泰安市巖溶塌陷的水巖耦合模型研究.pdf

1、巖溶地面塌陷是巖溶地區(qū)因巖溶作用而產(chǎn)生的地面變形現(xiàn)象，是巖溶洞隙上方的巖土體在自然及人為作用下發(fā)生變形破壞、并導(dǎo)致地面形成塌陷坑（洞）的一種巖溶地質(zhì)作用。
　　山東省泰安市自上世紀(jì)60年代出現(xiàn)巖溶地面塌陷，至今已有40多年歷史。論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“巖溶地面塌陷成因模式與預(yù)測(cè)防治研究”（項(xiàng)目編號(hào)40772145），以泰安市巖溶地面塌陷區(qū)為例，通過(guò)對(duì)其形成條件、形成歷史、發(fā)育規(guī)模及危害的研究，總結(jié)出巖溶地面塌陷的形成機(jī)理，并

2、結(jié)合巖體力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容建立巖溶地面塌陷成因模式，在此基礎(chǔ)上建立起水巖耦合模型，并且以具體實(shí)例驗(yàn)證模型的可行性。為該區(qū)巖溶地面塌陷的預(yù)測(cè)及其防治提供了依據(jù)。
　　論文認(rèn)為在天然條件下，土體受力處于平衡狀態(tài)時(shí)，塌陷是不會(huì)發(fā)生的;塌陷的發(fā)生，均是力的作用失去平衡從而使土體產(chǎn)生破壞的結(jié)果。泰安市巖溶水主要接受北部泰山火成巖、變質(zhì)巖裂隙水補(bǔ)給,而后向汶河方向逕流并在與上覆孔隙水交替的“天窗”地帶向上頂托“排泄"。然而當(dāng)高強(qiáng)度開(kāi)采巖溶地下水以

3、后,局部形成降落漏斗,巖溶水由承壓轉(zhuǎn)為無(wú)壓,孔隙水由接受巖溶水補(bǔ)給而變?yōu)榇怪毕蛳卵a(bǔ)給巖溶水,這樣就破壞了天然條件下巖土體的動(dòng)力平衡。此時(shí)，若當(dāng)巖溶水水位低于巖溶水頂板,尤其是巖溶水水位在巖溶水頂板附近波動(dòng)時(shí)，巖溶水面會(huì)產(chǎn)生對(duì)上覆土體的沖刷侵蝕即撞擊作用從而破壞土體結(jié)構(gòu)造成坍塌,殃及地面即形成地面塌陷。若再加上外界充水對(duì)土體產(chǎn)生的壓力，就會(huì)加速塌陷的發(fā)生。文中依據(jù)土體破壞的莫爾一庫(kù)侖準(zhǔn)則和塑性平衡理論，分析土體的受力情況，得出水巖耦合模型