岩溶地面塌陷的机理分析及预测模型

岩溶地面塌陷是一种由于自然或人类抽取地下水引起的,危害日益严重的地质灾害,已经成为人们普遍关注的环境地质问题之一。对其成因的解释,广泛地为人们所接受的有“潜蚀论”和“真空吸蚀论”两种。这两种理论从宏观上解释了大部分岩溶塌陷的成因,但是,若只凭这两种理论,是无法建立起岩溶塌陷的数学预测模型的。本文在这两种理论的基础上,从另一个新的角度,解释了岩溶塌陷的微观机理。认为岩溶地面塌陷是岩溶洞穴之上的松散盖层土体在水、气发生的力学效应和土体在其自身重力等作用之下,开始时土体内部某点某平面上的剪切应力(τ_ )等于或大于其抗剪强度(τ_ = +tgφ)时,该点发生破坏。随着破坏点的增多,破坏点贯通连成破坏面后,整个洞穴之上的土体完全破坏,岩溶塌陷便随之产生。作者利用土力学中的莫尔—库仑破坏理论,结合前人的研究成果,推导出一个考虑因素全面的数学预测模型:(2C cosφ)/(1-sinφ)(1-K_0)=rZ+r_w(△h-h_0)+r_wu_w~2/2g+P1-((Z~2/R~2)/(1+Z~2/R~2))]~ 然后,以贵州某地由于抽水试验引起的九个典型的塌陷计算为例,演示了该模型的计算过程,证明了该模型的正确性。

New Exploration on Karst Collapse Mechanism and It Prediction Model