板巖土自重（kN）； U 洞體頂板處平面周長(zhǎng)（m）； frv 頂板巖體的抗剪強(qiáng)度，對(duì)灰?guī)r一般取抗壓強(qiáng)度的0.06 0.13 （kPa）。 除上述計(jì)算公式外，應(yīng)用于土洞穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的成拱分析法，坍塌平衡法及坍塌堵塞法等計(jì)算公式，也可利用。一、 防治規(guī)劃 巖溶塌陷的防治應(yīng)在勘查成果的基礎(chǔ)上，制訂統(tǒng)一的防治規(guī)劃，按其輕重緩急，逐步實(shí)施，以取得最優(yōu)的效果。一）巖溶塌陷防治規(guī)劃的依據(jù)一）巖溶塌陷防治規(guī)劃的依據(jù) 1 . 巖溶塌陷的形成模式巖溶塌陷的形成模式 巖溶塌陷的形成模式包括塌陷的成因、形成條件和形成機(jī)理的主導(dǎo)效應(yīng)等三個(gè)因素，這是塌陷的“病根”。從而確定防治的對(duì)象

28、。 2 . 巖溶塌陷的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)分區(qū)巖溶塌陷的評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)分區(qū) 通過(guò)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)分區(qū)，了解巖溶塌陷可能發(fā)生發(fā)展的地段及其危險(xiǎn)程度，從而估計(jì)其危害性和防治的迫切性，確定防治的部位及布署。 當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與工程建設(shè)的現(xiàn)狀及其發(fā)展規(guī)劃。一方面，從中了解當(dāng)?shù)貙?duì)塌陷防治的需要及其程度；另一方面，也從中了解人為動(dòng)力因素在今后的變化及其對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，以便更好地預(yù)測(cè)塌陷的發(fā)展趨勢(shì)，使塌陷防治更能滿(mǎn)足資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)的需要。第五節(jié)巖溶塌陷防治第五節(jié)巖溶塌陷防治二）巖溶塌陷防治規(guī)劃的主要內(nèi)容n 巖溶塌陷的防治方案及其可行性論證。n 巖溶塌陷的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及預(yù)警系統(tǒng)。n 巖溶塌陷的預(yù)防措施。n 巖溶塌陷的治理措施。n 巖溶塌陷防

29、治工程的布署及其實(shí)施步驟與要求。n 巖溶塌陷防治工程的管理與質(zhì)量監(jiān)督。二、巖溶塌陷的預(yù)防巖溶塌陷的預(yù)防應(yīng)針對(duì)不同的塌陷形成模式和不同的工程類(lèi)型，分別采取不同的措施。一）城市及工業(yè)民用建筑地區(qū)的塌陷預(yù)防一）城市及工業(yè)民用建筑地區(qū)的塌陷預(yù)防 1工程建筑區(qū)的總體布置應(yīng)使主要建筑物避開(kāi)已有的土洞、塌陷地段，并盡量避開(kāi)極易塌陷的危險(xiǎn)區(qū)。 2對(duì)可能塌陷的地段， 做好地表排水設(shè)施，防止?jié)B漏，對(duì)具化學(xué)侵蝕性的污水，應(yīng)在嚴(yán)格處理后排放，以免腐蝕排水設(shè)施而滲漏。 3對(duì)城市及建筑區(qū)的抽水井（孔），應(yīng)統(tǒng)一嚴(yán)格管理，以地下水管理模型宏觀(guān)控制地下水位，按優(yōu)化采水方案和臨界水位控制井（孔） 距、抽水量和降深以及抽水井（孔）

30、 段。 4對(duì)塌陷危險(xiǎn)區(qū)的建筑物結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取防塌設(shè)計(jì)。防塌尺寸可根據(jù)當(dāng)?shù)匾阉拥膬?yōu)勢(shì)尺寸并考慮土層厚度影響加以修正。 5對(duì)塌陷危險(xiǎn)區(qū)已有的重要建筑物， 如其地基無(wú)可靠的防塌性能時(shí)， 可采取防塌的預(yù)處理措施。一般常用的方法是在建筑物地基的薄弱地段，采取鉆孔灌漿或旋噴樁加固處理。二）供水源地的塌陷預(yù)防二）供水源地的塌陷預(yù)防 建立地下水的管理模型，以塌陷作為約束條件，提出最優(yōu)的采水方案，包括以下措施： 1控制抽水井（孔） 布局，使井（孔） 距合理化。 2以臨界水位控制抽水量和降深。 3控制抽水層位和井（孔） 段深度，應(yīng)封淺采深。 4設(shè)置合理的井（孔） 管過(guò)濾器，防止或減少水流攜帶砂土顆粒進(jìn)入井（孔）

31、內(nèi)，導(dǎo)致土體流失而塌陷。 5制定合理的抽水制度，減少水位波動(dòng)的頻率和變幅。如盡量避免時(shí)抽時(shí)停，使水位劇烈波動(dòng)；水位降深由小到大，緩慢下降，避免一次性大降深抽水。三）疏排水礦區(qū)塌陷的預(yù)防三）疏排水礦區(qū)塌陷的預(yù)防 疏排水礦區(qū)的塌陷預(yù)防，關(guān)鍵是解決礦坑疏干排水強(qiáng)度、井下突水和地表水倒灌問(wèn)題。 1以臨界水力坡降控制疏排水強(qiáng)度， 避免強(qiáng)排疏干，以防止地下水位突然大幅度下降，出現(xiàn)過(guò)大的水力坡降。應(yīng)采取緩排穩(wěn)排方法，使水位緩慢下降、降落漏斗緩慢擴(kuò)展，使其水力坡降控制在臨界范圍內(nèi)。 2對(duì)于井巷的采掘，應(yīng)采取超前探水與掌子面封堵出水點(diǎn)的措施，防止突水；對(duì)于突水點(diǎn)，應(yīng)采用封堵突水點(diǎn)，并安設(shè)帶閘門(mén)導(dǎo)管，化突水為人工

32、控制放水。 3對(duì)地表河流可能塌陷倒灌的地段，可根據(jù)具體情況， 采取混凝土鋪底，填堵塌陷坑、落水洞，圍截塌陷坑、落水洞或改河道等措施。 4在地下水主要逕流方向上，選擇較狹窄的過(guò)水?dāng)嗝?，設(shè)置灌漿帷幕截?cái)嗟叵滤瓤蓽p少疏排水量，又可把疏干降落漏斗限制在小范圍內(nèi)，避免或減少大范圍的塌陷。以上措施也適用于交通隧洞、人防工程等地下工程建筑的塌陷預(yù)防。四）水庫(kù)塌陷的預(yù)防四）水庫(kù)塌陷的預(yù)防 水庫(kù)塌陷的預(yù)防主要是解決庫(kù)水滲漏和巖溶管道水氣壓力變化引起塌陷的問(wèn)題。 1壩前及庫(kù)底人工鋪蓋，可防止或減少庫(kù)底裂隙性滲漏，可防止或減緩塌陷的產(chǎn)生。但對(duì)于存在管道性滲漏的庫(kù)底則無(wú)效。 2對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)的落水洞或塌陷漏斗進(jìn)行圍截或

33、填堵。前者效果較好但有時(shí)工程量過(guò)大；后者易受其下巖溶管道水氣壓力的活動(dòng)而破壞失效，應(yīng)與通氣調(diào)壓措施配合使用。 3對(duì)庫(kù)內(nèi)的巖溶管道系統(tǒng)設(shè)置通氣調(diào)壓裝置，可防止塌陷的發(fā)育。 4對(duì)于有滲漏現(xiàn)象的壩基， 在長(zhǎng)期的滲透潛蝕作用下可能產(chǎn)生壩基塌陷造成毀壩的嚴(yán)重事故。應(yīng)采取帷幕灌漿以阻止?jié)B漏。對(duì)于壩基基巖接觸面上的溶溝、溶槽未作徹底處理而產(chǎn)生滲漏時(shí)，應(yīng)在上游面沿壩基開(kāi)挖清理作截水墻，并沿基巖接觸面作固結(jié)灌漿。五）交通干線(xiàn)的塌陷預(yù)防五）交通干線(xiàn)的塌陷預(yù)防 1在可能塌陷地段，設(shè)置完善的地面排水系統(tǒng)，以避免在其附近產(chǎn)生地表水的強(qiáng)烈滲漏，引起塌陷。 2在可能塌陷地段的兩側(cè)一定范圍內(nèi)設(shè)置防護(hù)帶，禁止人工抽、排水活動(dòng)。防護(hù)帶的范圍應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膸r溶水文地質(zhì)條件和抽、排水點(diǎn)的具體情況確定，以地下水人工流場(chǎng)的變化不致引起塌陷為原則。 3對(duì)通過(guò)有塌陷危險(xiǎn)的地段，可采用鉆孔注漿加固結(jié)合地面排水的預(yù)處理措施。如成昆線(xiàn)對(duì)其中可能產(chǎn)生巖溶塌陷的197.4km 地段，進(jìn)行了以綜合物探為主與部分鉆探驗(yàn)證相結(jié)合的巖溶復(fù)查工作，查出異常點(diǎn)2817 處，對(duì)其中最危險(xiǎn)的異常點(diǎn)，采取了以鉆孔注漿加固為主，結(jié)合地面排水的整治措施。其主要經(jīng)驗(yàn)如下： （1） 注漿深度：對(duì)溶隙、溶蝕破碎帶在基巖面以下5 m ；對(duì)溶洞10 15 m 。 （2） 注漿孔距5 m 。 （3） 注漿壓力：基巖0.3 0.4 M Pa ，不小于0.3 M