覆蓋型巖溶區(qū)土洞塌陷機(jī)制及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、近年來,巖溶區(qū)地面塌陷屢見不鮮,尤其是覆蓋型巖溶區(qū)土洞塌陷給人民帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。巖溶土洞塌陷災(zāi)害研究在機(jī)理和治理方面較多且趨于成熟,但其穩(wěn)定性研究卻嚴(yán)重滯后。許多學(xué)者側(cè)重于對單一塌陷機(jī)理作出分析,而忽略了之間的相互作用;頂板穩(wěn)定性研究方面也多從整體穩(wěn)定性評價(jià)入手,而對局部穩(wěn)定性研究較少。因此,對巖溶塌陷成因機(jī)制及穩(wěn)定性研究有著非常重要的實(shí)踐意義和經(jīng)濟(jì)意義。
　　本文分析并總結(jié)了巖溶塌陷的影響因素及形成機(jī)制,介紹了在巖溶塌陷方

2、面的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展方向。桂林作為典型巖溶地區(qū),其土洞、塌陷分布范圍廣、數(shù)量多、危害也較大。以桂林地區(qū)為例,探討了覆蓋型巖溶區(qū)土洞塌陷機(jī)制的定性分析和潛蝕發(fā)生的臨界水力梯度定量計(jì)算。本文以研究土洞塌陷為基礎(chǔ),模擬分析土洞周圍土體的受力情況,并對土洞、塌陷進(jìn)行常見的灌漿處理。本文主要做了以下幾方面的工作:
　　1.總結(jié)了巖溶地面塌陷的地質(zhì)環(huán)境以及影響因素,并對土洞穩(wěn)定性評價(jià)作出詳細(xì)的綜述。
　　2.地下水作為巖溶塌陷的主要動力

3、條件,在整個土洞形成、發(fā)育乃至塌陷階段都是最重要的影響因素。潛蝕理論、真空吸蝕理論、崩解理論、壓強(qiáng)差理論等都與地下水有著密不可分的聯(lián)系。
　　3.對土洞塌陷機(jī)制進(jìn)行深入分析,以粉砂土顆粒為研究對象,基于流體力學(xué)原理建立模型,提出滲流潛蝕破壞時(shí)的臨界水力梯度計(jì)算公式,并通過實(shí)例加以說明潛蝕發(fā)生的初始條件。
　　4.不同物理力學(xué)性質(zhì)的土體具有不同的工程地質(zhì)特性,通過粉砂土顆粒搬運(yùn)能力來確定潛蝕是無粘性土層中重要的破壞形式。由于粘

4、性土顆粒之間非常強(qiáng)的連結(jié)力因而較難發(fā)生潛蝕,進(jìn)一步說明不同性質(zhì)的土體有著不一樣的破壞形式和塌陷理論。
　　5.探討局部破壞形式土洞的穩(wěn)定性。從彈塑性力學(xué)出發(fā),分析土洞洞壁周圍土體的應(yīng)力狀態(tài),得出不同破壞型式的塌陷機(jī)理。
　　6.以桂林典型巖溶區(qū)土洞為研究對象,建立有限元土洞模型,進(jìn)行數(shù)值模擬。土洞頂板厚度變化與應(yīng)力存在一定關(guān)系,當(dāng)頂板厚度增大至3.2m時(shí)的最大主應(yīng)力最小為132.1kPa。土洞洞徑變化與應(yīng)力的關(guān)系卻不明顯,模