覆蓋型巖溶區(qū)土洞塌陷機制及其穩(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)濟損失。巖溶土洞塌陷災害研究在機理和治理方面較多且趨于成熟,但其穩(wěn)定性研究卻嚴重滯后。許多學者側重于對單一塌陷機理作出分析,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)定性評價入手,而對局部穩(wěn)定性研究較少。因此,對巖溶塌陷成因機制及穩(wěn)定性研究有著非常重要的實踐意義和經(jīng)濟意義。
　　本文分析并總結了巖溶塌陷的影響因素及形成機制,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)土洞塌陷機制的定性分析和潛蝕發(fā)生的臨界水力梯度定量計算。本文以研究土洞塌陷為基礎,模擬分析土洞周圍土體的受力情況,并對土洞、塌陷進行常見的灌漿處理。本文主要做了以下幾方面的工作:
　　1.總結了巖溶地面塌陷的地質環(huán)境以及影響因素,并對土洞穩(wěn)定性評價作出詳細的綜述。
　　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.對土洞塌陷機制進行深入分析,以粉砂土顆粒為研究對象,基于流體力學原理建立模型,提出滲流潛蝕破壞時的臨界水力梯度計算公式,并通過實例加以說明潛蝕發(fā)生的初始條件。
　　4.不同物理力學性質的土體具有不同的工程地質特性,通過粉砂土顆粒搬運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的連結力因而較難發(fā)生潛蝕,進一步說明不同性質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。從彈塑性力學出發(fā),分析土洞洞壁周圍土體的應力狀態(tài),得出不同破壞型式的塌陷機理。
　　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,進行數(shù)值模擬。土洞頂板厚度變化與應力存在一定關系,當頂板厚度增大至3.2m時的最大主應力最小為132.1kPa。土洞洞徑變化與應力的關系卻不明顯,模