某铁路岩溶段塌陷机理与工程措施研究

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1、某铁路岩溶段塌陷机理与工程措施研究第1章绪论1.1选题意义我国碳酸盐岩分布广泛，其面积可达到363万平方公里⑴，占我国国土面积的37.8%。岩溶塌陷的出现使得岩溶地区的山川发生了变迁，地表得以演变，形成了一系.列的岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞、地下竖井、峡谷等岩溶形态。随着人类工程数量.的增加，岩溶塌陷出现得更为频繁，严重威胁着人类的生命安全，此时的岩溶塌陷成为了一种地质灾害。岩溶塌陷指的是岩溶洞隙上方的岩土体在自然或人为因素作用下引起的变形破坏，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种岩溶动力地质作用与现象[2]。当存在开口形态的岩溶洞隙、盖层土体或软

2、弱岩体和地下水作用弱化岩土体的强度这三种要素时，岩溶塌陷就会形成。岩溶塌陷在形成时由于受到地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、气象、时间、空间等因素的影响，决定了岩溶塌陷在形成时的复杂性，与此同时也决定了岩溶塌陷研究的复杂性和艰巨性。对于高速铁路工程，对其路基稳定性的要求就较高，而当铁路路基下方存在溶洞时，就要求对其地下溶洞的分布位置、洞顶底板埋深与厚度、溶洞规模进行较为准确的勘查、研究岩溶的形成机理，分析地下溶洞的稳定性，然而由于受到勘查手法、分析方法以及其他诸多因素的影响，使我们不能完全弄清地下溶洞发育的特征，这样建立的模型就会与

3、真实情况间存在偏差，那么对其机理及稳定性的研究就变得很困难。所以，开展铁路通过范围内的岩溶塌陷形成机理及岩溶洞穴的稳定性的研究，具有十分重要的理论意义和现实使用价值。.1.2国内外的研究现状随着理论基础、研究方法、新技术的出现，岩溶问题在地质灾害方面的研究不断的深入、取得了长足的发展，新方法、新理论在某种程度上取得了很大进展[34]。关于岩溶塌陷的问题研究主要体现在以下两个方面：岩溶塌陷机理被国内外研究学者公认的主要有徐卫国等提出的真空吸烛论、苏联院士巴浦洛夫提出的潜烛论以及振动论、液化论、气爆论等。水动力机制观点强调水动力条件，认为致塌的外

4、因是水动力条件变化，水动力条件的改变激化了潜蚀、吸蚀及气爆作用的进行[5]。大部分的研究学者一致认为导致塌陷的内因是地质体的结构，必要条件是上部有一定厚度的覆盖层以及下部发育有岩溶裂隙。主要的塌陷机理分述如下：在覆盖型岩溶地段，地下水下渗时产生的潜蚀作用破坏了土体结构，水位的频繁波动加速了这一过程。1989年郭强等运用潜烛的观点解释了遵义某岩溶塌陷的成因[6]。1992、1994年田级生等用这一观点对柳江水源地地面塌陷进行了解释[7]。2001年彭涛通过对郴州师范学校教职工生活区地基塌陷进行了研究，提出了土洞主要分布在地下水位的波动带，由于地

5、下水的下渗潜蚀而引发塌陷[8]。1996年韩宝平通过对徐州市区岩溶塌陷的研究，.认为强烈开采岩溶水导致地下水水位的下降，增强了地下水的潜蚀作用，从而促进了土洞的形成与发展[9]。1996年邓学成等人通过对铜陵县岩溶区的研究，认为由于抽排水引起地下水运动速度加快，增大了水力坡度，加快了潜烛的速度，当上部盖层重力大于其抗塌力的时候发生了塌陷。1997年王学聚等人通过对山东岩溶塌陷进行了研究，认为潜烛导致了岩溶塌陷的发生。第2章研究区工程地质条件2.1工程概况某铁路位于我国的西南地区，该铁路的修建可提高西南地区的交通运营能力，加速西南地区经济发展水

6、平，其意义不言而喻。本论文所选的研究区岩溶十分发育，在修建铁路时，多次发生塌陷影响施工进度，故有必要对该研究区的岩溶特征进行研究。研究区位于滇东南文山州砚山县平远镇西北方约26公里处，如图2-1所示。研究区在区域上被非可溶岩围限，西部为中三叠统法郎组（T2f)薄-中厚层状粉砂岩、粉砂质页岩；东部为下三叠统永宁镇组（Tiy)薄层-厚层状泥灰岩夹粉砂质页岩。试验段内的地层为中三叠统个旧组（T2g)，按岩性可分为上下两段。上段（T2g2)岩性为块状隐晶-细晶灰岩，局部夹紫色泥岩，主要分布与槽谷西侧；下段（T2gi)为中厚层隐晶-细晶白云岩夹灰岩，主

7、要分布于槽谷东侧。此外，还有各种成因的次生红點土、溶洞充填物，上层厚度1-18m。.2.2研究区自然地理特征研究区沿线地面高程为1460?1850m，相对高差为390m,按地貌形态划分属低中山地貌，地下及地表岩溶发育，其岩溶地貌主要为溶丘挂地地貌类型，如图2-2和2-3所示。研究区地貌按成因可分为构造剥蚀、溶烛地貌和构造-溶烛地貌区。在地势上表现为北西高，南东低，北东高，南西低（如图2-4所示）。其总体为一顺N，顶板厚度两个小试验段分别为l-7m和l-5m，溶洞高度两个小试验段分别为l-3m和0.4-4m。