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2022年  第41卷  第1期

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灾害地质
湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶发育特征及其构造控制
姜文, 柏道远, 尹欧, 杨帆, 彭祖武, 钟响, 李彬, 李银敏
2022, 41(1): 1-12. doi: 10.11932/karst2021y39
摘要:
湘中灰山港—煤炭坝地区岩溶塌陷发育,但对该地区岩溶发育总体特征及地质背景尚缺乏全面、深入地研究。文章依托1∶5万区域地质调查项目,结合相关资料,对该地区岩溶发育特征及其构造控制条件进行研究与总结。研究区可溶岩主要属于上古生界,少量发育于白垩系—古近系底部。地层潜在岩溶发育强度依次为马平组>大埔组>栖霞组和茅口组>百花亭组(仅指其中的灰岩质砾岩)>大隆组。平面上可划分为裸露型、覆盖型和埋藏型3种类型岩溶区,其中覆盖型岩溶区可进一步划分为强、中、弱3类。覆盖型和埋藏型岩溶区垂向上可分为浅部岩溶发育带、中部溶洞裂隙发育带和深部岩溶弱发育带。二叠统东吴抬升,中三叠世以来多次挤压和白垩纪—古近纪区域伸展等构造事件形成的褶皱、不同方向断裂裂隙系统、盆地基底构造,以及古近纪以来的差异升降运动等控制了岩溶发育特征。岩溶作用具有三个演化阶段:第一演化阶段形成龙潭组之下的溶孔、溶洞等古岩溶形态;第二演化阶段形成了岩溶低丘地貌;第三演化阶段形成覆盖型岩溶地貌。
地面核磁共振测深方法在武汉市岩溶地面塌陷探测中的应用研究
刘道涵, 张欣, 何军, 邬健强, 刘磊
2022, 41(1): 13-20. doi: 10.11932/karst20220101
摘要:
岩溶地面塌陷是隐伏岩溶区常见的地质灾害类型之一,是制约武汉市城市规划和建设的重大地质环境问题。地下水对岩溶地面塌陷的形成和发展发挥着至关重要的作用,地面核磁共振测深方法是目前唯一直接探测地下水的地球物理方法,对地下水探测具有独特优势。本文介绍了地面核磁共振测深方法在探测岩溶塌陷区地下含水层方面的潜力,并在武汉市岩溶塌陷区内外开展了探测实验,结果表明:地面核磁共振测深反演的含水量参数可辅助划定含水层顶底板埋深,确定含水层厚度,并量化含水层富水性特征;弛豫时间参数指示了含水层孔隙度大小,可为岩溶发育程度、岩溶裂隙充填情况等提供参考。结合钻孔资料,验证了地面核磁共振测深方法在岩溶塌陷区地下含水层探测中的可行性。
基于AHP和GIS技术的湖南怀化地区岩溶塌陷易发性评价
吴远斌, 刘之葵, 殷仁朝, 雷明堂, 戴建玲, 罗伟权, 潘宗源
2022, 41(1): 21-33. doi: 10.11932/karst2021y44
摘要:
湖南省怀化市为新兴区域交通枢纽城市,在近年来的大量工程活动影响下,城区发生多起岩溶塌陷灾害,对当地人民群众生命财产安全和城市发展造成较大威胁。依托岩溶塌陷专项地质调查成果,选择岩溶发育程度、到断层的距离、土层结构、土层厚度、岩溶水位波动幅度、岩溶水位与基岩面关系、地下水开采强度、岩溶塌陷密度8个因素作为评价因子,运用层次分析法建立岩溶塌陷易发性多因素判别模型,并系统研究各因素对岩溶塌陷形成的影响作用,确定各因素权重赋值。在此基础上,运用地理信息系统(GIS)技术,对怀化地区进行岩溶塌陷易发性评价,结果显示:怀化地区岩溶塌陷高、中易发区面积分别为107.48 km2、157.13 km2,分别占易发区总面积的34.7%、50.7%;区内穿越岩溶塌陷高易发区、中易发区的各类交通线路长度分别为16.4 km、88.9 km,占穿越易发区总线路长度的12.9%和69.9%,受岩溶塌陷地质灾害威胁较大。
深埋公路隧道溶洞处置效果分析与隧道结构响应规律研究
崔炫, 胡强
2022, 41(1): 34-46. doi: 10.11932/karst2022y001
摘要:
卡罗Ⅱ号隧道为贵州省平塘至罗甸高速公路控制工程,施工时揭示溶洞发育于右幅隧道的拱底部位,左右线隧道中部岩柱薄易于坍塌,特提出洞渣回填以及桥梁跨越两种处置手段并在技术及经济方面进行比选,综合确定洞渣回填为该溶洞处理方式。为验证回填方案的合理性,以有限元软件Midas GTS建立溶洞回填前后隧道开挖施工模型,分析出溶洞处理前后围岩位移、锚杆轴力以及围岩塑性区变化规律,同时监测典型断面的累计拱顶沉降、收敛变形情况,结果表明:溶洞回填后,围岩位移、锚杆轴力峰值有较大降低,中部岩柱以及下部溶腔塑性区发展由于回填得以控制,溶洞回填可有效抑制围岩变形,施工期间也并未出现突泥、涌水灾害事故,其回填方案有较高的可行性。
龙门县某石灰岩采石场帷幕止水工程及注浆效果评价
汤振, 蒋小珍, 陈立根, 雷明堂, 马骁, 吴晟堂
2022, 41(1): 47-58. doi: 10.11932/karst20220102
摘要:
龙门县石灰岩储量丰富,是广东省最大水泥生产基地之一。采石产业带动当地经济快速发展的同时产生了一系列环境地质问题。某石灰岩采石场前期对矿区环境地质条件研究程度不足,在开采过程中意外揭穿断裂F1控制的岩溶导水裂隙带,北侧地下水向采坑排泄,涌水量约3 000 m3 d-1。随着地下水位的下降,矿区北部陆续产生17处岩溶塌陷,引起多座房屋开裂,对当地居民的生产生活安全造成威胁。文章基于地面岩溶水文地质调查,运用地球物理勘探和钻探等方法,探明该区域地下岩溶发育分布特征,制定帷幕止水方案,并采用综合检测方法(高密度电阻率法、钻孔抽芯、压水试验和地下水位动态监测)对帷幕的注浆效果进行评价。帷幕两侧地下水位动态监测可以综合反映止水效果及其随时间的变化,建议保留监测设备,继续做好监测工作。检测结果表明,浆液基本完成对帷幕轴线方向上溶洞、岩溶管道、裂隙的填充,帷幕两侧形成稳定的水位差,涌水点的流量明显减小,帷幕的止水效果显著。
桩前溶洞对抗滑桩嵌固端稳定性影响物理模型试验研究
刘孟瀚, 范秋雁, 李天雨, 李武奇, 梁家珲, 韩进仕
2022, 41(1): 59-66. doi: 10.11932/karst2021y12
摘要:
随着抗滑桩在工程中的大量运用,岩溶区抗滑桩嵌固端稳定性问题日益突出。当抗滑桩桩前存在溶洞时,溶洞在水平荷载下可能会发生变形,导致抗滑桩嵌固端失去稳定性。本文基于相似模型理论,建立了抗滑桩嵌岩段桩前存在两种不同形状溶洞(长轴方向水平和长轴方向竖直)试验模型。利用水平加载试验,针对椭圆形桩前溶洞对抗滑桩嵌固端的稳定性影响进行了研究,获得以下相关结论:溶洞长轴方向为竖直的试验模型嵌岩体变形分为弹性变形、裂纹稳定扩展及加速扩展三个阶段,加载到破坏荷载时溶洞顶板产生隆起破坏,最终形成的顶板处破坏断面与水平方向成45°左右;桩前溶洞长轴方向为水平的试验模型在达到溶洞长轴方向为竖直的模型破坏荷载增大一级荷载时,嵌固端保持整体稳定;相比于横长轴溶洞,纵长轴溶洞的存在更显著的降低了抗滑桩嵌固端的承载力,且溶洞顶板厚度越小,对抗滑桩嵌固端承载力影响越大,破坏形式为溶洞顶板受压破坏;基于极限平衡法,提出了桩前存在溶洞时嵌固端承载力验算方法,并对验算方法进行了验证。
重庆中梁山岩溶地面塌陷特征及形成机理
周正, 李大华, 廖云平, 林军志, 张烨, 陈洪凯, 祁永爱, 王贺
2022, 41(1): 67-78. doi: 10.11932/karst20220103
摘要:
通过详细调查重庆中梁山地区的岩溶地面塌陷灾害情况,分析出该区地面塌陷特征及形成机理。结果表明:岩溶地面塌陷主要分布在嘉陵江组中的地势低洼处、断层和溶槽处,多发生在降雨量大和地下水水位陡降时期,是自然因素和人类活动共同作用下的结果,数量较多,以土洞型为主;其致塌的力学机制以真空吸蚀作用和潜蚀作用为主,多种作用为辅;在具备岩溶塌陷发生的地质条件下,隧道建设过程中的强排水、降雨和村级公路修建与运营过程中会诱发岩溶地面塌陷的发生。根据岩溶地面塌陷的致塌力学机制和诱发因素,提出预防降雨形成的地表水过度聚集,隧道建设避免地下水陡降,村级公路和隧道选址避开岩溶发育区域等措施,以防止岩溶地面塌陷发生。
基于地理探测器与层次分析法的岩溶地面塌陷易发性评价——以重庆中梁山地区为例
王桂林, 强壮, 曹聪, 陈瑶, 郝晋渝
2022, 41(1): 79-87. doi: 10.11932/karst2021y08
摘要:
岩溶地面塌陷作为我国西南地区主要地质灾害类型之一,已成为影响该地区经济发展的重要因素,建立符合地区特征的岩溶地面塌陷易发性评价模型,可为塌陷的防治提供指导。文章以重庆市中梁山地区为研究区,以327个塌陷点为样本,基于GIS技术和地理探测器方法,对研究区三组样本点进行因子探测,定量化筛选出影响较大的评价因子,并采用层次分析法对岩溶地面塌陷易发性做出评价。结果显示:随着样本点数量变化,影响因子的解释度q值排序存在差异,然而三组数据中,各因子对岩溶塌陷的贡献大小排序始终是地层类型、地层富水性、距隧道距离、高程和坡度;基于地理探测器—层次分析法相结合的岩溶塌陷易发性评价结果预测精度达89.88%,高易发区主要在岩溶槽谷区嘉陵江组和大冶组地层分布地段。
文山小河尾水库岩溶渗漏水文地质条件与管道位置识别
刘天云, 罗锐恒, 胡顺强, 赵永宾, 潘晓东, 刘伟
2022, 41(1): 88-99. doi: 10.11932/karst20220104
摘要:
小河尾水库是云南省文山州重要的集中式饮用水水源地,承担着22万人饮水供应任务,长年受到渗漏病害问题困扰。文章在水文地质调查基础上,提出小河尾水库岩溶渗漏水文地质条件的新认识:泥盆系坡折落组硅质岩和榴江组硅质岩构成南北两侧隔水边界,中间厚约40米的分水岭组灰岩构成渗漏条带,一NE-SW向压扭性逆断层F1构成西侧隔水边界,库水主要向东北侧渗漏。采用大功率充电法和音频大地电磁法2种物探方法探测岩溶渗漏管道位置和深度,并实施钻孔验证,综合分析水文地质调查、物探和钻探成果,认为在分水岭组灰岩与上部榴江组硅质岩、下部坡折落组硅质岩岩性接触带附近分别存在强岩溶渗漏带,并分析2处强岩溶渗漏带分布特征、规模和充填性质,为小河尾水库渗漏治理提供依据,为以后岩溶地区类似水库渗漏病害问题调查治理提供借鉴。
节理裂隙发育岩溶地基数值模拟稳定性分析
刘自强, 马洪生, 牟云娟
2022, 41(1): 100-110. doi: 10.11932/karst20220105
摘要:
岩溶一直是困扰工程建设的大问题,对工程地基稳定性有着重大影响。为了有效获取节理裂隙发育溶洞地基稳定性相关参数,本文以西南某机场节理裂隙发育溶洞地基为研究对象,结合现场勘查,定性分析岩溶影响因素及发育规律,通过ABAQUS非线性有限元数值模拟计算和定量分析,探讨外荷载下节理裂隙对岩溶地基的影响,评价岩溶地基稳定性状况。分析结果表明:溶洞塑性破坏主要发生在溶洞两侧和节理裂隙处拉应力较大的部位,溶洞顶板厚度大于5 m时是稳定的。数值模拟结论和定性分析结果具有很好的一致性,为后续溶洞地基处理设计提供有力数据支撑。
水文地质
西南岩溶山区地下水资源评价方法对比研究——以寨底地下河流域为例
杨杨, 赵良杰, 潘晓东, 夏日元, 曹建文
2022, 41(1): 111-123. doi: 10.11932/karst20220106
摘要:
西南岩溶山区地下水资源丰富,查清地下水资源量是科学管理水资源的基础,岩溶山区地下水资源量的评价方法多样,计算过程不同,进而评价结果也存在差异。本文选择寨底地下河流域为研究对象,采用四种不同的评价方法(总排泄量法、基流分割法、径流模数法、数值模型法)对流域地下水资源量进行评价,分析各方法的评价机理和流程,研究其主要影响因素,并对其适用性进行讨论。结果显示:针对西南岩溶石山地区,基流分割法简单快捷,适用于枯季地下水资源量评价,在雨季地下水资源量评价中存在一定不足;总排泄量法的评价结果较为准确,但资料获取难度大,且成本较高;数值模拟法运算高效,但需要大量的前期调查研究数据资料;径流模数法操作性较强,对岩溶山区具有较强的适用性,但参数的选择存在一定的不确定性,对评价结果影响较大。确定计算参数是水资源评价中的关键步骤,通过实测流量反推和灰色聚类法,可提高参数精度和计算效率。
岩溶场地地表水体对抗浮水位影响及取值研究
胡政, 田茂中
2022, 41(1): 124-132. doi: 10.11932/karst2021y14
摘要:
文章针对贵州山区岩溶场地中,近湖泊或水库分布场地、靠河流岸边场地、河湾场地、河流三角地场地等4种不同地表水体场地的抗浮水位取值进行了研究,得到如下结论:①抗浮水位取值可通过:勘察期间场区地下水最高水位(Hkmax)、可能的意外补给造成该层地下水位的变幅值(ΔH0)、该层地下水相对勘察时的最大变幅值(ΔHe)三者之和求得;②近湖泊或水库分布场地抗浮水位取值可以利用反推法或经验法获得。通过场地与湖(库)水水力比降反推在洪水期场地的最高地下水位;靠河流岸边场抗浮水位取值应以历史最高洪水位为基础,根据场区岩溶发育程度、建筑物与河流距离及水力比降综合分析确定,抗浮水位应在历史最高洪水位基础上增加0.5~1.0 m为宜;河湾地段场地抗浮水位取值应查明历史最高洪水位、水力坡降和场地岩体完整性、岩溶发育程度及规模,在岩体透水性、岩溶贯通好的场地增加0.5~1.0 m应较为宜;河流三角地段抗浮水位取值应确定地下径流方向、与河流间的水力比降及工程位置的最高水位,在岩体透水性、岩溶贯通好的场地增加0.5~1.0 m应较为适宜。
滇东南南洞地下河系统源区洞穴特征及其成因演化机制
潘玉峰, 吴建标, 李社宏, 潘明
2022, 41(1): 133-142. doi: 10.11932/karst20220107
摘要:
滇东南岩溶地貌发育,岩溶洞穴是该区典型空洞体系。文章以滇东南南洞地下河系统源区典型岩溶洞穴为研究对象,基于地学理论和地球化学分析,对该区地貌特征、成因及演化机制开展科学研究。研究表明,NW向的张性断裂、区内可溶部分最高个旧组碳酸盐岩以及杨柳河向西流动的水动力作用是南洞地下河系统源区洞穴发育的主要成因;全新世中期6 kaBP以来,该地区洞穴演化过程经历了三个阶段,其中,主体形成时间为6~4 kaBP;此外,建立石洞洞穴与地下河发育模式。本次研究对南洞地区地下水资源评价具有实际意义。
洞穴旅游
近1 000年来百年尺度亚洲季风降水变化和太阳活动的机制联系
崔英方, 赵侃, 邵晓华, 陈仕涛, 汪永进
2022, 41(1): 143-152. doi: 10.11932/karst20220108
摘要:
太阳活动与地球气候系统之间的关系一直是全球变化研究的热点,但是对于两者联系机制的认识仍存在不足。本文选取贵州董哥洞高分辨率和高精度定年的石笋氧同位素(δ18O)记录,探索近1 000年以来亚洲夏季风降水、北半球温度与太阳活动之间的关系,进而探讨亚洲夏季风的变化机制。通过功率谱和小波分析,发现太阳活动,北半球温度和亚洲季风变化均存在显著的准200年周期行为。进一步提取并函数拟和准200年周期信号,对比发现太阳活动和北半球温度变化呈现同相位联系,但与亚洲季风变化呈现反相位关系,这一结果也得到了交叉谱分析结果的支持。上述对比结果支持太阳辐射变化调控北半球温度变化的观点,同时,揭示了太阳活动影响亚洲季风变化的复杂性。地球气候系统内部驱动机制和人类活动影响有可能调节或者改变太阳辐射与亚洲季风之间的联系机制。随着人类活动加强,尤其是温室气体排放加剧,很有可能影响对流层径向温度梯度的变化,从而增加亚洲季风变化预测的不可预知性。
基于地面激光扫描的喀斯特洞穴制图研究
周文龙, 高占冬, 李辉, 李坡, 贺卫, 熊康宁
2022, 41(1): 153-164. doi: 10.11932/karst20220109
摘要:
近年来,地面激光扫描在喀斯特洞穴领域的应用与研究日益广泛,其高精度测量与多样化的成果表达方式相较于传统手段优势明显。它不仅可以全方位记录洞穴要素并进行虚拟化展示,还可以构建洞道和沉积景观模型,最为关键的是毫米级的误差精度对于喀斯特洞穴空间形态计量研究有着革命性的突破,那么该如何通过海量点云精确绘制洞穴图并对洞穴要素进行制图表达成为首要解决的问题。本文以贵州潜龙洞为例,通过对三维激光点云进行处理,辅以第三方软件绘制潜龙洞平面图、剖面图和横断面图,并对洞穴要素图像化自动提取与制图表达进行探讨,对于提高洞穴制图精度、规范洞穴制图标准、科学构建洞穴地理空间数据库以及指导洞穴合理规划与开发等方面将有着重要意义。

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《中国岩溶》编辑部
2022年4月20日