岩溶塌陷成因与防治研究论文

岩溶塌陷发育的广泛性与危害性，已引起国际社会的普遍关注，特别是20世纪70年代以来，召开了多次与塌陷有关的国际会议，使世界各国的研究者有机会交流和商讨解决这一地质灾害问题的经验与方法。我国曾在桂林举办了首届“地面塌陷及其对工程建设的影响与防治”学术讨论会。岩溶灾害问题也随之越来越受到重视。长期以来，许多学者就岩溶塌陷开展了大量工作，取得如下主要成果。

项目与专著

20世纪80年代，岩溶地质研究所先后开展了“中国南方岩溶塌陷研究”、“长江流域岩溶塌陷研究”和“中国北方岩溶塌陷研究（“中国北方岩溶地下水资源及大水矿区岩溶水预测、利用和管理研究”子课题）”等项目。这是我国首次开展岩溶塌陷专门研究。在这些研究中，康彦仁等（1990）所著《中国南方岩溶塌陷》一书较全面地论述了岩溶塌陷的类型及成因机制，作为研究岩溶塌陷的经典，长期被人们引用。但此书在振动波的传播规律及铁路塌陷区土层的安全厚度等方面没有深入地研究，对于人类活动引起的水位受迫下降所产生的力学效应的论述只针对基岩以上进行。80年代后期，铁道部第二勘察设计院开展了“铁路沿线岩溶塌陷及防治”项目的研究工作，对贵昆线小哨—秧田冲段、分宜车站、泰安车站等50余处岩溶塌陷严重发育区进行了全面勘察、治理，取得了良好的效果。铁道部第二勘察设计院（1984）所著的《岩溶工程地质》一书以大量的实际资料，针对铁路遇到的岩溶洞穴的静力稳定问题进行论述，在铁道建设方面做出了贡献。陈国亮（1994）以岩溶塌陷模型试验为基础，在其《岩溶地面塌陷的成因与防治》一书中，对岩溶塌陷成因作了较为全面的阐述。2005年，贺可强等出版了《中国北方岩溶塌陷》，可算是目前较新的岩溶塌陷方面的著作。

通过这些工作，基本摸清了我国岩溶塌陷的现状和宏观分布规律，确定了我国岩溶塌陷基本类型，提出了我国岩溶塌陷的基本分类方案，指出岩溶塌陷发育的多机制特性，并对我国岩溶塌陷危险性进行了宏观区划，编辑出版了1：600万《中国岩溶塌陷分布图》（雷明堂等，1998）。

岩溶塌陷试验研究

20世纪90年代初，岩溶地质研究所在地质行业基金的资助下，建成了大型岩溶塌陷物理模型试验室。通过模型试验，可以再现岩溶塌陷发育的全过程，解决不同类型岩溶塌陷发育的机理、塌陷发育与主要影响因素的关系，以及岩溶塌陷发育的临界条件等问题。在1993～1997年间，先后完成了武汉、唐山、湘潭、玉林、铜陵、桂林等6城市的岩溶塌陷试验工作，为这些地区岩溶塌陷综合治理发挥了积极的作用。在此方面，陈国亮、雷明堂等做了大量的研究工作，取得了许多研究成果。

岩溶塌陷的探测方法

20世纪90年代，在国家支持下，有关部门先后进行了100多项崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷与沉降、地裂缝等重大地质灾害的专门勘察工作。在岩溶塌陷的探测方法上，包括电阻率法、地震浅层折射波法、地质雷达（GPR）和电磁波、声波透视（CT）等技术在内的综合物探方法，在地矿部门组织实施的武汉、唐山、湘潭、玉林、桂林、深圳等城市的岩溶塌陷防治勘察及铁道部门组织的贵昆、南昆线铁路岩溶段岩溶塌陷试验工作中发挥了重要作用（陈国亮，1994；雷明堂等，1998；罗元华等，1998）。

岩溶塌陷预测

地理信息系统（GIS）技术的应用，使得岩溶塌陷危险性预测评价上升到一个新的水平。国内先后有雷明堂、石建省、王洪涛、茹锦文等运用GIS的数据管理、分析处理和建模技术，对潜在塌陷危险性进行预测评价，取得了良好的效果。国外虽未见有直接运用GIS进行岩溶塌陷预测工作的报道，但在其他类型地质灾害的预测方面已有较多研究实例（Tian，K.，1988；Xiang al.，1988）。这些预测方法均局限于对潜在塌陷的危险性分区的研究上，未能令人满意地解决塌陷时间和空间的预测预报问题（雷明堂等，1998）。张发旺等（1996）用灰色统计方法对岩溶塌陷的预测进行了研究。

岩溶塌陷地质灾害信息管理

20世纪80年代，美国曾在有岩溶塌陷问题的几个州相继建立了岩溶塌陷数据库，大大提高了岩溶塌陷资料的利用率。国内这方面工作起步较晚，而且主要以Map Info桌面地图信息系统为平台开发进行。如在环境地质所完成的“东南亚地质灾害信息管理系统”中，岩溶塌陷作为一种灾害类型被列入其中；1997年，在桂林市建设规划局资助下，岩溶地质所塌陷组以Map Info为平台开发了“桂林岩溶塌陷信息管理系统”，建立了相应的数据库和图库，为桂林岩溶塌陷防治、塌陷抢险以及城市规划提供了有利的条件（雷明堂等，1997、1998）。

岩溶塌陷监测预报

我国基本上没有开展这方面工作。究其原因，主要是岩溶塌陷的产生在时间上具突发性，在空间上具隐蔽性，因此，普遍认为难以采用地面监测手段对塌陷进行监测和时空预测预报。国外早在20世纪80年代就有人尝试过运用地质雷达进行潜在塌陷的监测工作。但由于地质雷达设备昂贵，探测成本较高，在深部岩溶的监测方面有一定局限性。

岩溶塌陷的防治

综合防治技术已提到议事日程。人们普遍认为，要从根本上减轻岩溶塌陷灾害的发生，必须采取地下水优化开采与工程处理措施相结合这一“标本兼治”的方法。在工程处理上，钻孔注浆技术是一个行之有效的方法，已被各地普遍采用。

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论文题目：论岩土工程地质灾害防治技术及防治措施

摘要: 近年来,随着我国国民经济的快速发展,各种资源开发和工程建设活动等人类工程活动的力度也普遍增大,给我国本就十分脆弱的地质环境带来了巨大的压力,地质灾害的频度和规模有逐年增加的趋势。为此,本文作者就岩土工程与地质灾害的内涵、地质灾害的特征与危害以及地质灾害防治工程的主要施工技术标准及防治措施进行了全面的阐述。

关键词: 岩土工程;地质灾害;防治措施

1、岩土工程与地质灾害的内涵

自20世纪80年代末,90年代初,我国产生了一个新的学科——地质工程学。地质工程学,是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。它把地质体乃至地质环境作为工程系统的组成部分来对待,这显然符合大系统工程学的思想,它包含岩土工程和地质灾害防治工程两个方面, 但以后者对其特点的反映更为深刻。岩土工程是指工程建设中涉及岩土体的开挖与加固;地质灾害防治工程是对自然或人为作用产生的有害地质现象进行防范与防治。后者包含了更全面地对地质生态环境合理开发与管理的思想。

地质灾害是指由于自然因素或者人为活动引发的危害人民生命财产安全或使人类赖以生存和发展的环境、资源发生严重破坏的地质现象。《地质灾害防治条例》规定,地质灾害包括山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等灾害。

在我国,大多数地质灾害现象都是人为因素引发的,据有关资料统计,近年来我国每年因地质灾害造成的经济损失约占各种自然灾害的1/4至1/5,因此,减少或制止破坏生态环境行为、及时采取地质灾害预防和防治措施,是我国当前减少损失的首要途径。

2、我国地质灾害的特征与危害

由于我国地理位置独特,地质构造复杂,地球生态环境多变,加之人口众多的农业大国,经济较落后,承灾能力弱,所有这些叠加在一起,形成灾害类型多、分布广、频度高、强度大、影响面宽、损失严重的格局。

据资料统计分析,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等种类的地质灾害在我国十分发育。其中崩塌、滑坡、泥石流的分布范围约占国土面积的50%,其中以西南、西北地区最为严重。

地质灾害可分两大类:第一类主要是由自然因素引起的地质环境问题,又称第一环境问题,属自然地质灾害;这些灾害不以人类历史的发展为转移;第二类主要是由人为活动引发的地质灾害,称第二环境问题,属人为地质灾害。这些灾害常随社会经济的发展而日益增加,据地质灾害成因分析,全国50%以上的地质灾害发生的主要原因是人类行为,尤其是人类不合理地大量挖掘能源所造成的。

滑坡

滑坡是指斜坡上的土体或岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震、人工切坡等因素的影响,沿着一定的软弱面或软弱带,整体地或分散地顺坡向下滑动的自然现象。

滑坡的诱因:

(1)地震;(2)降雨和融雪;(3)地表水的冲刷、浸泡;(4)河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷;(5)开挖坡脚;(6)蓄水排水;(7)堆填加载;(8)劈山放炮,乱砍乱伐。

滑坡发生的`规律:

下列地带是滑坡的易发和多发地区:(1)江、河、湖(水库)、沟的岸坡地带,地形高差大的峡谷地区,山区铁路、公路、工程建筑物的边坡等。(2)地质构造带之中,如断裂带、地震带等。(3)易滑(坡)岩、土分布区。(4)暴雨多发区及异常的强降雨区。

崩塌

陡坡上被直立裂缝分割的岩土体,因根部空虚,折断压碎或局部移滑,失去稳定,突然脱离母体向下倾倒、翻滚,堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象称为崩塌。

崩塌的诱因:

(1)采掘矿产资源;(2)道路工程开挖边坡;(3)水库蓄水与渠道渗漏;(4)堆(弃)渣填土;(5)强烈振动。

泥石流

泥石流是由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)产生在沟谷或山坡上的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流,是高浓度的固体和液体的混合颗粒流。

泥石流的诱因:

(1)不合理开挖;(2)不合理的弃土、弃渣、弃石;(3)滥伐乱垦。

地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象。

地面变形

地面变形包括地面沉降、地面塌陷与地裂缝。目前中国发生地面沉降活动的城镇有70多个,明显成灾的有30余个,最大沉降量已将近3m。这些城市有的孤立存在,有的密集成群相连形成广阔的地面沉降带(区)。造成中国城镇地面塌陷原因有三:一是不合理地大量开采地下矿产资源引起的塌陷;二是表面岩溶活动引起的塌陷;三是大量抽取地下水引起地面下沉。

地面塌陷发生的规律:

(1)岩溶强烈发育的纯可溶岩分布地带或沿其与非可溶岩的接触地带;(2)沿可溶岩中的断裂带或主要裂隙交汇破碎带,岩层剧烈转折、破碎的地带;(3)松散盖层较薄且以砂石为主,其底部粘性土层缺失或甚薄(一般不足1-2米)的“天窗”地段;(4)岩溶地下水的主迳流带或岩溶管道上;(5)具有潜水和岩溶水双层含水层分布地带;(6)岩溶地下水的排泄区;(7)岩沉吟地下水位在基岩面上下频繁波动的地带,或受排水影响强烈的降落漏斗中心及近侧地段;(8)临近河、湖、塘地表水体的近岸地带;(9)岩溶地下水位埋藏较浅的低洼地带。

人为地质灾害的危险性分析

人为活动加剧或加速地质灾害的发生所带来的危害性大大超过正常状态下产生的地质灾害所带来的损失。如:矿产资源的开发以及铁道、公路等各种工程建设的开挖,亦经常加剧地质灾害的发生,如:土壤侵蚀、地面塌陷与沉降、滑坡、岩爆、泥石流、荒漠化以及坑道涌水、瓦斯爆炸等灾害。人工滥伐森林资源,也造成土壤侵蚀、滑坡和泥石流等灾害,并导致洪灾的加剧发生。人工爆破也会诱发岩溶塌陷、滑坡等灾害的发生,还有可能引起连锁性的岩溶塌陷。

人工诱发地质灾害的特点如下:

一是诱发速度快。在自然地质演化及气候变化过程中,岩体由相对稳定至不稳定的变化,经历长时间过程。而人工因素诱发下,就大大地缩短了自然演化时间,加速岩土体的岩性变化,而导致突变灾难的发生,并造成更大的损失。

二是诱发灾害面广。自然地质灾害的发生,除了特大灾害之外,一般其危害性有一定的局限性,在人工因素诱发下,其危害性就具有更大的影响面。例如由于生物资源———森林的破坏,工程的大规模开挖,影响的是区域性环境恶化,诱发区域性旱涝灾害,以至引发全球性荒漠化。人类活动产生的升温效应,对气候及地质灾害诱发作用的影响也是全球性的。

三是灾害损失巨大,除了地震之外,人工诱发的地质灾害所造成的损失是严重的。随着经济建设的发展,人工诱发地质灾害所造成的损失,仍会不断增加,目前估计地质灾害损失每年约500亿元,而受到威胁的就是这些数据的数倍至数百倍。1998年洪灾损失2000多亿元,死亡1432人,其中不少损失是通过地质灾害而产生的。

3、地质灾害防治工程的主要施工技术标准及防治措施

主要的施工技术标准总结

地质灾害防治工程的最大特点是隐蔽性(如抗滑桩)、复杂性(如抗滑桩+锚拉+挡板+冠梁)和多样性(防治滑坡可采用桩,亦可采用挡土墙),以地下工程施工为工艺特点,因此与地基与基础工程和岩土工程具有十分相近或相同的工艺流程、施工工序和施工工法。涉及地质灾害防治工程施工的技术规范和标准主要有:

(1)地质灾害防治工程现行施工技术标准和规范,如《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0218-2006);

(2)各类工业与民用和市政工程建设项目的地基与基础、深基坑、高切坡、地基处理、基础病害工程防治等所涉及的技术规范和标准均可参考使用,如《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002);

(3)各类水利水电工程的土石方、地基与基础和岩土工程所涉及的技术规范和标准均可参考使用,如《水电水利工程预应力锚索施工规范》(DL/T5083-2004);

(4)各类交通建设中所涉及的边坡、滑坡、危岩、塌陷和沉降等工程防治的相关技术标准和规范,如《公路隧道施工技术规范》)(JTJ042-94)。

地质灾害防治工程防治措施

做好防治工程设计

地质灾害防治工程设计,必须根据崩塌、滑坡、不稳定斜坡的成因机制、运动模式、易发性及防治目标制定。

(1)根据致灾的成因确定主要防治途径;

(2)根据灾害的易发程度、防治目标确定防治工程的强度和工程量。

地质灾害防治工程的主要工程措施

根据地质灾害防治工程勘查设计现行行业规范,《三峡库区地质灾害防治工程质量检验评定标准》等技术标准及资料分析,国内防治地质灾害的主要工程类型有:排(截)水工程、支(拦)挡工程、加固工程、护坡工程、减载与压脚工程及搬迁和避让等。

地质灾害防治措施

(l)工程防治措施

工程防治措施是防治地质灾害的重要组成部分,工程防治措施的适用条件及方式:大多数房后切坡造成的小型土质滑坡,选用滑坡后缘地表排水、前缘支挡或削方减载护坡等工程措施较为适应;对于中型以上滑坡,应根据工程地质勘察资料选择工程防治措施。

(2)生物防治措施

生物防治措施是指植树造林,种草护坡及合理耕牧。它具有应用范围广、投资省,能促进生态平衡,改善自然环境条件,防治作用持续时间长的特点,需较长时间才能发挥其效益。

根据调查区地质灾害特点和自然经济条件,泥石流区,地面塌陷区及水土流失区应采取封山育林,退耕还林等防治措施,减少地质灾害的发生和经济损失。

(3)避让措施

①雨天避让措施。对灾害隐患点和变形斜坡,采取雨天临时避让措施,各镇在防灾预案的基础上编制安全转移预案,雨天对受威胁户一一作转移地点安排。应根据就近原则、转移地(接受户)不受地质灾害或其它灾害威胁的原则进行操作。

②搬迁避让措施。对一些危险性大、危害性严重的地质灾害,防治费用超过搬迁费用或再建房仍然受地质灾害威胁的,采用搬迁避让措施。调查区需搬迁避让或已搬迁的灾点。

4、结语

岩土工程地质灾害防治工程是一项长期的工作,任重而道远。随着新技术、新方法、新材料在地质灾害防治工程中应用,地质灾害防治措施和施工技术必将迈向新的台阶。

参考文献:

[1]地质工程勘察、检验监测及设计施工与灾害防治技术实用手册.中国知识出版社.2007-11

[2]胡茂焱.地质灾害与防治技术.中国地质大学出版社.2005-9

[3]GB50021-2001岩土工程勘察规范[S].国家质检总局(SBTS),2002

[4]地质工程手册.中国知识出版社.2006