基于模型试验的阻-透型岩溶塌陷演化过程与机理研究

作     者：王英 肖先煊 许模 WANG Ying;XIAO Xianxuan;XU Mo

作者机构：成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第21卷第11期

页      面：4815-4826页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 07[理学] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0705[理学-地理学] 070501[理学-自然地理学] 

基　　金：四川省科技计划项目(2021YJ0320) 

主　　题：阻-透型盖层 地下水位下降 物理模拟试验 判别模型 岩溶塌陷机理 

摘      要：地下水位下降是诱发地面塌陷的关键因素之一。为研究地下水位下降触发岩溶地面塌陷的过程和机理,以塌陷区上阻下透结构盖层(上层为黏性土、下层为砂性土)的典型塌陷坑为研究对象,通过室内土工试验获取了盖层土体的物理力学性质和水理性质参数,并在室内构建地质物理模型,设计符合现场实际的5组试验工况,探讨不同排水速率条件下的溶洞内真空负压变化与盖层表面变形的本质关系。基于极限平衡理论分析盖层的受力特征,提出盖层稳定性的判别模型。并利用判别模型对物理模拟试验结果进行验证,显示两者总体吻合。研究结果表明:1)盖层表面变形、塌陷与溶洞内地下水位下降速率关系密切。当盖层处于塌陷临界状态时,溶洞内真空压强到达峰值,地下水位下降速率到达谷值,孔隙水压力出现“倒V形曲线段。2)地下水位下降产生的渗透压力、真空吸蚀力是触发此类岩溶地面塌陷的关键因素,控制着盖层的变形和演化行为。3)致塌力、抗塌力均随地下水位的下降而增大,当地下水位的初始下降速超过临界值8.9×10^(-3)m/s时,产生的致塌力超过抗塌力,塌陷发生。塌陷演化过程总体可划分为盖层逐渐向下变形和突然失稳塌陷2个阶段。研究成果具有一定合理性和参考意义,可为塌陷区防灾减灾工作提供重要技术支撑。