李海涛;陈邦松;杨雪;胡伏生;房浩
串联电路和并联电路【摘 要】夏雨和张一山什么关系岩溶塌陷是影响和制约岩溶地区社会、经济发展的主要环境地质问题之一，在我国也不例外。岩溶塌陷监测是岩溶塌陷地质灾害防治中重要内容之一。通过岩溶塌陷监测，可以掌握溶洞随时间的发展变化过程，包括大小、位置、应力强度等，进而为岩溶塌陷预测提供基础数据支撑，避免造成人员和财产损失。本文系统地介绍了目前国内外针对岩溶塌陷问题开展的主要监测工作。从岩溶塌陷的分布规律和形成的3大条件出发，总结出岩溶塌陷监测的内容和相对应的监测技术、方法和手段，为系统性地开展岩溶塌陷监测工作提供技术和方法参考，为更深入地研究岩溶塌陷机理等提供基础支撑。最后，文章指出未来岩溶塌陷监测工作的重点是新兴技术手段和传统监测方法相结合，互补优劣。%The karst collapse is one of the main environmental geological problems,which affects and restricts the social and economic development in karst area.Through monitoring,the changing process of karst caves can be observed.It includes extent,location and stress.Further,the monitoring data can provide data support for prediction of karst collapse and avoiding disaster.This paper sy
stematically introduces the main monitoring work according to the problem of karst collapse.In order to systematically provide the references of karst collapse monitoring techniques and methods,and to provide basic support for mechanism research of karst collapse,we propose the monitoring contents and corresponding monitoring techniques,methods and means.In the end,it is pointed out that the focus of monitoring for karst collapse in the future is to combine the advanced and traditional monitoring techniques together.
【期刊名称】1秒多少毫秒《工程地质学报》
注册谷歌账号【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】9页(P126-134)
【关键词】岩溶塌陷;分布规律;监测内容;监测技术方法
【作 者】李海涛;陈邦松;杨雪;胡伏生;房浩
【作者单位】中国地质环境监测院 北京 100081;中国地质大学 北京 水资源与环境学院 北京 100083;中国地质大学 北京 水资源与环境学院 北京 100083;中国地质大学 北京 水资源与环境学院 北京 100083;中国地质环境监测院 北京 100081; 北京师范大学水科学研究院 北京 100875
【正文语种】中 文
【中图分类】TU463
全球有16个国家存在严重的岩溶塌陷问题，我国是其中之一。我国岩溶面积为346.3×104 km2，占国土面积的1/3以上，岩溶塌陷分布十分广泛(图1)(李瑞敏等，2007)。从东北贯穿到西南，据不完全统计，除上海、宁夏、新疆等地外，有24个省(市、区)内共发生岩溶塌陷2841处，塌陷坑有40119个。其中以南方的桂、黔、湘、赣、川、滇、鄂，以及北方的冀、鲁、辽、豫、晋等省区最为发育，在京、苏、皖等地也发生过不同程度的岩溶塌陷，这些地方都是碳酸盐岩大面积集中分布的地区，为岩溶的发育提供了必要的物质基础。
在自然条件下，岩溶发育是一个比较缓慢的过程。通常是在极端气候条件下，如长期干旱，
导致地下水位明显下降，或者历时较长的暴雨，导致地下水位迅速抬升，才有可能发生天然岩溶塌陷。近年来，随着社会、经济的不断发展，城市化进程的不断推进，人类活动不断加剧，对环境的干扰和破坏不断恶化，如过量开采地下水、采矿排水、基坑排水等工程活动，导致地下水位出现急剧变化，从而触发岩溶塌陷。而由人为活动引发岩溶塌陷，多发生在人口居住比较集中，密度较大的城市或者厂矿等地区，造成了严重的后果。
岩溶塌陷灾害的频繁发生，使岩溶区的工程设施，如工业与民用建筑、交通干线、矿山及水利水电设施等遭到破坏，还造成岩溶区严重的水土流失及环境恶化，甚至会威胁到人的生命安全，严重影响并制约着岩溶区的可持续发展，成为主要的地质灾害。因此，岩溶塌陷的监测成为其防治工作的重点。
岩溶塌陷是岩溶地区因岩溶作用而发生的一种地面变形和破坏的灾害，是指可溶岩洞(隙)上方的岩、土体在自然或人为因素作用下发生变形破坏，并在地面形成塌陷坑的一种岩溶动力作用与现象(雷明堂等，1998)。岩溶塌陷的形成，一般要具备3个条件(张丽芬等，2007):(1)空间条件:下部有可溶岩地层，发育有溶蚀裂隙或洞穴，为地下水和塌陷物质提供存储场所或运移通道，也是气流活动的途径，是形成塌陷的基础;(2)物质条件:上部有一定
厚度的覆盖层，可以是岩石，或是各类松散土层;(3)致塌作用力:能够让溶洞或是土洞与盖层之间的平衡被破坏，本文主要讨论由于地下水性质变化引起的内部致塌作用力。
岩溶塌陷在空间上的发展具隐蔽性、时间上具突发性并且形成机制很复杂(雷明堂等，2004)。它是从基岩洞穴或裂隙向上逐步发展的，均在地下，无法直接识别，通过专门的仪器或手段才能发现，但这也很难查清其具体发展情况。洞穴之上的覆盖层在各种动力的长期作用下失去稳定性，一旦满足塌陷条件，它随时可能塌陷。简单来说，岩溶塌陷的发生是因为发生塌陷的致塌力超过抗塌力，但由于受力状态的复杂性，使得其成因机制很复杂。康彦仁(1989)将岩溶塌陷的成因机制分为8种，分别为重力致塌模式、潜蚀致塌模式、真空吸蚀致塌模式、冲爆致塌模式、振动致塌模式、荷载致塌模式、溶蚀致塌模式和根蚀致塌模式。岩溶塌陷的发生可能同时存在两种或是更多的成因机制。
岩溶塌陷还有一些伴生和共生的现象。比如地面下沉、地面开裂和塌陷地震等，它们可随洞穴发育而产生，有时甚至是塌陷发生的前兆现象。
在过去的几十年中，国内外岩溶塌陷研究者们对岩溶塌陷的分布规律做了大量的实际调查和研究工作(刘传正，1997;杨立中等，1997;尹若钧等，2005)，总结起来，岩溶塌陷主要
的分布规律如下:
(1)隐伏岩溶强烈发育的地段。岩溶的强烈发育，造成溶蚀裂隙、溶洞等的大量发育;覆盖层受到潜蚀和正负压的影响，加速塌陷的形成;地下水在岩溶强烈发育地区的水力坡度和流速极大地增加，这是导致岩溶塌陷增多的原因之一。
(2)岩溶区的断裂构造带、褶皱等地质构造附近。断裂构造特别是导水断裂，使第四系孔隙水与岩溶水的相通，加速了物质在裂隙和断裂中的运移，加速了溶洞和土洞的形成。当水位降到基岩面以下时，第四系土层中容易形成真空吸蚀，破坏受力平衡，易形成塌陷。
(3)岩溶区的溶蚀洼地，河床两侧，丘陵地带或中低山前。在这些地段，一般地下水位升降变幅较大，增加了由于地下水位变化而形成的致塌力，易形成塌陷。
(4)岩溶区第四系土地层薄弱段，软弱岩层或石膏盐岩。覆盖层薄弱处下方如形成溶洞，抗塌力会极大地减弱，一旦平衡被破坏，就会导致塌陷。
(5)人为活动影响导致地下水位及水压变动大的地带。地下水抽取过度形成的降落漏斗区，坑道排水、水库蓄水等，水力坡度和水流速都有可能增大，会使潜蚀和吸蚀加剧，易形成
塌陷。
根据岩溶塌陷的形成条件、特征及分布规律，岩溶塌陷的监测内容主要包括以下几方面。
(1)从空间条件出发，要注意监测溶洞或土洞，溶蚀裂隙，溶沟，溶槽等的发育、分布情况。
溶蚀裂隙、溶沟、溶槽直接与上覆土层接触，使基岩面起伏变大，且常与溶洞等地下岩溶管道相连，是地下水渗透的良好储运空间(朱寿增等，2000)。溶洞或土洞是物质的直接容纳体，它们的存在也会改变地下水的水动力条件，当地下水流速和水力坡度达到临界值时，将破坏原有的力学平衡。洞隙越大、发育越广泛，塌陷发生的风险就越高。
(2)岩溶上部的覆盖层是岩溶塌陷的物质条件，需监测覆盖层结构、岩土体性状、厚度因素。盖层的发育情况对塌陷的产生有明显的影响。
覆盖层结构指不同岩性土层间的相互排列和组合特征，按组成排列分为一元结构、多元结构和混杂结构。一元结构和多元结构的岩土体，在土体颗粒成分、孔隙度等方面具有统一性状，而区别在于是否具有明显的分层结构。一元结构，为单一性质的岩土体组成，覆盖
层厚度一般较小，抗渗透性能较差，在地下水的潜蚀等作用下，产生塌陷的概率较大。多元结构厚度一般较大，抗渗透性能较好，能延缓地下水的潜蚀作用，产生塌陷的概率较小。混杂结构没有统一的岩土层性状，不同岩土体间不存在分层现象，如回填土等。这类覆盖层较松散，且粗细颗粒渗透性能差异大，在其接触面上容易产生接触冲刷而形成土洞，易形成塌陷。
覆盖层岩土体性状泛指岩土体的各种物理力学性质及状态，包括土体的粒度成分、密实度、孔隙率、土体压力等。一般来讲，密实的，级配良好，孔隙度低的岩土体的抗塌陷能力较强，如黏性土等。但是，研究表明:级配良好的松散砂砾土容易产生潜蚀，其临界水力坡度相对较低，抗渗透能力也相对较弱。在相同水力条件下，容易产生渗透变形，形成土洞，最终导致塌陷。因此，不同的岩土体性状，具有不同的抗渗透性能。
覆盖层厚度是指岩土体的厚度。岩土体厚度越大，岩土层抗地下水潜蚀的性能越强，抗塌陷能力越强。根据实际岩溶塌陷实例数据统计，当覆盖层厚度超过30m时，岩溶塌陷的数目显著减少(项式均等，2005)。
(3)致塌作用力及其力学效应决定致塌模式，是诱发岩溶塌陷的主导因素。水动力条件决定
岩溶洞穴扩展速率和上部岩土体物质转移的速率(雷明堂等，2004)。因此，对地下水、地表水和大气降水等的监测是非常必要的。
地下水是岩溶塌陷形成过程中最活跃的因素之一。地下水不断侵蚀和溶蚀岩土体，使原有裂隙等空间不断扩大，进一步形成溶洞、溶隙、溶蚀沟槽等，为土洞及塌陷的形成提供了必需的物质运输和储藏空间。对地下水的监测主要针对地下水的各种物理化学性质，包括水位(水、气压力)、水温、水质，地下水流速、流向、水力坡度等。
地下水水位(水、气压力)的升降使覆盖层土体的物理力学性质发生改变，对塌陷的形成影响最大。水位(水、气压力)上升时，土体含水量增大，抗剪强度降低，土体抗渗透能力降低;下降时，覆盖层土体内出现负压，地下水的浮托力减少。这都可能打破原有的力学平衡，从而形成塌陷。特别是封闭的黏性土土洞，当水位(水、气压力)下降到一定程度，会出现真空吸蚀作用。另外，水位(水、气压力)在升降过程中，会导致局部或整体的土体散解、脱落或胀缩等。
在岩溶地区存在碳酸盐等可溶性岩石，一般条件下，可溶盐岩的溶解平衡是动态固定的。但当外部环境改变时，如污染等，使地下水原有的水质平衡状态被打破，可能会导致可溶
盐岩溶解加速，逐渐形成溶蚀裂隙、溶洞，使塌陷的概率增大。另外，塌陷发生后会使不同含水层间的地下水混合，水质明显变化，可以作为逆向推断塌陷发生位置范围的参考依据。地下水水质监测主要包括地下水中碳的各种形态浓度，钙的浓度，地下水pH值，以及一些可以加速可溶盐溶解的物质等。
发布评论