临桂道光村岩溶塌陷调查方法及其影响因素、成因模拟分析.pdf

Investigation Methods, Influencing Factors and Cause Simulation Analysis for the Karst Collapse in Daoguang Village, Lingui County Major: GeologicalEngineering Direction of Study:Engineering Geology Graduate Student:RanXin Supervisor: College of Civil Engineering and Architecture Guilin University of Technology September,2012 to April,2013 桂林理工大学硕士学位论文 I 摘要本文以桂林市临桂县道光村岩溶地面塌陷为研究对象,首先研究了场区及区域的工程地质条件,通过现场调查、钻探、物探等手段,分析了场区及区域地质环境条件,并运用地质雷达反射波、浅层地震反射波及高密度电阻三种物探方法互相结合的综合物探法,查明隐伏岩溶发育特征。然后,在分析场区及区域的工程地质条件的基础上,分析该区影响岩溶塌陷的主要因素:受F4区域断层控制,该区隐伏岩溶发育,加之隐伏岩溶上覆土层为二元结构, 具备了孕育土洞、发生地面塌陷的前提;桂林市西二环城市道路桃花江大桥桩基冲孔施工,造成地下隐伏溶洞内部水压急剧上升,为影响研究区岩溶塌陷的诱发因素。在分析研究区岩溶塌陷影响因素的基础上,综合归纳出该区的地质概化模型,认为该区主要地质模型为:1、阻水型地质概化模型,为“粘性土+溶洞+基岩”,2、阻~透型地质概化模型,为“粘性土+砂砾卵石层+溶洞+基岩”。最后,采用ANSYS有限元数值模拟分析方法,对研究区地下隐伏溶洞在天然状态、地下水位突然上升及地下水突然下降三种不同工况下进行数值模拟研究,进而对该区岩溶塌陷提出成因分析。 ANSYS数值模拟分析认为:1、天然状态下,受溶洞空腔内水压力作用,最大主应力出现在溶洞两侧,最大值为64MPa,在受力过程中有拉张变形与剪切变形,但变形只在局部分布,最大位移分布在土洞顶部,其它部位的位移在较小的范围内;2、由于外荷载作用导致地下水位的快速上升,应力重新分布,最大主应力仍出现在溶洞两侧; 各项应力仍分布在土洞周围,破坏方式最终以剪切破坏为主;最大位移分布在土洞顶部, 为265mm,土层发生“上拱”现象,岩溶塌陷可随时发生;3、当地下水在溶洞内快速下降的过程中,溶洞内产生负压,加之溶洞受地下水对其的浮托力消失,应力重新分布, 最大主应力出现在溶洞顶部;各项应力仍分布在土洞周围,但与工况二受力方向相反, 破坏方式最终以剪切破坏为主;竖向位移最大值为27mm,位于溶洞顶部,溶洞两侧土体位移较小,土层发生“下陷”现象,岩溶地面塌陷发生。综上所诉,研究区岩溶塌陷是本地区地质环境在长期地质营力作用下的结果,而工程施工对研究区岩溶塌陷起触发作用:机械弹性震动对使顶板土体松动,土洞顶板垮塌; 桩机冲锤的自由下落形成的地下水冲击波,造成岩溶地下水瞬间快速上升,岩溶地下水压的急剧增大,产生气爆效应,发生地面塌陷。关键词:岩溶塌陷,综合物探法,地质概化模型,数值模拟,成因分析桂林理工大学硕士学位论文 II Abstract The paper focuses on the karst collapse in Daoguang Village, Lingui County, firstly, it studies the engineering geological conditions of field zone and region, analyzes the conditions of geological environment in the field zone and the region through field investigation, drilling, geophysical prospecting and other methods, and finds out the developmental characteristics of covered karst through using a comprehensive geophysical method which is a combination of three geophysical methods including geological radar reflec